Наука о купании в ультрафиолетовом свете

Наука о купании в ультрафиолетовом свете

Наука о купании в ультрафиолетовом свете

8. Проникновение солнечного ультрафиолета в воду

Узнав, как солнечный ультрафиолет проходит через атмосферу различного состава, мы должны теперь рассмотреть его проникновение в воду. Ведь ранняя жизнь не могла существовать на суше в непосредственном контакте с атмосферой, через которую свободно проходили смертоносные ультрафиолетовые лучи. Ранняя жизнь, конечно, была защищена от этого излучения или горными породами, или почвой, или водой озер и морей.

Уже тонкого слоя горной породы или почвы достаточно для защиты от коротковолнового ультрафиолета, однако передвижение по порам в толще песка или глины или из одной естественной пещеры в другую весьма затруднительно. В крупных водоемах передвижение организмов требует значительно меньших усилий. Поскольку эволюция хотя бы на некоторых этапах предполагает достаточно хорошее сообщение между разными популяциями и биотопами и поскольку на заре развития жизни для защиты от ультрафиолета требовался значительный слой воды, можно предположить, что главную роль в развитии жизни сыграли именно обширные водоемы. В этом разделе мы рассмотрим ограничения, накладывавшиеся на раннюю жизнь проникновением ультрафиолета через атмосферу и верхние слои гидросферы. На графике, приведенном на фиг. 94, показано проникновение солнечного ультрафиолета разной длины волны в жидкую воду при разных уровнях содержания кислорода в атмосфере.


Фиг. 94. Глубина проникновения солнечного ультрафиолета в жидкую воду в различных атмосферах (с содержанием свободного кислорода 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 PAL) [1]. Если бы в атмосфере не происходило поглощения, то ультрафиолет с длиной волны 180 нм проникал в воду менее чем на 1 см, свет с длиной волны около 280 нм — почти на 10 м, а красный свет конца видимой части спектра — примерно на 100 м. В примитивной атмосфере, в которой содержание О2 поддерживается за счет автоматического регуляторного механизма Юри на уровне около 0,001 современного, картина мало изменится. Но уже при содержании кислорода 0,01 современного должны произойти большие изменения. Смертоносное излучение с длинами волн от 230 до 275 нм задерживается уже в атмосфере, а ультрафиолет с меньшей длиной волны проникает в воду всего на 1 м. При содержании кислорода в 10 раз ниже современного уровня все летальное излучение с длиной волны менее 290 нм поглощается в атмосфере и жизнь может выйти на сушу

Сравнивая фиг. 94 с графиками, приведенными в предыдущем разделе, мы видим, что наш новый график охватывает более широкий участок спектра. Дело в том, что в предыдущих разделах мы интересовались главным образом неорганическими фотохимическими реакциями синтеза «органических» соединений. Такие реакции протекают под действием света с длиной волны до 210 нм. Теперь же нас интересует летальное действие солнечного ультрафиолета на живое вещество, т. е. речь идет уже не о возможности синтеза, а о возможности избежать распада. Живые клетки сильнее всего поглощают ультрафиолет с длиной волны от 240 до 280 нм. Облучение таким светом может быть смертельным даже при энергии ниже установленного нами предела поглощения, т. е. ниже 1 эрг на 1 см 2 в спектральном интервале шириной 5 нм. Вот почему сейчас мы будем говорить об ультрафиолете с несколько большей длиной волны.

На фиг. 94 показано общее поглощение ультрафиолета водой, кислородом и озоном. В чисто теоретическом случае облучения водоема, не защищенного никакой атмосферой, проникновение ультрафиолетового солнечного излучения в воду описывается гладкой кривой (сплошная линия на фиг. 94). Вода практически непрозрачна для жесткого ультрафиолета: свет с длиной волны 180 нм пройдет в воде меньше 1 см. Свет с длиной волны около 280 нм пройдет уже около 10 м, прежде чем поглотится; красные же лучи видимого спектра проникают до глубины 100 м.

В случае примитивной атмосферы, в которой содержание кислорода не превышает 0,001 его современного уровня, положение изменится слабо.

При содержании кислорода до 0,01 современного кривая поглощения имеет уже совсем иной характер. Это связано не с каким-либо изменением свойств самой воды и даже не с действием кислорода, как могло бы показаться, судя по графику, приведенному на фиг. 90, а с тем, что при таком содержании кислорода вступает в игру озон, образующийся в атмосфере из кислорода.

Сильное поглощение озоном ультрафиолета с длиной волны от 240 до 270 нм (фиг. 91) приводит к ослаблению этих волн уже в атмосфере. Становится также значительным поглощение в атмосфере более коротковолнового излучения, и теперь для полного поглощения солнечного ультрафиолета достаточно слоя воды толщиной всего 1 м.

При повышении содержания кислорода в атмосфере до 0,1 современного совместное действие кислорода и озона распространяется до длин волн около 290 нм. Это означает, что весь смертоносный ультрафиолет поглощается в атмосфере. Жизнь уже не нуждается в подводном убежище и может выйти на сушу.

Ультрафиолетовое излучение и Ультрафиолетовое обеззараживание воды.

Ультрафиолетовое излучение – это не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 400—100 нм.

Ниже 100 нм – зона рентгеновского излучения.

Свыше 400 нм – зона видимого излучения.

Вся область УФ-излучения условно делится на 4 зоны:

длинноволновый диапазон (320–400 нм) или спектр ультрафиолета А

средневолновый диапазон (280–320 нм) или спектр ультрафиолета В

коротковолновый диапазон (180–280 нм) или спектр ультрафиолета С

вакуумный (100–180 нм).

УФ-излучение обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках, по способу воздействия на живые организмы УФ-излучение подразделяют на:

Читать еще:  Портрет композитора. Степан Каширин

— Слабое биологическое воздействие обладают УФ-лучи в диапазоне 400-320 нм (длинноволновой диапазон)

— Противорахитичным действием (Лечение рахита) обладают УФ-лучи в диапазоне 314-280 нм (средневолновой диапазон)

— Способностью убивать микроорганизмы обладают УФ-лучи в диапазоне 279-180 нм.

Т.е. только коротковолновый диапазон обладает бактерицидным эффектом. Следует отметить, что наиболее устойчивыми к действию ультрафиолетовых лучей являются споры бактерий, затем споры грибов и дрожжей, далее пигментированные клетки. Наименее устойчивы вегетативные клетки бактерий.

Гибель микроорганизмов под действием ультрафиолетовых лучей связана:

• с уменьшением активности клеточных ферментов;

• с разрушением нуклеиновых кислот;

• с образованием в облучаемой среде перекиси водорода, озона и других соединений.

Давайте рассмотрим биологическое воздействие УФ – излучения.

Биологическое действие УФ – излучения заключается в повреждении биомембран. Фотоповреждения белков и фосфолипидов, входящих в их состав. Фотоокисление липидов представляет собой двухэтапный процесс.

На первом этапе липиды под действием ультрафиолета окисляются по свободно радикальному механизму с образованием гидроперекисей. На второй стадии при поглощении второго кванта УФ-излучения перекиси расщепляются с образованием стабильных продуктов, и прежде всего альдегидов.

Присутствующие в мембранах жирорастворимые антиоксиданты, такие как токоферолы, ингибируют окисление, но сами при этом подвергаются фотодеструкции. Повреждение фосфолипидов биомембран будет усиливать уменьшение активности мембранных белков-ферментов, вызванную действием УФ-излучения, приводить к разобщению окисления и фосфорилирования и следовательно, подавлять синтез АТФ, повышать проницаемость мембран для различных низкомолекулярных соединений, ионов и т.д..

Находящиеся в мембранах витамины, антиоксиданты и другие, биологически активные вещества также окисляются под действием ультрафиолета и теряют свою активность.

Возникновение при воздействии УФ-излучения молекулярных повреждений ДНК, фотодеструкция белков и биологических мембран обуславливает развитие многочисленных биологических эффектов, которые приводят к летальному эффекту. В механизме летального эффекта главную роль играет образование пиримидиновых димеров в молекулах нуклеиновых кислот.

Образование димеров в ДНК ведет к гибели клетки вследствие:

1. возникновения летальной мутации

2. потери, хотя бы одной из молекул ДНК, способности к репликации за счет нерепарированных сшивок ДНК → ДНК или ДНК →белок

3. нарушения процесса транскрипции.

У бактерий воздействие спектра УФ-излучения вызывает изменение темпа деления клеток и их гибель. Однако в этом процессе наблюдается несколько фаз. Непосредственно после облучения скорость деления уменьшается и часть клеток гибнет. Выжившие клетки повторно делятся, но потом частота митозов вновь падает и часть клеток погибает. Лишь через 2-4 недели наступает окончательное гибель.

Теперь после того как мы разобрали Биологическое действие УФ – излучения, Давайте более подробно разберём коротковолновый диапазон и дозы облучения.

Коротковолновый диапазон УФ-излучения (180–280 нм).

Длинна волны в 185 нм – та длинна при которой УФ-излучение при взаимодействии с кислородом образовывает озон. Лампы с такой длинной волны называют «озоновыми лампами». Действительно УФ-лампы данного типа образуют определённое количество остаточного озона, который разрушает высокомолекулярные органические соединения (ВОС).

В настоящей лекции мы будем рассматривать только процесс УФ-обеззараживания воды при диапозоне длины волны от 254 нм до 280 нм.

Для УФ-обеззараживания воды сегодня применяются волны довольно узкого диапазона — от 254 до 280 нм. В этих рамках бактерицидное воздействия ультрафиолета приобретает своё максимальное значение.

Большая часть установок по обеззараживанию воды ультрафиолетом использует лампы низкого ртутного давления, которые производят излучение длиной от 254 до 260 нм, то есть оптимальную длину волны.

Лампы с таким диапазоном длинной волны называют «бактерицидными лампами». Средний срок службы лампы лежит в пределах от 8 000 до 12 000 ч работы.

УФ-лампы данного типа практически не образуют остаточный озон.

Мерой бактерицидной энергии является доза облучения.

Доза облучения = произведению интенсивности УФ-излучения (мВт/см2) * на время (с) и измеряется в (мДж/см2).

Дозы, применяемые для обеззараживания, зависят от:

— физико-химический свойств очищаемой среды;

— типа контролируемых микроорганизмов;

— исходного и требуемого уровней микроорганизмов.

Среднее время пребывания воды в камере обеззараживания рассчитывается по формуле:

t — среднее время пребывания воды в камере обеззараживания, с;

S — поперечное сечение камеры обеззараживания, см;

L — длина камеры обеззараживания, см;

Q — расход воды, м3/ч;

Оптимальная доза излучения, при которой гибнут микроорганизмы патогенного вида – 16 мДж/см2

Достижение более значительной степени обеззараживания обеспечивается дозой УФ-облучения 40 мДж/см2.

Вода, в которой находятся микроорганизмы, оказывает значительное влияние на эффективность УФ-обеззараживания, поскольку содержащиеся в ней примеси не только могут поглощать УФ-излучение, но и экранировать его полностью. Это влияет:

– на экономические показатели процесса: чем выше прозрачность воды для УФ-лучей, тем меньше надо затратить энергии на обеспечение одной и той же дозы для эффективного УФ-обеззараживания;

– на эффективность процесса обеззараживания: для примера, наличие твердых включений (взвешенные вещества, мутность, цветность, содержание железа) защищает микроорганизмы от УФ-лучей и резко снижает эффективность обеззараживания.

Поэтому качество исходной воды, поступающей на УФ-установки, для обеззараживания, должно соответствовать следующим требованиям:

22 примера, как меняется окружающий мир под ультрафиолетовой лампой

Все знают о существовании ультрафиолетового спектра света, но мало кто представляет, как он отражается на природе вещей. Человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовый свет, который находится за пределами видимого спектра. Но изобретение УФ-ламп стало настоящим прорывом для науки и дало возможность любознательным людям увидеть привычные вещи в новом свете. Стоит посветить лампой, и разные вещи начнут открывать свои секреты!

С УФ-лампой легко отличить настоящие зубы от искусственных: коронки и виниры не светятся в ультрафиолете

Тоник выглядит совсем иначе из-за содержащегося в нем хинина

Многие искусственные материалы светятся в ультрафиолете

Обычный киви под УФ-лампой

Читать еще:  Непосредственность первого впечатления. Pascal Giroud

УФ-фонарик превращает безобидную улитку в инопланетного монстра

Гусеницы в луче УФ-фонаря

Розовый кактус оправдывает свое название

Мастерская работа: наколотый особыми чернилами Чеширский Кот проявляет свою истинную суть под ультрафиолетом.

Ураносодержащее стекло светится в ультрафиолете

УФ-фонарь доказывает родство огурца и арбуза

Многие документы, купюры и т. п. имеют защиту, которая видна только в ультрафиолетовом спектре

Собранная пчелой пыльца под ультрафиолетом похожа на россыпь драгоценных камней

С УФ-фонарик помог обнаружить странную надпись на игровой приставке Xbox One X Edition

Никто бы не догадался, если бы не УФ-лампа

В ультрафиолете роза выглядит невероятно волшебно

Как тут не поверить в сказочных фей или эльфов?

УФ-фонарик доказывает, что чистота — это лишь видимое отсутствие грязи

Так под ультрафиолетом выглядит питайя или драконий фрукт

Виноградина в разрезе

Домашний любимец в новом свете

Секретная маркировка на стиральной машине видна только под УФ-лампой

С УФ-фонариком легко обнаружить скорпиона

Понравилось? Хотите быть в курсе обновлений? Подписывайтесь на наш Twitter, страницу в Facebook или канал в Telegram.

Ультрафиолет

ближний
энергия E — от 3,3 эВ
температура Т — от 8 тыс. К
частота ν (ню) — от 8 ·10 14 Гц
длина волны λ (лямбда) — до 380 нм

вакуумный
E — от 6 эВ
Т — от 14 тыс. К
ν — от 1,5 ·10 15 Гц
λ — до 200 нм

Ультафиолетовый диапазон электромагнитного излучения располагается за фиолетовым (коротковолновым) краем видимого спектра.

Ближний ультрафиолет от Солнца проходит сквозь атмосферу. Он вызывает на коже загар и необходим для выработки витамина D. Но чрезмерное облучение чревато развитием рака кожи. УФ излучение вредно для глаз. Поэтому на воде и особенно на снегу в горах обязательно нужно носить защитные очки.

Более жесткое УФ излучение поглощают в атмосфере молекулы озона и других газов. Наблюдать его можно только из космоса, и поэтому его называют вакуумным ультрафиолетом.

Энергии ультрафиолетовых квантов достаточно для разрушения биологических молекул, в частности ДНК и белков. На этом основан один из методов уничтожения микробов. Считается, что пока в атмосфере Земли не было озона, поглощающего значительную часть ультрафиолета, жизнь не могла выйти из воды на сушу.

Ультрафиолет испускают объекты с температурой от тысяч до сотен тысяч градусов, например, молодые горячие массивные звезды. Однако УФ излучение поглощается межзвездными газом и пылью, поэтому часто нам видны не сами источники, а подсвеченные ими космические облака.

Для сбора УФ излучения используют зеркальные телескопы, а для регистрирации служат фотоэлектронные умножители, а в ближнем УФ, как и в видимом свете — ПЗС-матрицы.

Полярное сияние на Юпитере в ультрафиолете

Свечение возникает, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами атмосферы Юпитера. Большинство частиц под действием магнитного поля планеты входит в атмосферу вблизи ее магнитных полюсов. Поэтому сияние возникает в относительно небольшой области. Аналогичные процессы идут на Земле и на других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл».

Космический телескоп «Хаббл»

Обзоры неба

Небо в жестком ультрафиолете (EUVE)

Обзор построен орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE, 1992–2001). Линейчатая структура изображения соответствует орбитальному движению спутника, а неоднородность яркости отдельных полос связана с изменениями в калибровке аппаратуры. Черные полосы — участки неба, которые не удалось пронаблюдать. Незначительное число деталей на этом обзоре связано с тем, что источников жесткого ультрафиолета относительно мало и, кроме того, ультрафиолетовое излучение рассеивается космической пылью.

Земное применение

Установка для дозированного облучения тела ближним ультрафиолетом для загара. Ультрафиолетовое излучение приводит к выделению в клетках пигмента меланина, который меняет цвет кожи.

Медики делят ближний ультрафиолет на три участка: UV-A (400–315 нм), UV-B (315–280 нм) и UV-C (280–200 нм). Самый мягкий ультрафиолет UV-A стимулирует освобождение меланина, запасенного в меланоцитах — клеточных органеллах, где он вырабатывается. Более жесткий ультрафиолет UV-B запускает производство нового меланина, а также стимулирует выработку в коже витамина D. Модели соляриев различаются по мощности излучения в этих двух участках УФ-диапазона.

В составе солнечного света у поверхности Земли до 99% ультрафиолета приходится на участок UV-A, а остальное — на UV-B. Излучение в диапазоне UV-C обладает бактерицидным действием; в солнечном спектре его намного меньше, чем UV-A и UV-B, кроме того, большая его часть поглощается в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение вызывает иссушение и старение кожи и способствует развитию раковых заболеваний. Причем излучение в диапазоне UV-A увеличивает вероятность самого опасного вида рака кожи — меланомы.

Излучение UV-B практически полностью блокируется защитными кремами, в отличие от UV-A, которое проникает через такую защиту и даже частично через одежду. В целом считается, что очень небольшие дозы UV-B полезны для здоровья, а остальной ультрафиолет вреден.

Детектор валюты

Ультрафиолетовое излучение применяется для определения подлинности денежных купюр. В купюры впрессовываются полимерные волокна со специальным красителем, который поглощает ультрафиолетовые кванты, а потом испускает менее энергичное излучение видимого диапазона. Под действием ультрафиолета волокна начинают светиться, что и служит одним из признаков подлинности.

Ультрафиолетовое излучение детектора невидимо для глаза, синее свечение, заметное при работе большинства детекторов, связано с тем, что применяемые источники ультрафиолета излучают также и в видимом диапазоне.

Изучение влияния искусственного ультрафиолетового излучения на жизнедеятельность живых организмов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Человек в современном мире»

Цель

Выявление положительных и отрицательных сторон искусственного ультрафиолетового излучения при его воздействии на живые организмы.

Читать еще:  Отношения между людьми и природой. Cath Hughes

Описание

Ультрафиолетовое облучение в умеренных дозах положительно воздействует на организм. В то же время ультрафиолетовые лучи в больших дозах очень опасны.

Сегодня в нашей повседневной жизни нас окружает множество приборов, в которых используется ультрафиолет: электрическая сушилка для обуви, бытовой стерилизатор воды, бытовая ультрафиолетовая лампа для дезинфекции помещений, бытовые приборы по уходу за кожей, студийные и домашние солярии, лампа маникюрная, бытовой фен для волос и др.

Не опасны ли эти приборы для нашего здоровья при их постоянной эксплуатации? Как влияют дозы и время облучения на живой организм?

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 280 нм до 380 нм (ультрафиолетовые лампы для маникюра) и от 200 нм до 400 нм (ультрафиолетовые лампы для соляриев) положительно влияет на живые организмы при краткосрочном воздействии.

1. Ознакомиться с видами электромагнитного излучения и изучить виды ультрафиолетового излучения (по длине волны) при помощи литературных источников.

2. Исследовать влияние ультрафиолетовых лучей на всхожесть тест-растений (семена редиса и гороха).

3. Провести исследование по определению длины волны ультрафиолетового излучения разных бытовых приборов с помощью дифракционной решётки.

4. На основе полученных результатов сделать выводы о положительных и отрицательных сторонах искусственного ультрафиолетового излучения при его воздействии на живые организмы.

5. Провести анкетирование среди молодёжи в возрасте от 14 до 18 лет по выяснению их осведомленности о пользе и вреде соляриев.

6. Распространять информацию, полученную в результате исследовательской работы, среди учащихся школы.

Из литературных источников известно, что обработка семенного материала ультрафиолетовым излучением в оптимальных дозах положительно влияет на его качество (всхожесть, энергия прорастания) и, в итоге, на сроки созревания и урожайность.

Для проведения опыта взяли семена гороха среднеспелых сортов «Сахарный» и семена редиса раннеспелого «Зарница». Часть семян облучались в течение

5 минут, часть − 15 минут с помощью ультрафиолетовой лампы с длиной волны от 300 нм до 400 нм. Были отобраны семена для контрольной группы. Всего в каждой группе было по 30 семян. При воздействии ультрафиолетовым излучением в течение 5 минут взошло 90% семян редиса и 66% семян гороха, что является высоким результатом по сравнению с контрольной группой, где взошло 66% и 53% семян соответственно. В горшочках, где прорастали семена, облученные в течение 15 минут, всхожесть была очень низкой. Семена редиса проросли на 23%, а гороха – на 7%.

Для определения длины волны ультрафиолетового излучения с помощью дифракционной решётки были выбраны три искусственных источника ультрафиолетового излучения: студийный солярий для искусственного загара, ультрафиолетовая лампа маникюрная, бытовой фен для волос с озоновой лампой.

Облучение ультрафиолетом с длиной волны 185 нм газовой смеси, содержащей кислород, вызывает образование озона, который благотворно влияет на волосы. Проведённый с помощью ксеноновой лампы, вмонтированной в парикмахерский фен OZON-1, эксперимент показал, что излучение способствует укреплению корней волос и закрытию волосяных чешуек, предотвращает их ломкость и сечение, а также увеличивает скорость роста волос.

Для оценки информированности учеников школы № 1516 о пользе и вреде ультрафиолетового излучения среди старшеклассников было проведено анкетирование, в котором приняли участие 252 человека – 120 девушек

и 132 юноши в возрасте от 14 до 18 лет. Результаты оказались следующими.

Почти все старшеклассники (98%) считают, что знают о том, что такое ультрафиолетовое излучение. На вопрос «Знаете ли вы о вреде ультрафиолетовых лучей?» 34% опрошенных ответили отрицательно, 45% учащихся посещают солярий, из них 35% находятся в нём не более 5 минут. Защитными кремами и очками пользуются только 5% опрошенных.

48% учащихся ходят в солярий, чтобы компенсировать нехватку витамина D в зимний период.

Оснащение и оборудование, использованное в работе:

  • ультрафиолетовая лампа для маникюра с длиной волны от 300 нм до 400 нм,
  • стационарные лампы для вертикального солярия с длиной волны от 200нм до 400 нм,
  • бытовой фен для волос с озоновой лампой,
  • дифракционная решетка,
  • семена редиса раннеспелого «Зарница»,
  • семена гороха среднеспелого «Сахарный»,
  • пластиковые горшочки для рассады,

Результаты
1. В результате исследования всхожести семян растений при воздействии на них ультрафиолетовым излучением с длиной волны от 300 нм до 400 нм установлено, что наилучшая всхожесть проявляется у семян, находившихся под лампой в течение 5 минут. Большие дозы ультрафиолета неблагоприятны и губительны для растений.

2. Длины волн ультрафиолетовых ламп в соляриях соответствуют заявленному диапазону от 200 нм до 400 нм. Наши расчеты установили среднюю длину волны 350 нм. А длина волны ультрафиолетовой лампы для маникюра отличается от заявленных в инструкции параметров на 90 нм и составляет 500 нм. Волна, длина которой 500 нм, относится к синему цвету спектра, ухудшает качество зрения, повреждая сетчатку и провоцируя возникновение симптомов зрительного утомления.

3. Проведённый с помощью бытового фена эксперимент дал положительный результат. Было выявлено положительное влияние ультрафиолетового излучения на рост и структуру волос.

4. Проанализировав результаты анкетирования, можно сделать вывод, что большая часть школьников не имеют полного представления о негативном влиянии ультрафиолета на их организм. Главной причиной таких результатов, по нашему мнению, является их недостаточная информированность об этой проблеме.

5. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны в 315−400 нм и с длиной волны 280−315 нм полезно для живых организмов только при непродолжительном воздействии. Длительное облучение губительно для живых организмов.

Особое мнение

«Организация конференции «Старт в медицину» прошла на высоком уровне, понравились музеи и работы других участников»

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector