Солнечная радиация и ее роль в обеспечении жизни на Земле. Биологическое действие различных частей солнечного спектра.

Солнце для биосферы служит источником энергии тепла и света.

Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных стадий фотосинтеза), определяет климат. Солнце состоит из водорода (≈ 73 % от массы и ≈ 92 % от объёма), гелия (≈ 25 % от массы и ≈ 7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома.

Температура поверхности Солнца достигает 6000 К. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).

Солнце является источником корпускулярных освещений (электроны, протоны, ядра гелия и др.) и электромагнитных волновых излучений: инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения.

Корпускулярная (относящаяся к частицам) взаимодействует преимущественно с магнитной сферой Земли, а электромагнитная― со слоями земной атмосферы.

Различают физическое и химическое взаимодействие солнечного излучения с компонентами земной атмосферы. Солнечная энергия вызывает воздушные течения и связанные с ними изменения погоды, определяет климат местности, обеспечивает существование органической жизни на Земле.

Процессы, происходящие в биологических системах при поглощении энергии солнечного излучения:

ü Фотосинтез углеводов, жирных кислот, а/к, пуриновых и пиримидиновых оснований, пигмента хлорофилла в зеленых растениях и водорослях;

ü Процессы, помогающие регулировать взаимодействие живых систем с внешней средой: зрение, фототаксис, фототропизм, фотопериодизм растений);

ü Процессы, результатом действия которых является поражение живой структуры, деструкция биологически важных соединений и, как следствие, подавление жизнедеятельности организма.

Световой климат определяется количеством солнечного излучения, доходящего до земной поверхности и зависит от ряда природных и антропогенных факторов.

Различают излучение: прямое ― исходящее непосредственно от Солнца, рассеянное ― от небесного свода, отраженное ― от поверхности различных предметов.

Все виды солнечного излучения, достигающие поверхности Земли, ― инфракрасное, видимое и УФ-излучение, ― имеют общую физическую природу (электромагнитные волны), но отличаются длиной волны.

Формула Планка отражает зависимость между энергией квантов любого ЭМ-излучения и частотой колебаний/ длиной волны:

e = hf,

e ― энергия кванта;

f ― частота колебаний,

h ― квантовая постоянная. => чем больше частота колебаний (чем меньше длина волны), тем больший запас энергии несет квант излучения и тем сильнее выражена степень воздействия (в т.ч. и повреждающего) на организм.

Биологическое действие различных спектров солнечного излучения:

1) Инфракрасное (тепловое) изучение составляет не менее 50% солнечного ЭМ-излучения; действуя на молекулы и атомы различны в-в, оно усиливает их колебательные и ротационные движения, вызывая тепловой эффект. Глобальное действие― движение воздуха и воздушных масс (следствие нагревания земной поверхности и испарения воды), формирование циклонов и антициклонов, теплых и холодных течений, разнообразие климатических зон, погодных условий, опосредованное действие на жизнедеятельность растений и животных, общее состояние человека.

Инфракрасное излучение проникает сквозь атмосферу, толщу воды и почвы, сквозь оконное стекло, одежду.

Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ = 0, 74—2, 5 мкм;

средневолновая область: λ = 2, 5—50 мкм;

длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм

Негативное влияние на организм: перегревание организма, тепловой/ солнечный удар; ССС― тахикардия, повышение систолического и снижение диастолического АД; развитие катаракты, сухость конъюктивы глаз.

2) Видимое излучение ― это ЭМ-волны, воспринимаемые человеческим глазом. Видимое излучение Солнца имеет длину волны 400-760 нм и создает максимальную освещенность на поверхности Земли до 40000 лк. Если Солнце стоит над горизонтом, общая освещенность снижается до 1000 лк. Луна создает освещенность 0, 2 лк.

Оказывает общебиологическое действие через зрительный анализатор, кожу (в крови имеется небольшое кол-во гематопорфирина, который является фотосенсибилизатором). Итоги действия видимого света: осуществление зрительной ф-ции; активизация процессов возбуждения в коре головного мозга, улучшение деятельности других анализаторов (кроме зрительного); влияние на эмоциональную сферу; усиление биохимических процессов, иммунобиологической реактивности; активизация обмена веществ; повышение жизненного тонуса.

Видимый свет контролирует суточные ритмы сна и бодорствования, температуры тела, гормональную секрецию и другие физиологические функции, включая познавательную деятельность.

Понятие сезонного аффективного расстройства (САР) также известное как сезонная депрессия, или зимняя тоска, это расстройство настроения, при котором люди, имеющие нормальное психическое здоровье на протяжении года, испытывают депрессивные симптомы зимой, или гораздо реже летом, весной или осенью, повторно, год за годом.

3) УФ-излучение ― наиболее биологически активная часть солнечного спектра, у поверхности Земли представлена потоком волн в диапазоне 290-400 нм.

Более короткие волны, исходящие от Солнца, поглощаются ещё в стратосфере при помощи озонового слоя.

Интенсивность УФ-радиации зависит от погоды, степени загрязненности атмосферного воздуха, в условиях городов― неправильная планировка и строительство, неверная ориентация окон домов по сторонам света.

Область УФ-излучения условно делится на три области― A, B, C (по характеру биологического действия):

Ближняя/ длинноволновая область А – от 400 до 320 нм, обладает преимущественно эритемным и загарным действием.

Далёкая/ средневолновая область В – от 320 до 290 нм, обладает витаминообразующим действием. В коже человека провитамин 7, 8-дегидрохолестерин переходит в активную форму― витамин D3, обеспечивая антирахитическое действие.

!!! Обычное стекло задерживает до 80% спектра В, увиолевое стекло пропускает большую часть УФ-лучей В области.

Вакуумная/ коротковолновая область С – от 290 до 200 нм, обладает бактерицидным, абиотическим действием, не достигает поверхности Земли. Искусственные её источники― ртутно-кварцевые и бактерицидные лампы.

Механизмы действия УФ-излучения на организм: биофизический, гуморальный и нервно-рефлекторный.

А также: общестимулирующее действие, загарное/ пигментообразующее действие, D-витаминообразующее действие, абиогенное действие, канцерогенное действие.

Профилактика ультрафиолетовой недостаточности у детей и подростков. Характеристика различных искусственных источников ультрафиолетового излучения. Светооблучательные установки и фотарии различного типа.

Спектр УФ-излучений, имеющих биологическое значение, подразделяется на три диапазона по своей проникающей способности и фотохимической активности: область А (400-320 нм), ― загарное, общеукрепляющее действие, стимулирует иммунитет, способствует увеличению защитных и барьерных функций кожи. Область В (320-290 нм), ― узкое витаминообразующее (Д3) действие. Область С (290-200 нм), ― бактерицидное действие, коротковолновая часть, свет не достигает поверхности Земли.

Степень биологического действия УФ-излучения зависит от: состояния атмосферы, планировали помещения, климатической зоны, от времени года.

УФ-недостаточность/ световое голодание возникает в условиях постоянного дефицита солнечного/ светового излучения.

Симптомы: снижение адаптационных возможностей организма, снижение регенерации тканей, развитие анемии, понижение сопротивляемости организма к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам, повышение утомляемости.

Нарушение обмена холекальциферола приводит к нарушению обмена кальция и фосфора― рахиту, у взрослых― к остеопорозу, замедленному срастанию костей при переломах, увеличению заболеваемости кариеса зубов.

Профилактика: профилактическое облучение беременных женщин, детей, шахтеров, жителей заполярных категорий и др контингентов с УФ-недостаточностью.

УФ-излучение не используют при заболеваниях щитовидной железы, острых заболеваниях печени, почек, злокачественных образованиях, туберкулезе, малярии.

Применяют три типа искусственных источников УФ-излучения:

1) Эритемные люминесцентные лампы (ЛЭ, ЭУВ) ― источники УФ-излучения в областях А и В.

Максимум излучения в области В. Увеолевое стекло хорошо пропускает УФИ. Выпускают ЭУВ-30 и ЭУВ-15 в зависимости от мощности (в Вт). Среди них выделяют: комбинированные светильники ШЭЛ-1 и ШЭЛ-2, кроме ЭУВ имеют осветительные люминесцентные лампы; облучатели ОЭ-1-15 и ОЭО-2-30, предназначены только для ЭУВ.

2) Прямые ртутно-кварцевые лампы (ПРК)/ дуговые кварцевые лампы (ДРТ)― мощные источники областей спектра А, В, С.

Максимум излучения― области В и С. ПРК используются для лечебного и профилактического облучения людей, для обеззараживания объектов внешней среды (воды, воздуха и др.). УФИ области С может приводить к поражению слизистой глаз (фотоофтальмии, светобоязнь), изменению состава крови, глаза защищают темными стеклянными очками. Применяют ПРК 3 типов: ПРК-2 (375 Вт), облучатель ртутно-кварцевый малый; ПРК-4 (220 Вт), облучатель ртутно-кварцевый малый; ПРК-7 (1000 Вт), облучатель ртутно-кварцевый большой

Для ПРК разработаны 2 типа облучателей маячного типа: большой (ПРК-7) и малый (ПРК-2, ПРК-4).

3) Бактерицидные лампы из увиолевого стекла (БУВ)― источники УФ-излучения области С.

Применяются только для обеззараживания объектов внешней среды: воздуха, воды, предметов (посуды, игрушек). Глаза необходимо защищать стеклянными очками. Производят: БУВ-15, БУВ-30, БУВ-60 и БУВ-30П (30 Вт с повышенной плотностью тока).

ПРК и БУВ - кратковременное воздействие.

Светооблучательные установки ― длительного и кратковременного действия.

1) Эритемные светооблучательные установки― это установки, в которых помимо люминесцентных/ обычных ламп вмонтированы лампы ЭУВ. Рекомендуется устанавливать в: детских учреждениях, ЛПУ, жилых домах севернее 60º с.ш., спортивных залах, производственных помещениях, лишенных естесственного освещения. Светооблучательные установки следует устанавливать в помещениях длительного прибывания людей. Облучатели устанавливаются на потолке или стене, на уровне 2, 5 м от пола. Дозируют УФ-излучение в биодозах;

2) Облучательные установки (фотарии)― установки кратковременного действия с интенсивным УФИ. Устраивают для людей, не имеющих постоянного рабочего места или работают под землей.

ü Фотарии кабинного типа― состоят из 2/4 одноместных смежных кабин, стенками являются вертикально расположенные лампы ЭУВ-30. Лампы монтируются вертикально 160 мм друг от друга;

ü Фотарии проходного типа― прямолинейный или с поворотами (лабиринтного типа) длиной до 30м, шириной 1, 2-1, 5 м с лампами ЭУВ (ЛЭ-30), крепящимися вертикально на расстоянии 250 мм друг от друга;

ü Фотарии маячного типа― с ртутно-кварцевыми лампами использую ПРК-7, располагающуюся в центре помещения. Облучаемые располагаются по кругу на расстоянии не менее 3м от ПРК-7. Расстояние между людьми 30-40 см.

Атмосферный воздух как внешняя среда. Атмосфера Земли, ее структура и свойства. Природный химический состав атмосферного воздуха. Источники загрязнения атмосферы. Влияние загрязнений на здоровье людей. Охрана чистоты атмосферного воздуха.

Воздух для человека является основным источником кислорода, необходимого для окислительных процессов в тканях, который возможен только при дыхании. Состояние воздушной среды в значительной мере определяется количеством и качеством солнечной радиации на поверхности Земли. Велико значение процессов самоочищения воздушной среды от газообразных продуктов жизнедеятельности животных, вредных химических в-в техногенного происхождения, патогенной микрофлоры. Атмосферный воздух является одним из ведущих факторов терморегуляции человека, служит источником сырья― азота, кислорода, аргона, гелия. Воздух используется в промышленности в различных технологических процессах (горение топлива, выплавка металла, процессы окисления и т.п.).

Атмосфера― газовая оболочка, окружающая планету Земля, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде. Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство. Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями. Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы. Также она удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться. Атмосфера Земли состоит в основном из двух газов — азота (78%) и кислорода (21%). Кроме того, она содержит примеси углекислого и других газов. Вода в атмосфере существует в виде пара, капель влаги в облаках и кристалликов льда.

Безвоздушная магнитосфера. Здесь летает большинство спутников Земли за пределами земной атмосферы. Экзосфера (450-500 км от поверхности). Почти не содержит газов. Некоторые спутники погоды совершают полеты в экзосфере. Термосфера (80-450 км) характеризуется высокими температурами, достигающими в верхнем слое 1700°С. Мезосфера (50—80 км). В этой сфере температура падает по мере увеличения высоты. Именно здесь сгорает большинство метеоритов (осколков космических пород), попадающих в атмосферу. Стратосфера (15—50 км). Содержит озоновый спой, т. е. слой озона, поглощающего ультрафиолетовое излучение Солнца. Это приводит к повышению температуры около поверхности Земли. Здесь обычно летают реактивные самолеты, так как видимость в этом слов очень хорошая и почти нет помех, вызванных погодными условиями. Тропосфера. Высота варьируется от 8 до 15 км от земной поверхности. Именно здесь формируется погода планеты, так как в этом слое содержится больше всего водяных паров, пыли и возникают ветры. Температура понижается по мере удаления от земной поверхности.

Виды загрязнения

1) По источникам загрязнения: естественное и антропогенное;

2) По характеру загрязнения атмосферы:

физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.);

химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы;

биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

Источники загрязнения

1) Природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльцу растений, выделения животных и др.);

2) Искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:

ü Транспортные — загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;

ü Производственные — загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;

ü Бытовые — загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой бытовых отходов.

По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также можно разделить на несколько групп:

ü Механические загрязнители — пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, истирающиеся автопокрышки и т. д.;

ü Химические загрязнители — пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;

ü Радиоактивные загрязнители.

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к увеличению заболеваний, как органов дыхания, так и сердечно-сосудистой системы, способно вызывать острое и хроническое действие.

Острое воздействие загрязнения атмосферного воздуха проявляется только в особых ситуациях, связанных с неблагоприятными метеорологическими условиями или с аварией на предприятии – источнике загрязнения воздуха. Острое воздействие может сопровождаться повышением смертности от хронических заболеваний, общей заболеваемости, частоты обращаемости по поводу обострения хронических сердечно-сосудистых, легочных и аллергических заболеваний, а также физиологическими и биохимическими сдвигами в организме неспецифического характера. В периоды резкого повышения уровня загрязнения острота этих нарушений резко возрастает. Компоненты загрязнения воздуха в этих случаях, как правило, играют роль не этиологических, а провоцирующих факторов, способствующих повышению заболеваемости.

Хроническое воздействие загрязнений атмосферы является наиболее частым и неблагоприятным. Могут поражаться верхние дыхательные пути с развитием ларингитов, трахеитов, ринитов. Поражаются легкие – хронические бронхиты, пневмонии с развитием эмфиземы, дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточностью. Наблюдается поражение слизистой оболочки глаз с возникновением конъюнктивитов, кератитов, а также заболевания кожи (дерматиты). Загрязнение атмосферного воздуха может вызывать различные рефлекторные реакции, обусловленные раздражением рефлекторных зон. Эти реакции проявляются кашлем, тошнотой, головной болью, выраженность которых коррелирует с уровнем загрязнения воздуха. Рефлекторные реакции влияют на регуляцию дыхания, деятельность сердечно-сосудистой системы и других систем. Раздражение рецепторов слизистой оболочки носа может вызывать сужение бронхов и голосовой щели, брадикардию, приводить к снижению объема сердечного выброса. Рефлексы с глотки могут обуславливать сильное сокращение диафрагмы, наружных межреберных мышц. При раздражении гортани и трахеи возникает кашлевой рефлекс, происходит сокращение гладких мышц бронхов, а раздражение рецепторов внутрилегочных бронхов может вызывать гиперпноэ, бронхоконстрикцию, сокращение мышц гортани

Охрана чистоты атмосферного воздуха:

1) Группа санитарно-технических мероприятий – сооружение сверхвысоких дымовых труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация технического и транспортного оборудования;

2) Группа технологических мероприятий – создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство, замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, автоматизация производственных процессов;

3) Группа планировочных мероприятий – создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒