Sonnenstrahlung oder ionisierende Strahlung der Sonne. Einfluss der Sonnenstrahlung auf den Menschen

SONNENSTRAHLUNG

SONNENSTRAHLUNG- elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung der Sonne. Elektromagnetische Strahlung breitet sich als elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit aus und dringt in die Erdatmosphäre ein. Die Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche in Form von Direkt- und diffuser Strahlung.
Sonnenstrahlung ist die Hauptenergiequelle für alle physikalischen und geografischen Prozesse, die auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre ablaufen (siehe Sonneneinstrahlung). Die Sonnenstrahlung wird üblicherweise anhand ihrer thermischen Wirkung gemessen und in Kalorien pro Oberflächeneinheit und Zeiteinheit ausgedrückt. Insgesamt erhält die Erde weniger als ein Zweimilliardstel ihrer Strahlung von der Sonne.
Der Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung der Sonne ist sehr breit – von Radiowellen bis hin zu Röntgenstrahlen – ihre maximale Intensität liegt jedoch im sichtbaren (gelbgrünen) Teil des Spektrums.
Es gibt auch einen korpuskulären Teil der Sonnenstrahlung, der hauptsächlich aus Protonen besteht, die sich mit Geschwindigkeiten von 300–1500 km/s von der Sonne bewegen (Sonnenwind). Bei Sonneneruptionen entstehen auch hochenergetische Teilchen (hauptsächlich Protonen und Elektronen), die den solaren Anteil der kosmischen Strahlung bilden.
Der Energiebeitrag der Korpuskularkomponente der Sonnenstrahlung zu ihrer Gesamtintensität ist im Vergleich zum elektromagnetischen Anteil gering. Daher wird der Begriff „Sonnenstrahlung“ in einer Reihe von Anwendungen im engeren Sinne verwendet und meint nur ihren elektromagnetischen Teil.
Die Menge der Sonnenstrahlung hängt von der Höhe der Sonne, der Jahreszeit und der Transparenz der Atmosphäre ab. Zur Messung der Sonneneinstrahlung werden Aktinometer und Pyrheliometer eingesetzt. Die Intensität der Sonnenstrahlung wird üblicherweise anhand ihrer thermischen Wirkung gemessen und in Kalorien pro Flächeneinheit und Zeiteinheit ausgedrückt.
Die Sonnenstrahlung wirkt sich natürlich nur tagsüber stark auf die Erde aus – wenn die Sonne über dem Horizont steht. Außerdem ist die Sonnenstrahlung in der Nähe der Pole an Polartagen sehr stark, wenn die Sonne auch um Mitternacht über dem Horizont steht. Im Winter geht die Sonne an denselben Orten jedoch überhaupt nicht über den Horizont und hat daher keinen Einfluss auf die Region. Die Sonnenstrahlung wird nicht durch Wolken blockiert und erreicht daher immer noch die Erde (wenn die Sonne direkt über dem Horizont steht). Sonnenstrahlung ist eine Kombination aus der leuchtend gelben Farbe der Sonne und Wärme, Wärme dringt auch durch Wolken hindurch. Die Sonnenstrahlung wird durch Strahlung und nicht durch Wärmeleitung auf die Erde übertragen.
Die Menge der von einem Himmelskörper empfangenen Strahlung hängt von der Entfernung zwischen dem Planeten und dem Stern ab – wenn sich die Entfernung verdoppelt, verringert sich die Menge der vom Stern zum Planeten empfangenen Strahlung um das Vierfache (proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen dem Planeten und dem Planeten). der Stern). So führen bereits kleine Änderungen des Abstands zwischen Planet und Stern (abhängig von der Exzentrizität der Umlaufbahn) zu einer erheblichen Änderung der auf den Planeten eintretenden Strahlungsmenge. Auch die Exzentrizität der Erdumlaufbahn ist nicht konstant – im Laufe der Jahrtausende verändert sie sich und bildet periodisch einen nahezu perfekten Kreis, manchmal erreicht die Exzentrizität 5 % (derzeit sind es 1,67 %), das heißt, am Perihel erhält die Erde derzeit 1,033 mehr Sonneneinstrahlung als im Aphel und bei größter Exzentrizität - mehr als das 1,1-fache. Allerdings hängt die Menge der einfallenden Sonnenstrahlung viel stärker vom Wechsel der Jahreszeiten ab – derzeit bleibt die Gesamtmenge der auf die Erde einfallenden Sonnenstrahlung praktisch unverändert, allerdings auf dem Breitengrad 65 N (dem Breitengrad der nördlichen Städte Russlands und Kanadas). ) Im Sommer ist die Menge der einfallenden Sonnenstrahlung um mehr als 25 % höher als im Winter. Dies liegt daran, dass die Erde in einem Winkel von 23,3 Grad gegenüber der Sonne geneigt ist. Winter- und Sommeränderungen kompensieren sich gegenseitig, dennoch wird mit zunehmender Breite des Beobachtungsortes die Kluft zwischen Winter und Sommer immer größer, sodass am Äquator kein Unterschied zwischen Winter und Sommer besteht. Jenseits des Polarkreises ist die Sonneneinstrahlung im Sommer sehr hoch und im Winter sehr niedrig. Dies prägt das Klima auf der Erde. Darüber hinaus können periodische Änderungen der Exzentrizität der Erdumlaufbahn zur Entstehung verschiedener geologischer Epochen führen: zum Beispiel

ATMOSPHÄRE

Atmosphäre. Struktur, Zusammensetzung, Herkunft, Bedeutung für GO. Thermische Prozesse in der Atmosphäre. Sonnenstrahlung, ihre Arten, Breitenverteilung und Transformation durch die Erdoberfläche.

Atmosphäre- die Lufthülle der Erde, die von der Schwerkraft gehalten wird und an der Rotation des Planeten teilnimmt. Die Schwerkraft hält die Atmosphäre nahe an der Erdoberfläche. Der höchste Druck und die höchste Dichte der Atmosphäre werden an der Erdoberfläche beobachtet; wenn man nach oben steigt, nehmen Druck und Dichte ab. In einer Höhe von 18 km nimmt der Druck um das Zehnfache ab, in einer Höhe von 80 km um das 75.000-fache. Die untere Grenze der Atmosphäre ist die Erdoberfläche, als obere Grenze wird üblicherweise eine Höhe von 1000-1200 km angenommen. Die Masse der Atmosphäre beträgt 5,13 x 10 15 Tonnen, wobei 99 % dieser Masse in der unteren Schicht bis zu einer Höhe von 36 km enthalten sind.

Der Beweis für die Existenz hoher Schichten der Atmosphäre ist wie folgt:

In einer Höhe von 22–25 km befinden sich Perlmuttwolken in der Atmosphäre;

In einer Höhe von 80 km sind nachtleuchtende Wolken sichtbar;

In einer Höhe von etwa 100-120 km wird die Verbrennung von Meteoriten beobachtet, d.h. hier ist die Atmosphäre noch recht dicht;

In einer Höhe von etwa 220 km beginnt die Lichtstreuung durch atmosphärische Gase (das Phänomen der Dämmerung);

Polarlichter beginnen in etwa 1000–1200 km Höhe; dieses Phänomen wird durch die Ionisierung der Luft durch Korpuskularströme erklärt, die von der Sonne ausgehen. Die stark verdünnte Atmosphäre reicht bis in eine Höhe von 20.000 km, bildet die Erdkorona und verwandelt sich unmerklich in interplanetares Gas.

Die Atmosphäre dreht sich wie der Planet als Ganzes gegen den Uhrzeigersinn von West nach Ost. Durch die Rotation nimmt es die Form eines Ellipsoids an, d.h. In der Nähe des Äquators ist die Atmosphäre dicker als in der Nähe der Pole. Dieser „Gasschweif“ der Erde, der wie der eines Kometen verdünnt ist, weist einen Vorsprung in entgegengesetzter Richtung zur Sonne auf und hat eine Länge von etwa 120.000 km. Die Atmosphäre ist durch Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch mit anderen Geosphären verbunden. Die Energie atmosphärischer Prozesse ist elektromagnetische Strahlung der Sonne.

Entwicklung der Atmosphäre. Da Wasserstoff und Helium die häufigsten Elemente im Weltraum sind, waren sie zweifellos Teil der protoplanetaren Gas- und Staubwolke, aus der die Erde entstand. Aufgrund der sehr niedrigen Temperatur dieser Wolke konnte die allererste Erdatmosphäre nur aus Wasserstoff und Helium bestanden haben, denn Alle anderen Elemente der Substanz, aus der die Wolke bestand, befanden sich in festem Zustand. Eine solche Atmosphäre wird bei Riesenplaneten beobachtet; offenbar haben sie aufgrund der großen Anziehungskraft der Planeten und ihrer Entfernung von der Sonne ihre Primäratmosphäre beibehalten.

Darauf folgte die Erwärmung der Erde: Wärme entstand durch die Gravitationskompression des Planeten und den Zerfall radioaktiver Elemente in seinem Inneren. Die Erde verlor ihre Wasserstoff-Helium-Atmosphäre und schuf aus den aus ihren Tiefen freigesetzten Gasen (Kohlendioxid, Ammoniak, Methan, Schwefelwasserstoff) eine eigene Sekundäratmosphäre. Laut A.P. Vinogradov (1959), in dieser Atmosphäre befand sich der größte Teil von H 2 O, dann CO 2, CO, HCl, HF, H 2 S, N 2, NH 4 Cl und CH 4 (die Zusammensetzung moderner vulkanischer Gase ist ungefähr gleich). ). V. Sokolov (1959) glaubte, dass es hier auch H 2 und NH 3 gab. Es gab keinen Sauerstoff und in der Atmosphäre herrschten reduzierende Bedingungen. Jetzt werden ähnliche Atmosphären auf Mars und Venus beobachtet; sie bestehen zu 95 % aus Kohlendioxid.

Die nächste Stufe in der Entwicklung der Atmosphäre war ein Übergang – von abiogenen zu biogenen, von reduzierenden zu oxidierenden Bedingungen. Die Hauptbestandteile der gasförmigen Hülle der Erde sind N 2, CO 2, CO. Als Nebenprodukte - CH 4, O 2. Sauerstoff entstand aus Wassermolekülen in der oberen Atmosphäre unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlen der Sonne; Es konnte auch aus den Oxiden der Erdkruste freigesetzt werden, der überwiegende Teil davon ging jedoch durch die Oxidation von Mineralien in der Erdkruste oder durch die Oxidation von Wasserstoff und seinen Verbindungen in der Atmosphäre wieder verloren.

Die letzte Stufe in der Entwicklung der Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre ist mit der Entstehung des Lebens auf der Erde und mit der Entstehung des Mechanismus der Photosynthese verbunden. Der Gehalt an Sauerstoff – biogen – begann zu steigen. Gleichzeitig verlor die Atmosphäre fast vollständig Kohlendioxid, das teilweise in riesige Kohle- und Karbonatvorkommen gelangte.

Dies ist der Weg von der Wasserstoff-Helium-Atmosphäre zur modernen, in der heute Stickstoff und Sauerstoff die Hauptrolle spielen und als Verunreinigungen Argon und Kohlendioxid vorhanden sind. Auch moderner Stickstoff ist biogenen Ursprungs.

Zusammensetzung atmosphärischer Gase.

Atmosphärische Luft– ein mechanisches Gasgemisch, das Staub und Wasser in Suspension enthält. Saubere und trockene Luft auf Meereshöhe ist eine Mischung aus mehreren Gasen, und das Verhältnis zwischen den wichtigsten atmosphärischen Gasen – Stickstoff (Volumenkonzentration 78,08 %) und Sauerstoff (20,95 %) – ist konstant. Darüber hinaus enthält die atmosphärische Luft Argon (0,93 %) und Kohlendioxid (0,03 %). Der Anteil anderer Gase – Neon, Helium, Methan, Krypton, Xenon, Wasserstoff, Jod, Kohlenmonoxid und Stickoxide – ist vernachlässigbar (weniger als 0,1 %) (Tabelle).

Tabelle 2

Gaszusammensetzung der Atmosphäre

Sauerstoff

Kohlendioxid

In den hohen Schichten der Atmosphäre verändert sich unter dem Einfluss der harten Strahlung der Sonne die Zusammensetzung der Luft, was zum Zerfall (Dissoziation) von Sauerstoffmolekülen in Atome führt. Atomsauerstoff ist der Hauptbestandteil der hohen Schichten der Atmosphäre. In den Schichten der Atmosphäre, die am weitesten von der Erdoberfläche entfernt sind, sind die Hauptbestandteile schließlich die leichtesten Gase – Wasserstoff und Helium. In den oberen Schichten der Atmosphäre wurde eine neue Verbindung entdeckt – Hydroxyl OH. Das Vorhandensein dieser Verbindung erklärt die Bildung von Wasserdampf in großen Höhen in der Atmosphäre. Da der Großteil der Substanz in einer Entfernung von 20 km von der Erdoberfläche konzentriert ist, haben Änderungen der Luftzusammensetzung mit der Höhe keinen spürbaren Einfluss auf die Gesamtzusammensetzung der Atmosphäre.

Die wichtigsten Bestandteile der Atmosphäre sind Ozon und Kohlendioxid. Ozon ist dreiatomiger Sauerstoff ( UM 3 ), in der Atmosphäre von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 70 km vorhanden. In den Bodenschichten der Luft entsteht es hauptsächlich unter dem Einfluss atmosphärischer Elektrizität und bei der Oxidation organischer Substanzen sowie in höheren Schichten der Atmosphäre (Stratosphäre) – durch den Einfluss ultravioletter Strahlung der Sonne auf dem Sauerstoffmolekül. Der Großteil des Ozons befindet sich in der Stratosphäre (aus diesem Grund wird die Stratosphäre oft als Ozonosphäre bezeichnet). Die Schicht der maximalen Ozonkonzentration in einer Höhe von 20–25 km wird Ozonschirm genannt. Insgesamt absorbiert die Ozonschicht etwa 13 % der Sonnenenergie. Der Rückgang der Ozonkonzentration in bestimmten Gebieten wird als „Ozonlöcher“ bezeichnet.

Kohlendioxid verursacht zusammen mit Wasserdampf den Treibhauseffekt der Atmosphäre. Treibhauseffekt– Erwärmung der inneren Schichten der Atmosphäre, erklärt durch die Fähigkeit der Atmosphäre, kurzwellige Strahlung von der Sonne durchzulassen und keine langwellige Strahlung von der Erde abzugeben. Wäre doppelt so viel Kohlendioxid in der Atmosphäre vorhanden, würde die Durchschnittstemperatur der Erde 18 0 C erreichen, jetzt liegt sie bei 14-15 0 C.

Das Gesamtgewicht der atmosphärischen Gase beträgt etwa 4,5 · 10 15 Tonnen. Somit beträgt das „Gewicht“ der Atmosphäre pro Flächeneinheit oder Atmosphärendruck etwa 10,3 Tonnen/m 2 auf Meereshöhe.

In der Luft befinden sich viele Feinstaubpartikel, deren Durchmesser nur Bruchteile eines Mikrometers beträgt. Es handelt sich um Kondensationskerne. Ohne sie wäre die Bildung von Nebeln, Wolken und Niederschlägen unmöglich. Viele optische und atmosphärische Phänomene hängen mit Feinstaub in der Atmosphäre zusammen. Sie gelangen auf unterschiedliche Weise in die Atmosphäre: Vulkanasche, Rauch aus der Kraftstoffverbrennung, Pflanzenpollen, Mikroorganismen. Als Kondensationskeime dienten in jüngster Zeit Industrieabgase und radioaktive Zerfallsprodukte.

Ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre ist Wasserdampf, dessen Menge in feuchten Äquatorwäldern 4 % erreicht, in den Polarregionen sinkt er auf 0,2 %. Wasserdampf gelangt durch Verdunstung von der Oberfläche von Böden und Gewässern sowie durch die Transpiration von Feuchtigkeit durch Pflanzen in die Atmosphäre. Wasserdampf ist ein Treibhausgas und fängt zusammen mit Kohlendioxid den Großteil der langwelligen Strahlung der Erde ein und verhindert so eine Abkühlung des Planeten.

Die Atmosphäre ist kein perfekter Isolator; Es hat die Fähigkeit, Elektrizität aufgrund des Einflusses von Ionisatoren zu leiten – ultraviolette Strahlung der Sonne, kosmische Strahlung, Strahlung radioaktiver Substanzen. Die maximale elektrische Leitfähigkeit wird in einer Höhe von 100–150 km beobachtet. Durch die kombinierte Wirkung atmosphärischer Ionen und der Ladung der Erdoberfläche entsteht ein elektrisches Feld der Atmosphäre. Im Verhältnis zur Erdoberfläche ist die Atmosphäre positiv geladen. Markieren Neutrosphäre– eine Schicht mit neutraler Zusammensetzung (bis zu 80 km) und Ionosphäre– ionisierte Schicht.

Die Struktur der Atmosphäre.

Es gibt mehrere Hauptschichten der Atmosphäre. Der untere, an die Erdoberfläche angrenzende, heißt Troposphäre(Höhe 8-10 km an den Polen, 12 km in gemäßigten Breiten und 16-18 km über dem Äquator). Die Lufttemperatur nimmt mit der Höhe allmählich ab – im Durchschnitt um 0,6°C pro 100 Höhenmeter, was sich nicht nur in Bergregionen, sondern auch in den Höhenlagen Weißrusslands deutlich bemerkbar macht.

Die Troposphäre enthält bis zu 80 % der gesamten Luftmasse, den Großteil der atmosphärischen Verunreinigungen und fast den gesamten Wasserdampf. In diesem Teil der Atmosphäre in einer Höhe von 10–12 km bilden sich Wolken, Gewitter, Regenfälle und andere physikalische Prozesse, die das Wetter prägen und die klimatischen Bedingungen in verschiedenen Gebieten unseres Planeten bestimmen. Als Unterschicht wird die direkt an die Erdoberfläche angrenzende Schicht der Troposphäre bezeichnet Bodenschicht.

Der Einfluss der Erdoberfläche reicht bis etwa in eine Höhe von 20 km, dann wird die Luft direkt durch die Sonne erwärmt. So wird die Grenze des GO, die in einer Höhe von 20–25 km liegt, unter anderem durch die thermische Wirkung der Erdoberfläche bestimmt. In dieser Höhe verschwinden die Breitenunterschiede der Lufttemperatur und die geografische Zonierung ist unscharf.

Je höher es beginnt Stratosphäre, die sich bis zu einer Höhe von 50-55 km über der Meeres- oder Landoberfläche erstreckt. Diese Schicht der Atmosphäre wird deutlich verdünnt, die Menge an Sauerstoff und Stickstoff nimmt ab und die Menge an Wasserstoff, Helium und anderen leichten Gasen nimmt zu. Die hier gebildete Ozonschicht absorbiert ultraviolette Strahlung und beeinflusst stark die thermischen Bedingungen der Erdoberfläche und physikalische Prozesse in der Troposphäre. Im unteren Teil der Stratosphäre ist die Lufttemperatur konstant, hier befindet sich eine isotherme Schicht. Ab einer Höhe von 22 km steigt die Lufttemperatur an, an der oberen Grenze der Stratosphäre erreicht sie 0 0 C (der Temperaturanstieg erklärt sich durch das Vorhandensein von Ozon, das hier Sonnenstrahlung absorbiert). In der Stratosphäre kommt es zu intensiven horizontalen Luftbewegungen. Die Geschwindigkeit der Luftströme erreicht 300-400 km/h. Die Stratosphäre enthält weniger als 20 % der Luft der Atmosphäre.

In einer Höhe von 55-80 km gibt es Mesosphäre(In dieser Schicht nimmt die Lufttemperatur mit der Höhe ab und sinkt nahe der oberen Grenze auf –80 0 C), zwischen 80 und 800 km Thermosphäre, das von Helium und Wasserstoff dominiert wird (die Lufttemperatur steigt mit der Höhe schnell an und erreicht in einer Höhe von 800 km 1000 0 C). Mesosphäre und Thermosphäre bilden zusammen eine dicke Schicht namens Ionosphäre(Bereich geladener Teilchen - Ionen und Elektronen).

Der oberste, stark verdünnte Teil der Atmosphäre (von 800 bis 1200 km) ist Exosphäre. Es wird von Gasen im atomaren Zustand dominiert, die Temperatur steigt auf 2000°C.

Im Leben der Zivilgesellschaft ist die Atmosphäre von großer Bedeutung. Die Atmosphäre wirkt sich positiv auf das Erdklima aus und schützt sie vor übermäßiger Abkühlung und Erwärmung. Die täglichen Temperaturschwankungen auf unserem Planeten ohne Atmosphäre würden 200°C erreichen: tagsüber +100°C und mehr, nachts -100°C. Derzeit beträgt die durchschnittliche Lufttemperatur an der Erdoberfläche +14°C. Die Atmosphäre lässt nicht zu, dass Meteore und harte Strahlung die Erde erreichen. Ohne die Atmosphäre gäbe es keinen Ton, keine Polarlichter, keine Wolken und keinen Niederschlag.

Klimabildende Prozesse umfassen Wärmezirkulation, Feuchtigkeitszirkulation und atmosphärische Zirkulation.

Wärmeumsatz in der Atmosphäre. Der Wärmeumsatz sorgt für das thermische Regime der Atmosphäre und hängt von der Strahlungsbilanz ab, d.h. Wärmeeinflüsse, die auf die Erdoberfläche gelangen (in Form von Strahlungsenergie) und diese verlassen (von der Erde absorbierte Strahlungsenergie wird in Wärme umgewandelt).

Sonnenstrahlung– Fluss elektromagnetischer Strahlung, der von der Sonne kommt. An der oberen Grenze der Atmosphäre beträgt die Intensität (Flussdichte) der Sonnenstrahlung 8,3 J/(cm 2 /min). Als Wärmemenge bezeichnet man die Wärmemenge, die 1 cm 2 einer schwarzen Oberfläche in 1 Minute bei senkrechtem Einfall des Sonnenlichts abgibt Solarkonstante.

Die Menge der von der Erde empfangenen Sonnenstrahlung hängt ab von:

1. über den Abstand zwischen der Erde und der Sonne. Anfang Januar ist die Erde der Sonne am nächsten und Anfang Juli am weitesten entfernt; Der Unterschied zwischen diesen beiden Entfernungen beträgt 5 Millionen km, wodurch die Erde im ersten Fall 3,4 % mehr und im zweiten Fall 3,5 % weniger Strahlung erhält als bei der durchschnittlichen Entfernung der Erde zur Sonne (Anfang April). und Anfang Oktober);

2. vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf der Erdoberfläche, der wiederum von der geografischen Breite, der Höhe der Sonne über dem Horizont (die sich im Laufe des Tages und mit den Jahreszeiten ändert) und der Beschaffenheit der Topographie abhängt der Erdoberfläche;

3. aus der Umwandlung von Strahlungsenergie in der Atmosphäre (Streuung, Absorption, Rückreflexion in den Weltraum) und auf der Erdoberfläche. Die durchschnittliche Albedo der Erde beträgt 43 %.

Etwa 17 % der gesamten Strahlung werden absorbiert; Ozon, Sauerstoff und Stickstoff absorbieren hauptsächlich kurzwellige ultraviolette Strahlung, Wasserdampf und Kohlendioxid absorbieren langwellige Infrarotstrahlung. Die Atmosphäre leitet 28 % der Strahlung ab; 21 % erreichen die Erdoberfläche, 7 % gelangen in den Weltraum. Man nennt den Teil der Strahlung, der vom gesamten Himmelsgewölbe auf die Erdoberfläche gelangt Streustrahlung . Das Wesen der Streuung besteht darin, dass ein Teilchen, das elektromagnetische Wellen absorbiert, selbst zu einer Quelle von Lichtstrahlung wird und dieselben Wellen aussendet, die auf es fallen. Luftmoleküle sind sehr klein und in ihrer Größe mit der Wellenlänge des blauen Teils des Spektrums vergleichbar. In klarer Luft überwiegt die molekulare Streuung, daher ist die Farbe des Himmels blau. Wenn die Luft staubig ist, wird die Farbe des Himmels weißlich. Die Farbe des Himmels hängt vom Gehalt an Verunreinigungen in der Atmosphäre ab. Bei einem hohen Wasserdampfgehalt, der rote Strahlen streut, erhält der Himmel einen rötlichen Farbton. Die Phänomene Dämmerung und weiße Nächte sind mit Streustrahlung verbunden, denn Nachdem die Sonne hinter dem Horizont untergegangen ist, werden die oberen Schichten der Atmosphäre weiterhin beleuchtet.

Die Wolkenoberseiten reflektieren etwa 24 % der Strahlung. Folglich treffen etwa 31 % der gesamten Sonnenstrahlung, die an der oberen Grenze der Atmosphäre ankommt, in Form eines Strahlenstroms auf die Erdoberfläche, heißt es direkte Strahlung . Man nennt die Summe aus Direkt- und Streustrahlung (52 %). Gesamtstrahlung. Das Verhältnis zwischen direkter und diffuser Strahlung variiert je nach Bewölkung, Staubigkeit der Atmosphäre und der Höhe der Sonne. Die Verteilung der gesamten Sonnenstrahlung über die Erdoberfläche ist zonal. Die höchste Gesamtsonnenstrahlung von 840-920 kJ/cm 2 pro Jahr wird in den tropischen Breiten der nördlichen Hemisphäre beobachtet, was durch geringe Bewölkung und hohe Lufttransparenz erklärt wird. Am Äquator sinkt die Gesamtstrahlung aufgrund starker Bewölkung und verminderter Transparenz aufgrund hoher Luftfeuchtigkeit auf 580-670 kJ/cm2 pro Jahr. In gemäßigten Breiten beträgt die Gesamtstrahlungsmenge 330-500 kJ/cm2 pro Jahr, in polaren Breiten 250 kJ/cm2 pro Jahr und in der Antarktis aufgrund der großen Höhe des Kontinents und der geringen Luftfeuchtigkeit leicht höher.

Die gesamte Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, wird teilweise zurückreflektiert. Das Verhältnis der reflektierten Strahlung zur Gesamtstrahlung, ausgedrückt in Prozent, nennt man Albedo. Die Albedo charakterisiert das Reflexionsvermögen einer Oberfläche und hängt von deren Farbe, Feuchtigkeit und anderen Eigenschaften ab.

Neu gefallener Schnee hat das größte Reflexionsvermögen – bis zu 90 %. Die Albedo von Sand beträgt 30–35 %, Gras – 20 %, Laubwald – 16–27 %, Nadelwald – 6–19 %; trockenes Chernozem hat eine Albedo von 14 %, nasses Chernozem - 8 %. Die Albedo der Erde als Planet wird mit 35 % angenommen.

Durch die Absorption von Strahlung wird die Erde selbst zur Strahlungsquelle. Wärmestrahlung der Erde - terrestrische Strahlung– ist langwellig, weil Die Wellenlänge hängt von der Temperatur ab: Je höher die Temperatur des emittierenden Körpers, desto kürzer ist die Wellenlänge der von ihm emittierten Strahlen. Strahlung von der Erdoberfläche erwärmt die Atmosphäre und sie selbst beginnt, Strahlung in den Weltraum zu emittieren ( Gegenstrahlung aus der Atmosphäre) und zur Erdoberfläche. Auch die Gegenstromstrahlung aus der Atmosphäre ist langwellig. In der Atmosphäre gibt es zwei Ströme langwelliger Strahlung: Oberflächenstrahlung (terrestrische Strahlung) und atmosphärische Strahlung. Der Unterschied zwischen ihnen, der den tatsächlichen Wärmeverlust der Erdoberfläche bestimmt, wird als bezeichnet wirksame Strahlung , es ist in den Raum gerichtet, weil Die terrestrische Strahlung ist größer. Die effektive Strahlung ist tagsüber und im Sommer größer, weil hängt von der Flächenheizung ab. Die wirksame Strahlung hängt von der Luftfeuchtigkeit ab: Je mehr Wasserdampf oder Wassertröpfchen in der Luft sind, desto weniger Strahlung (daher ist bewölktes Wetter im Winter immer wärmer als klares Wetter). Im Allgemeinen beträgt die effektive Strahlung für die Erde 190 kJ/cm2 pro Jahr (die höchste in tropischen Wüsten beträgt 380, die niedrigste in polaren Breiten 85 kJ/cm2 pro Jahr).

Die Erde empfängt gleichzeitig Strahlung und gibt sie wieder ab. Die Differenz zwischen empfangener und verbrauchter Strahlung nennt man Strahlungsbilanz, oder Reststrahlung. Die Bilanz der Oberflächenstrahlung ergibt sich aus der Gesamtstrahlung (Q) und der Gegenstrahlung der Atmosphäre. Verbrauch – reflektierte Strahlung (R k) und Erdstrahlung. Die Differenz zwischen terrestrischer Strahlung und atmosphärischer Gegenstrahlung – effektive Strahlung (E eff) hat ein Minuszeichen und geht in die Durchflussrate in der Strahlungsbilanz ein:

R b =Q-E eff -R k

Die Strahlungsbilanz ist zonal verteilt: Sie nimmt vom Äquator zu den Polen hin ab. Die höchste Strahlungsbilanz ist charakteristisch für äquatoriale Breiten und beträgt 330–420 kJ/cm2 pro Jahr, in tropischen Breiten sinkt sie auf 250–290 kJ/cm2 pro Jahr (erklärt durch einen Anstieg der effektiven Strahlung), in gemäßigten Breiten die Strahlung Das Gleichgewicht sinkt auf 210–85 kJ/cm 2 pro Jahr, in polaren Breiten geht sein Wert gegen Null. Ein allgemeines Merkmal der Strahlungsbilanz ist, dass die Strahlungsbilanz über den Ozeanen aller Breiten um 40-85 kJ/cm 2 höher ist, weil Die Albedo des Wassers und die effektive Strahlung des Ozeans sind geringer.

Der eingehende Teil der atmosphärischen Strahlungsbilanz (R b) besteht aus effektiver Strahlung (E ef) und absorbierter Sonnenstrahlung (R p), der ausgehende Teil wird durch die in den Weltraum austretende atmosphärische Strahlung (E a) bestimmt:

R b = E ef - E a + R p

Die Strahlungsbilanz der Atmosphäre ist negativ und die Strahlungsbilanz der Oberfläche ist positiv. Die gesamte Strahlungsbilanz der Atmosphäre und der Erdoberfläche ist Null, d.h. Die Erde befindet sich in einem Strahlungsgleichgewicht.

Wärmehaushalt – die algebraische Summe der Wärmeströme, die in Form der Strahlungsbilanz auf die Erdoberfläche gelangen und diese verlassen. Es besteht aus dem thermischen Gleichgewicht der Oberfläche und der Atmosphäre. Im eingehenden Teil des Wärmehaushalts der Erdoberfläche liegt ein Strahlungshaushalt vor, im ausgehenden Teil der Wärmeaufwand für die Verdunstung, für die Erwärmung der Erdatmosphäre, für die Erwärmung des Bodens. Wärme wird auch für die Photosynthese genutzt. Bodenbildung, diese Kosten überschreiten jedoch nicht 1 %. Zu beachten ist, dass über den Ozeanen mehr Wärme für die Verdunstung verbraucht wird, in tropischen Breiten für die Erwärmung der Atmosphäre.

Im Wärmehaushalt der Atmosphäre ist der eingehende Teil die Wärme, die bei der Kondensation von Wasserdampf freigesetzt und von der Oberfläche an die Atmosphäre übertragen wird; Die Strömungsgeschwindigkeit besteht aus einer negativen Strahlungsbilanz. Der Wärmehaushalt der Erdoberfläche und Atmosphäre ist Null, d.h. Die Erde befindet sich in einem thermischen Gleichgewichtszustand.

Thermisches Regime der Erdoberfläche.

Die Erdoberfläche wird direkt durch die Sonnenstrahlen erwärmt und von dort aus wird die Atmosphäre erwärmt. Die Oberfläche, die Wärme aufnimmt und abgibt, heißt aktive Oberfläche . Im Oberflächentemperaturregime werden die täglichen und jährlichen Temperaturschwankungen unterschieden. Tägliche Schwankung der Oberflächentemperaturen Änderung der Oberflächentemperatur im Laufe des Tages. Die tägliche Schwankung der Landoberflächentemperaturen (trocken und ohne Vegetation) ist durch ein Maximum um etwa 13:00 Uhr und ein Minimum vor Sonnenaufgang gekennzeichnet. Die maximalen Landoberflächentemperaturen können tagsüber in den Subtropen 80 °C und in den gemäßigten Breiten etwa 60 °C erreichen.

Als Differenz zwischen maximaler und minimaler täglicher Oberflächentemperatur wird bezeichnet täglicher Temperaturbereich. Die tägliche Temperaturamplitude kann im Sommer 40 °C erreichen, im Winter ist die tägliche Temperaturamplitude mit bis zu 10 °C am kleinsten.

Jährliche Schwankung der Oberflächentemperatur – Die Veränderung der durchschnittlichen monatlichen Oberflächentemperatur im Laufe des Jahres wird durch den Verlauf der Sonneneinstrahlung bestimmt und hängt vom Breitengrad des Ortes ab. In gemäßigten Breiten wird die maximale Temperatur der Landoberfläche im Juli beobachtet, die niedrigste im Januar; Auf dem Meer verzögern sich die Höchst- und Tiefstwerte um einen Monat.

Jährlicher Bereich der Oberflächentemperaturen gleich der Differenz zwischen den maximalen und minimalen durchschnittlichen monatlichen Temperaturen; nimmt mit zunehmender Breite zu, was durch zunehmende Schwankungen der Sonneneinstrahlung erklärt wird. Die jährliche Temperaturamplitude erreicht auf den Kontinenten ihre größten Werte; viel weniger auf den Ozeanen und Küsten. Die kleinste jährliche Temperaturamplitude wird in äquatorialen Breiten (2-3 0) beobachtet, die größte in subarktischen Breiten auf den Kontinenten (mehr als 60 0).

Thermisches Regime der Atmosphäre. Die atmosphärische Luft wird direkt durch die Sonnenstrahlen leicht erwärmt. Weil Die Lufthülle lässt die Sonnenstrahlen ungehindert durch. Die Atmosphäre wird durch die darunter liegende Oberfläche erwärmt. Durch Konvektion, Advektion und Kondensation von Wasserdampf wird Wärme an die Atmosphäre abgegeben. Durch den Boden erwärmte Luftschichten werden leichter und steigen nach oben, während kältere und damit schwerere Luft nach unten sinkt. Aufgrund der Thermik Konvektion Die hohen Luftschichten erwärmen sich. Der zweite Wärmeübertragungsprozess ist Advektion– horizontale Luftübertragung. Die Aufgabe der Advektion besteht darin, Wärme von niedrigen in hohe Breiten zu übertragen; im Winter wird Wärme von den Ozeanen auf die Kontinente übertragen. Wasserdampfkondensation- ein wichtiger Prozess, der Wärme in hohe Schichten der Atmosphäre überträgt – bei der Verdunstung wird der Verdampfungsoberfläche Wärme entzogen; bei der Kondensation in der Atmosphäre wird diese Wärme abgegeben.

Die Temperatur nimmt mit der Höhe ab. Die Änderung der Lufttemperatur pro Distanzeinheit wird aufgerufen vertikaler Temperaturgradient, im Durchschnitt beträgt sie 0,6 0 pro 100 m. Gleichzeitig ist der Verlauf dieser Abnahme in verschiedenen Schichten der Troposphäre unterschiedlich: 0,3-0,4 0 bis zu einer Höhe von 1,5 km; 0,5–0,6 – zwischen Höhen von 1,5–6 km; 0,65–0,75 – von 6 bis 9 km und 0,5–0,2 – von 9 bis 12 km. In der Bodenschicht (2 m dick) werden die Neigungen, wenn sie pro 100 m neu berechnet werden, in Hunderten von Grad berechnet. Bei aufsteigender Luft ändert sich die Temperatur adiabatisch. Adiabatischer Prozess – der Prozess der Änderung der Lufttemperatur während ihrer vertikalen Bewegung ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung (in einer Masse, ohne Wärmeaustausch mit anderen Medien).

Bei der beschriebenen vertikalen Temperaturverteilung sind häufig Ausnahmen zu beobachten. Es kommt vor, dass die oberen Luftschichten wärmer sind als die unteren, an den Boden angrenzenden Schichten. Dieses Phänomen nennt man Temperaturinversion (Temperatur steigt mit der Höhe) . Am häufigsten ist eine Inversion eine Folge einer starken Abkühlung der Oberflächenluftschicht, die durch eine starke Abkühlung der Erdoberfläche in klaren, ruhigen Nächten, hauptsächlich im Winter, verursacht wird. Bei unebenem Gelände strömen kalte Luftmassen langsam an den Hängen entlang und stagnieren in Becken, Senken etc. Inversionen können auch entstehen, wenn Luftmassen von warmen in kalte Bereiche wandern, denn wenn erwärmte Luft auf einen kalten Untergrund strömt, kühlen sich deren untere Schichten merklich ab (Kompressionsinversion).

Tägliche und jährliche Schwankung der Lufttemperatur.

Tägliche Schwankung der Lufttemperatur nennt man die Veränderung der Lufttemperatur im Tagesverlauf – im Allgemeinen spiegelt sie den Verlauf der Temperatur der Erdoberfläche wider, allerdings sind die Zeitpunkte des Einsetzens von Maxima und Minima etwas verzögert, das Maximum tritt um 14:00 Uhr auf, das Minimum danach Sonnenaufgang.

Täglicher Lufttemperaturbereich (der Unterschied zwischen den maximalen und minimalen Lufttemperaturen während des Tages) ist an Land höher als über dem Meer; nimmt ab, wenn man sich in hohe Breiten bewegt (am höchsten in tropischen Wüsten - bis zu 40 0 ​​​​C) und nimmt an Orten mit nacktem Boden zu. Die tägliche Amplitude der Lufttemperatur ist einer der Indikatoren für die Kontinentalität des Klimas. In Wüsten ist es viel größer als in Gebieten mit maritimem Klima.

Jährliche Schwankung der Lufttemperatur (Änderung der durchschnittlichen monatlichen Temperatur im Laufe des Jahres) wird hauptsächlich durch den Breitengrad des Ortes bestimmt. Jährlicher Lufttemperaturbereich - die Differenz zwischen den maximalen und minimalen durchschnittlichen monatlichen Temperaturen.

Die geografische Verteilung der Lufttemperatur wird mit dargestellt Isotherme – Linien, die Punkte auf der Karte mit den gleichen Temperaturen verbinden. Die Verteilung der Lufttemperatur ist zonal; Jahresisothermen haben in der Regel eine sublatitudinale Ausdehnung und entsprechen der Jahresverteilung der Strahlungsbilanz.

Im Jahresdurchschnitt liegt der wärmste Breitengrad auf dem 10. nördlichen Breitengrad. mit einer Temperatur von 27 0 C – das ist thermischer Äquator. Im Sommer verschiebt sich der thermische Äquator auf 20 0 N Breite, im Winter nähert er sich dem Äquator auf 5 0 N Breite. Die Verschiebung des thermischen Äquators im Northern Territory erklärt sich aus der Tatsache, dass im Northern Territory die Landfläche in niedrigen Breiten im Vergleich zu den oberen Breiten größer ist und das ganze Jahr über höhere Temperaturen herrschen.

Sonnenstrahlung

Sonnenstrahlung

elektromagnetische Strahlung, die von der Sonne ausgeht und in die Erdatmosphäre gelangt. Die Wellenlängen der Sonnenstrahlung konzentrieren sich auf den Bereich von 0,17 bis 4 Mikrometer mit einer max. bei einer Wellenlänge von 0,475 µm. OK. 48 % der Energie der Sonnenstrahlung fallen auf den sichtbaren Teil des Spektrums (Wellenlänge von 0,4 bis 0,76 Mikrometer), 45 % auf den Infrarotbereich (mehr als 0,76 Mikrometer) und 7 % auf den Ultraviolettbereich (weniger als 0,4 µm). Die Sonneneinstrahlung ist der Hauptfaktor Energiequelle für Prozesse in der Atmosphäre, im Ozean, in der Biosphäre usw. Sie wird beispielsweise in Energieeinheiten pro Flächeneinheit und Zeiteinheit gemessen. W/m². Sonneneinstrahlung an der oberen Grenze der Atmosphäre am Mittwoch. nennt man die Entfernung der Erde von der Sonne Solarkonstante und beträgt ca. 1382 W/m². Beim Durchgang durch die Erdatmosphäre verändert die Sonnenstrahlung ihre Intensität und spektrale Zusammensetzung aufgrund von Absorption und Streuung an Luftpartikeln, gasförmigen Verunreinigungen und Aerosolen. An der Erdoberfläche ist das Spektrum der Sonnenstrahlung auf 0,29–2,0 μm begrenzt und die Intensität nimmt je nach Verunreinigungsgehalt, Höhe und Wolkenbedeckung deutlich ab. Direkte Strahlung, die beim Durchgang durch die Atmosphäre geschwächt wird, sowie Streustrahlung, die entsteht, wenn die direkte Linie in der Atmosphäre gestreut wird, erreichen die Erdoberfläche. Ein Teil der direkten Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche und den Wolken reflektiert und gelangt in den Weltraum; Streustrahlung gelangt teilweise auch in den Weltraum. Der Rest der Sonnenstrahlung ist hauptsächlich wird in Wärme umgewandelt und erwärmt die Erdoberfläche und teilweise auch die Luft. Sonnenstrahlung ist also eine der wichtigsten. Komponenten der Strahlungsbilanz.

Erdkunde. Moderne illustrierte Enzyklopädie. - M.: Rosman. Herausgegeben von Prof. A. P. Gorkina. 2006 .


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Bücher

  • Sonnenstrahlung und Klima der Erde, Fedorov Valery Mikhailovich. Das Buch präsentiert die Ergebnisse von Studien zu Schwankungen der Sonneneinstrahlung der Erde im Zusammenhang mit himmelsmechanischen Prozessen. Es werden niederfrequente und hochfrequente Veränderungen des Sonnenklimas analysiert...

Was ist die Sonne? Auf der Skala des sichtbaren Universums ist dies nur ein winziger Stern am Rande der Milchstraße. Aber für den Planeten Erde ist die Sonne nicht nur ein heißer Gasklumpen, sondern eine Wärme- und Lichtquelle, die für die Existenz aller Lebewesen notwendig ist.

Seit prähistorischen Zeiten ist das Tageslicht ein Gegenstand der Verehrung; seine Bewegung über das Firmament wurde mit der Manifestation göttlicher Kräfte in Verbindung gebracht. Die Erforschung der Sonne und ihrer Strahlung begann bereits vor der Annahme des heliozentrischen Modells von Nikolaus Kopernikus; die größten Geister der antiken Zivilisationen rätselten über ihre Geheimnisse.

Der technologische Fortschritt hat der Menschheit die Möglichkeit gegeben, nicht nur die Prozesse im Inneren und auf der Oberfläche der Sonne zu untersuchen, sondern auch die Veränderungen des Erdklimas unter ihrem Einfluss. Statistische Daten ermöglichen es uns, eine klare Antwort auf die Frage zu geben, was Sonnenstrahlung ist, wie sie gemessen wird und welche Auswirkungen sie auf die lebenden Organismen auf dem Planeten hat.

Wie nennt man Sonnenstrahlung?

Die Natur der Sonnenstrahlung blieb unklar, bis der bedeutende Astronom Arthur Eddington zu Beginn des 20. Jahrhunderts vermutete, dass die Quelle der kolossalen Sonnenenergie die in ihren Tiefen ablaufenden Kernfusionsreaktionen seien. Die Temperatur in der Nähe seines Kerns (ca. 15 Millionen Grad) reicht aus, damit Protonen die Kraft der gegenseitigen Abstoßung überwinden und durch Kollision Heliumkerne bilden.

Anschließend entdeckten Wissenschaftler (insbesondere Albert Einstein), dass die Masse des Heliumkerns etwas geringer ist als die Gesamtmasse der vier Protonen, aus denen er gebildet wird. Dieses Phänomen wird Massendefekt genannt. Nachdem Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen Masse und Energie untersucht hatten, stellten sie fest, dass dieser Überschuss in Form von Gammastrahlen freigesetzt wird.

Auf ihrem Weg vom Kern der Sonne durch die Schichten ihrer Gasbestandteile werden Gammaquanten zerkleinert und in elektromagnetische Wellen umgewandelt, darunter Licht, das für das menschliche Auge sichtbar ist. Dieser Prozess dauert etwa 10 Millionen Jahre. Und es dauert nur 8 Minuten, bis die Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erreicht.

Zur Sonnenstrahlung gehören elektromagnetische Wellen mit großer Reichweite und der Sonnenwind, ein Strom aus Lichtteilchen und Elektronen.

Welche Arten von Sonnenstrahlung gibt es und welche Eigenschaften hat sie?

An der Grenze der Erdatmosphäre ist die Intensität der Sonnenstrahlung ein konstanter Wert. Die Energie der Sonne ist diskret und wird in Energieportionen (Quanten) übertragen, ihr korpuskulärer Beitrag ist jedoch relativ gering, daher werden die Sonnenstrahlen als elektromagnetische Wellen betrachtet, die sich gleichmäßig und geradlinig ausbreiten.

Das Hauptwellenmerkmal ist die Wellenlänge, mit der die Strahlungsarten unterschieden werden:

  • Radiowellen;
  • Infrarot (thermisch);
  • sichtbares (weißes) Licht;
  • Ultraviolett;
  • gamma Strahlen.

Die Sonnenstrahlung wird durch infrarote (IR), sichtbare (VI) und ultraviolette (UV) Strahlung im Verhältnis 52 %, 43 % bzw. 5 % repräsentiert. Als quantitatives Maß für die Sonnenstrahlung gilt die Bestrahlungsstärke (Energieflussdichte) – die pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit empfangene Strahlungsenergie.

Verteilung der Sonnenstrahlung über die Erdoberfläche

Der Großteil der Strahlung wird von der Erdatmosphäre absorbiert und erhitzt diese auf eine Temperatur, die Lebewesen kennen. Die Ozonschicht lässt nur 1 % der ultravioletten Strahlen durch und dient als Schutzschild gegen aggressivere kurzwellige Strahlung.

Die Atmosphäre absorbiert etwa 20 % der Sonnenstrahlen und streut 30 % in verschiedene Richtungen. Somit erreicht nur die Hälfte der Strahlungsenergie, die sogenannte direkte Sonnenstrahlung, die Erdoberfläche.

Die Intensität der direkten Sonnenstrahlung wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

  • Einfallswinkel des Sonnenlichts (geografische Breite);
  • Entfernung vom Auftreffpunkt zur Sonne (Jahreszeit);
  • die Beschaffenheit der reflektierenden Oberfläche;
  • Transparenz der Atmosphäre (Bewölkung, Verschmutzung).

Streu- und Direktstrahlung bilden die gesamte Sonnenstrahlung, deren Intensität in Kalorien pro Flächeneinheit gemessen wird. Es ist klar, dass die Sonnenstrahlung nur tagsüber wirkt und sich ungleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt. Seine Intensität nimmt bei Annäherung an die Pole zu, Schnee reflektiert jedoch einen größeren Anteil der Strahlungsenergie, wodurch sich die Luft nicht erwärmt. Daher nimmt der Gesamtindikator mit der Entfernung vom Äquator ab.

Die Sonnenaktivität prägt das Klima der Erde und beeinflusst die Lebensprozesse der darin lebenden Organismen. Auf dem Territorium der GUS-Staaten (in der nördlichen Hemisphäre) überwiegt in der Wintersaison die Streustrahlung und im Sommer die Direktstrahlung.

Infrarotstrahlung und ihre Rolle im Leben der Menschheit

Die Sonnenstrahlung ist für das menschliche Auge überwiegend unsichtbar. Dadurch wird der Erdboden erwärmt, der wiederum Wärme an die Atmosphäre abgibt. Dadurch bleiben die optimale Temperatur für das Leben auf der Erde und die gewohnten klimatischen Bedingungen erhalten.

Neben der Sonne sind alle erhitzten Körper Quellen für Infrarotstrahlung. Alle Heizgeräte und Geräte arbeiten nach diesem Prinzip und ermöglichen es, bei schlechten Sichtverhältnissen mehr oder weniger erhitzte Objekte zu erkennen.

Die Tatsache, dass der Mensch Infrarotlicht nicht wahrnehmen kann, mindert seine Wirkung auf den Körper nicht. Diese Art von Strahlung hat aufgrund der folgenden Eigenschaften Anwendung in der Medizin gefunden:

  • Erweiterung der Blutgefäße, Normalisierung des Blutflusses;
  • Anstieg der Leukozytenzahl;
  • Behandlung chronischer und akuter Entzündungen innerer Organe;
  • Vorbeugung von Hautkrankheiten;
  • Entfernung kolloidaler Narben, Behandlung nicht heilender Wunden.

Infrarot-Thermographen ermöglichen die rechtzeitige Erkennung von Krankheiten, die mit anderen Methoden nicht diagnostiziert werden können (Blutgerinnsel, Krebstumoren usw.). Infrarotstrahlung ist eine Art „Gegenmittel“ gegen negative ultraviolette Strahlung, daher werden ihre heilenden Eigenschaften genutzt, um die Gesundheit von Menschen wiederherzustellen, die sich schon lange im Weltraum aufhalten.

Der Wirkungsmechanismus von Infrarotstrahlen ist nicht vollständig erforscht und kann wie jede Art von Strahlung bei falscher Anwendung gesundheitsschädlich sein. Die Behandlung mit Infrarotstrahlen ist bei eitrigen Entzündungen, Blutungen, bösartigen Tumoren, zerebraler Durchblutungsstörung und Herz-Kreislauf-System kontraindiziert.

Spektrale Zusammensetzung und Eigenschaften des sichtbaren Lichts

Lichtstrahlen breiten sich geradlinig aus und überlappen sich nicht, was eine berechtigte Frage aufwirft: Warum überrascht die Welt um uns herum mit der Vielfalt verschiedener Farbtöne? Das Geheimnis liegt in den Grundeigenschaften des Lichts: Reflexion, Brechung und Absorption.

Es ist sicher bekannt, dass Objekte kein Licht aussenden; es wird von ihnen teilweise absorbiert und je nach Frequenz in unterschiedlichen Winkeln reflektiert. Das menschliche Sehvermögen hat sich im Laufe der Jahrhunderte weiterentwickelt, doch die Netzhaut des Auges kann in der schmalen Lücke zwischen Infrarot- und Ultraviolettstrahlung nur einen begrenzten Bereich des reflektierten Lichts wahrnehmen.

Die Untersuchung der Eigenschaften von Licht führte nicht nur zur Entstehung eines eigenen Zweiges der Physik, sondern auch zu einer Reihe nichtwissenschaftlicher Theorien und Praktiken, die auf dem Einfluss von Farbe auf den geistigen und körperlichen Zustand eines Menschen basieren. Mit diesem Wissen dekoriert ein Mensch den umgebenden Raum in der für das Auge angenehmsten Farbe, was das Leben so angenehm wie möglich macht.

Ultraviolette Strahlung und ihre Wirkung auf den menschlichen Körper

Das ultraviolette Spektrum des Sonnenlichts besteht aus langen, mittleren und kurzen Wellen, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften und der Art ihrer Wirkung auf lebende Organismen unterscheiden. Ultraviolette Strahlen, die zum langwelligen Spektrum gehören, werden überwiegend in der Atmosphäre gestreut und erreichen die Erdoberfläche nicht. Je kürzer die Wellenlänge, desto tiefer dringt das ultraviolette Licht in die Haut ein.

Ultraviolette Strahlung ist notwendig, um das Leben auf der Erde zu unterstützen. UV-Strahlen haben folgende Auswirkungen auf den menschlichen Körper:

  • Sättigung mit Vitamin D, notwendig für die Bildung von Knochengewebe;
  • Vorbeugung von Osteochondrose und Rachitis bei Kindern;
  • Normalisierung von Stoffwechselprozessen und Synthese nützlicher Enzyme;
  • Aktivierung der Geweberegeneration;
  • verbesserte Durchblutung, Gefäßerweiterung;
  • Erhöhung der Immunität;
  • Linderung nervöser Erregung durch Stimulierung der Produktion von Endorphinen.

Trotz der umfangreichen Liste positiver Eigenschaften ist Sonnenbaden nicht immer effektiv. Eine längere Sonneneinstrahlung zu ungünstigen Zeiten oder in Zeiten ungewöhnlich hoher Sonnenaktivität macht die wohltuenden Eigenschaften der UV-Strahlen zunichte.

Ultraviolette Strahlung in hohen Dosen bewirkt genau das Gegenteil von dem, was erwartet wird:

  • Erythem (Hautrötung) und Sonnenbrand;
  • Hyperämie, Schwellung;
  • erhöhte Körpertemperatur;
  • Kopfschmerzen;
  • Funktionsstörung des Immun- und Zentralnervensystems;
  • Appetitlosigkeit, Übelkeit, Erbrechen.

Bei diesen Anzeichen handelt es sich um Symptome eines Sonnenstichs, bei denen es unbemerkt zu einer Verschlechterung des Gesundheitszustandes einer Person kommen kann. Vorgehensweise bei Sonnenstich:

  • Bringen Sie die Person aus dem Bereich, der direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, an einen kühlen Ort.
  • Legen Sie sich auf den Rücken und heben Sie Ihre Beine in eine erhöhte Position, um die Blutzirkulation zu normalisieren;
  • Spülen Sie Gesicht und Hals mit kaltem Wasser ab und legen Sie vorzugsweise eine Kompresse auf die Stirn.
  • die Möglichkeit bieten, frei zu atmen und enge Kleidung loszuwerden;
  • Geben Sie innerhalb einer halben Stunde eine kleine Menge sauberes, kaltes Wasser zu trinken.

In schweren Fällen, bei Bewusstlosigkeit, ist es notwendig, einen Krankenwagen zu rufen und das Opfer nach Möglichkeit zur Besinnung zu bringen. Die medizinische Versorgung des Patienten besteht in der Notfallverabreichung von Glukose oder Ascorbinsäure intravenös.

Regeln für sicheres Bräunen

UV-Strahlen stimulieren die Synthese eines speziellen Hormons, Melanin, mit dessen Hilfe die menschliche Haut dunkler wird und einen Bronzeton annimmt. Seit Jahrzehnten wird über Nutzen und Schaden des Bräunens debattiert.

Es ist erwiesen, dass Bräunen eine Schutzreaktion des Körpers auf ultraviolette Strahlung ist und übermäßiges Sonnenbaden das Risiko für bösartige Tumoren erhöht.

Wenn der Wunsch vorherrscht, der Mode Tribut zu zollen, müssen Sie verstehen, was Sonnenstrahlung ist, wie Sie sich davor schützen und einfache Empfehlungen befolgen können:

  • Nehmen Sie nach und nach ausschließlich morgens oder abends ein Sonnenbad.
  • Bleiben Sie nicht länger als eine Stunde in direktem Sonnenlicht.
  • Tragen Sie Schutzmittel auf die Haut auf.
  • trinken Sie mehr sauberes Wasser, um eine Dehydrierung zu vermeiden;
  • Nehmen Sie Lebensmittel in Ihre Ernährung auf, die Vitamin E, Beta-Carotin, Tyrosin und Selen enthalten.
  • den Konsum alkoholischer Getränke einschränken.

Die Reaktion des Körpers auf ultraviolette Strahlung ist individuell, daher sollten der Zeitpunkt und die Dauer des Sonnenbads unter Berücksichtigung des Hauttyps und des Gesundheitszustands der Person ausgewählt werden.

Für schwangere Frauen, ältere Menschen, Menschen mit Hautkrankheiten, Herzinsuffizienz, psychischen Störungen und dem Vorliegen bösartiger Tumoren ist das Bräunen äußerst kontraindiziert.

Allgemeine Hygiene. Sonnenstrahlung und ihre hygienische Bedeutung.

Unter Sonnenstrahlung verstehen wir den gesamten Strahlungsfluss der Sonne, bei dem es sich um elektromagnetische Schwingungen verschiedener Wellenlängen handelt. Aus hygienischer Sicht ist vor allem der optische Anteil des Sonnenlichts von Interesse, der den Bereich von 280-2800 nm einnimmt. Längere Wellen sind Radiowellen, kürzere Gammastrahlen. Ionisierende Strahlung erreicht die Erdoberfläche nicht, da sie in den oberen Schichten der Atmosphäre, insbesondere in der Ozonschicht, zurückgehalten wird. Ozon ist in der gesamten Atmosphäre verteilt, bildet aber in einer Höhe von etwa 35 km die Ozonschicht.

Die Intensität der Sonnenstrahlung hängt in erster Linie von der Höhe der Sonne über dem Horizont ab. Wenn die Sonne im Zenit steht, ist der Weg der Sonnenstrahlen viel kürzer als wenn die Sonne am Horizont steht. Durch die Vergrößerung des Weges verändert sich die Intensität der Sonnenstrahlung. Die Intensität der Sonnenstrahlung hängt auch vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ab und auch die beleuchtete Fläche hängt davon ab (mit zunehmendem Einfallswinkel vergrößert sich die Beleuchtungsfläche). Dadurch fällt die gleiche Sonnenstrahlung auf eine größere Fläche, die Intensität nimmt also ab. Die Intensität der Sonnenstrahlung hängt von der Luftmasse ab, die die Sonnenstrahlen durchqueren. Die Intensität der Sonneneinstrahlung in den Bergen wird höher sein als über dem Meeresspiegel, da die Luftschicht, durch die die Sonnenstrahlen dringen, geringer ist als über dem Meeresspiegel. Von besonderer Bedeutung ist der Einfluss des Zustands der Atmosphäre und ihrer Verschmutzung auf die Intensität der Sonnenstrahlung. Wenn die Atmosphäre verschmutzt ist, nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung ab (in der Stadt ist die Intensität der Sonneneinstrahlung im Durchschnitt 12 % geringer als in ländlichen Gebieten). Die Spannung der Sonnenstrahlung hat einen täglichen und jährlichen Hintergrund, d. h. die Spannung der Sonnenstrahlung ändert sich im Laufe des Tages und hängt auch von der Jahreszeit ab. Die höchste Intensität der Sonneneinstrahlung wird im Sommer beobachtet, die niedrigste im Winter. Hinsichtlich ihrer biologischen Wirkung ist die Sonnenstrahlung heterogen: Es zeigt sich, dass jede Wellenlänge eine andere Wirkung auf den menschlichen Körper hat. Dabei wird das Sonnenspektrum herkömmlicherweise in drei Abschnitte unterteilt:

1. Ultraviolette Strahlen von 280 bis 400 nm

2. sichtbares Spektrum von 400 bis 760 nm

3. Infrarotstrahlen von 760 bis 2800 nm.

Mit der täglichen und jährlichen Sonneneinstrahlung verändern sich Zusammensetzung und Intensität einzelner Spektren. Die Strahlen des UV-Spektrums unterliegen den größten Veränderungen.

Die Intensität der Sonnenstrahlung schätzen wir anhand der sogenannten Solarkonstante ab. Die Solarkonstante ist die Menge an Sonnenenergie, die pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit an der oberen Grenze der Atmosphäre im rechten Winkel zu den Sonnenstrahlen in der durchschnittlichen Entfernung der Erde von der Sonne empfangen wird. Diese Solarkonstante wurde per Satellit gemessen und beträgt 1,94 Kalorien/cm²

pro Minute Beim Durchgang durch die Atmosphäre werden die Sonnenstrahlen deutlich geschwächt – gestreut, reflektiert, absorbiert. Im Durchschnitt beträgt die Intensität der Sonnenstrahlung bei einer sauberen Atmosphäre auf der Erdoberfläche 1,43 – 1,53 Kalorien/cm2 pro Minute.

Die Intensität der Sonnenstrahlen am Mittag im Mai beträgt in Jalta 1,33, in Moskau 1,28, in Irkutsk 1,30 und in Taschkent 1,34.

Biologische Bedeutung des sichtbaren Teils des Spektrums.

Der sichtbare Teil des Spektrums ist ein spezifischer Reizstoff des Sehorgans. Licht ist eine notwendige Voraussetzung für die Funktion des Auges, des subtilsten und empfindlichsten Sinnesorgans. Licht liefert etwa 80 % der Informationen über die Außenwelt. Dies ist die spezifische Wirkung des sichtbaren Lichts, aber auch die allgemeine biologische Wirkung des sichtbaren Lichts: Es stimuliert die lebenswichtige Aktivität des Körpers, regt den Stoffwechsel an, verbessert das allgemeine Wohlbefinden, beeinflusst den psycho-emotionalen Bereich und steigert die Leistungsfähigkeit. Licht macht die Umwelt gesünder. Bei einem Mangel an natürlichem Licht kommt es zu Veränderungen im Sehorgan. Schnell setzt Müdigkeit ein, die Leistungsfähigkeit nimmt ab und arbeitsbedingte Verletzungen häufen sich. Der Körper wird nicht nur durch Beleuchtung beeinflusst, sondern auch verschiedene Farben haben unterschiedliche Auswirkungen auf den psycho-emotionalen Zustand. Die besten Leistungsindikatoren wurden mit der Vorbereitung unter gelber und weißer Beleuchtung erzielt. Psychophysiologisch wirken Farben einander entgegengesetzt. Dabei wurden 2 Farbgruppen gebildet:
1) warme Farben – Gelb, Orange, Rot. 2) kalte Töne – Blau, Blau, Violett. Kalte und warme Töne haben unterschiedliche physiologische Wirkungen auf den Körper. Warme Töne erhöhen die Muskelspannung, erhöhen den Blutdruck und erhöhen die Atemfrequenz. Kalte Töne hingegen senken den Blutdruck und verlangsamen den Herz- und Atemrhythmus. Dies wird in der Praxis häufig genutzt: Für Patienten mit hohen Temperaturen eignen sich am besten violett gestrichene Stationen, bei Patienten mit niedrigem Blutdruck verbessert dunkles Ocker das Wohlbefinden. Rote Farbe steigert den Appetit. Darüber hinaus kann die Wirksamkeit des Arzneimittels durch eine Farbveränderung der Tablette gesteigert werden. Patienten mit depressiven Störungen erhielten das gleiche Arzneimittel in Tabletten unterschiedlicher Farbe: rot, gelb, grün. Die besten Ergebnisse brachte die Behandlung mit gelben Tabletten.

Farbe wird als Träger codierter Informationen eingesetzt, beispielsweise in der Produktion, um auf Gefahren hinzuweisen. Es gibt einen allgemein anerkannten Standard für Signalidentifikationsfarben: Grün – Wasser, Rot – Dampf, Gelb – Gas, Orange – Säuren, Lila – Laugen, Braun – brennbare Flüssigkeiten und Öle, Blau – Luft, Grau – Sonstiges.

Aus hygienischer Sicht erfolgt die Bewertung des sichtbaren Teils des Spektrums nach folgenden Indikatoren: Natürliches und künstliches Licht werden getrennt bewertet. Die natürliche Beleuchtung wird anhand von zwei Gruppen von Indikatoren bewertet: physikalisch und Beleuchtung. Zur ersten Gruppe gehören:

1. Lichtkoeffizient – ​​charakterisiert das Verhältnis der Fläche der Glasfläche der Fenster zur Grundfläche.

2. Einfallswinkel – charakterisiert den Winkel, in dem die Strahlen einfallen. Laut Norm sollte der minimale Einfallswinkel mindestens 270 betragen.

3. Der Winkel des Lochs – charakterisiert die Beleuchtung durch himmlisches Licht (muss mindestens 50 betragen). In den ersten Stockwerken der Leningrader Häuser – Brunnen – fehlt dieser Winkel praktisch.

4. Die Raumtiefe ist das Verhältnis des Abstands von der Oberkante des Fensters zum Boden zur Raumtiefe (dem Abstand von der Außen- zur Innenwand).

Beleuchtungsindikatoren sind Indikatoren, die mit einem Gerät – einem Luxmeter – ermittelt werden. Gemessen wird die absolute und relative Beleuchtung. Absolute Beleuchtung ist die Beleuchtung auf der Straße. Der Beleuchtungsstärkekoeffizient (KEO) ist definiert als das Verhältnis der relativen Beleuchtungsstärke (gemessen als Verhältnis der relativen Beleuchtungsstärke (gemessen in einem Raum) zur absoluten Beleuchtungsstärke, ausgedrückt in %. Die Beleuchtungsstärke in einem Raum wird am Arbeitsplatz gemessen. Das Funktionsprinzip von a Luxmeter ist, dass das Gerät über eine empfindliche Fotozelle verfügt (Selen – da Selen in der Empfindlichkeit dem menschlichen Auge nahe kommt). Die ungefähre Beleuchtung auf der Straße kann anhand der Lichtklimagrafik ermittelt werden.

Zur Beurteilung der künstlichen Beleuchtung von Räumlichkeiten sind Helligkeit, Pulsationsfreiheit, Farbe usw. wichtig.

Infrarotstrahlen. Der biologische Haupteffekt dieser Strahlen ist thermisch und dieser Effekt hängt auch von der Wellenlänge ab. Kurze Strahlen transportieren mehr Energie, dringen also tiefer ein und haben eine starke thermische Wirkung. Der lange Abschnitt übt seine thermische Wirkung auf die Oberfläche aus. Dies wird in der Physiotherapie zur Erwärmung unterschiedlich tiefer Bereiche eingesetzt.

Zur Messung von Infrarotstrahlen gibt es ein Gerät – ein Aktinometer. Infrarotstrahlung wird in Kalorien pro cm2\min gemessen. Die schädlichen Auswirkungen von Infrarotstrahlen werden in Hotshops beobachtet, wo sie zu Berufskrankheiten – Katarakt (Linsentrübung) – führen können. Katarakte werden durch kurze Infrarotstrahlen verursacht. Eine vorbeugende Maßnahme ist die Verwendung von Schutzbrillen und Schutzkleidung.

Merkmale der Wirkung von Infrarotstrahlen auf die Haut: Es treten Verbrennungen auf - Erythem. Es entsteht durch die thermische Ausdehnung der Blutgefäße. Seine Besonderheit besteht darin, dass es unterschiedliche Grenzen hat und sofort erscheint.

Durch die Einwirkung von Infrarotstrahlen können zwei Erkrankungen des Körpers auftreten: Hitzschlag und Sonnenstich. Ein Sonnenstich ist die Folge direkter Sonneneinstrahlung auf den menschlichen Körper und führt hauptsächlich zu einer Schädigung des Zentralnervensystems. Ein Sonnenstich betrifft diejenigen, die viele Stunden hintereinander mit unbedecktem Kopf in der sengenden Sonne verbringen. Die Hirnhäute werden aufgewärmt.

Ein Hitzschlag entsteht durch Überhitzung des Körpers. Es kann denen passieren, die schwere körperliche Arbeit in einem heißen Raum oder bei heißem Wetter verrichten. Besonders häufig kam es bei unserem Militärpersonal in Afghanistan zu Hitzschlägen.

Neben Aktinometern zur Messung der Infrarotstrahlung gibt es verschiedene Arten von Pyramidometern. Grundlage dieser Wirkung ist die Absorption der Strahlungsenergie durch den schwarzen Körper. Die Empfangsschicht besteht aus geschwärzten und weißen Platten, die sich je nach Infrarotstrahlung unterschiedlich erwärmen. An der Thermosäule wird ein Strom erzeugt und die Intensität der Infrarotstrahlung aufgezeichnet. Da die Intensität der Infrarotstrahlung unter Produktionsbedingungen wichtig ist, gibt es Infrarotstrahlungsstandards für Hot Shops, um schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper zu vermeiden. In einer Rohrwalzwerkstatt beträgt die Bank beispielsweise 1,26 - 7,56, in der Eisenverhüttung 12,25 . Strahlungswerte über 3,7 gelten als erheblich und erfordern vorbeugende Maßnahmen – die Verwendung von Schutzschirmen, Wasservorhängen und Spezialkleidung.

Ultraviolette Strahlen (UV).

Dies ist der biologisch aktivste Teil des Sonnenspektrums. Es ist auch heterogen. Hierbei wird zwischen langwelligem und kurzwelligem UV unterschieden. UV fördert die Bräunung. Wenn UV-Strahlung in die Haut eindringt, werden darin 2 Stoffgruppen gebildet: 1) spezifische Stoffe, dazu gehört Vitamin D, 2) unspezifische Stoffe – Histamin, Acetylcholin, Adenosin, also Produkte des Proteinabbaus. Der Bräunungs- oder Erythemeffekt beruht auf einem photochemischen Effekt – Histamin und andere biologisch aktive Substanzen fördern die Gefäßerweiterung. Die Besonderheit dieses Erythems besteht darin, dass es nicht sofort auftritt. Erythem hat klar definierte Grenzen. Ein ultraviolettes Erythem führt immer zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Bräune, abhängig vom Pigmentgehalt der Haut. Der Mechanismus der Bräunungswirkung ist noch nicht ausreichend untersucht. Es wird angenommen, dass zunächst ein Erythem auftritt, unspezifische Substanzen wie Histamin freigesetzt werden und der Körper die Produkte des Gewebeabbaus in Melanin umwandelt, wodurch die Haut einen eigentümlichen Farbton erhält. Bräunen ist daher ein Test der Schutzeigenschaften des Körpers (ein kranker Mensch bräunt nicht, sondern nur langsam).

Die günstigste Bräunung erfolgt unter dem Einfluss von UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 320 nm, also bei Einwirkung des langwelligen Teils des UV-Spektrums. Im Süden überwiegen kurzwellige UFLs und im Norden langwellige UFLs. Kurzwellige Strahlen sind am anfälligsten für Streuung. Und die Ausbreitung erfolgt am besten in einer sauberen Atmosphäre und in der nördlichen Region. Daher ist die nützlichste Bräune im Norden länger und dunkler. UFL sind ein sehr wirksamer Faktor bei der Vorbeugung von Rachitis. Bei einem Mangel an UVB kommt es bei Kindern zu Rachitis und bei Erwachsenen zu Osteoporose oder Osteomalazie. Dies geschieht meist im Hohen Norden oder bei Gruppen von Arbeitern, die im Untergrund arbeiten. In der Region Leningrad gibt es von Mitte November bis Mitte Februar praktisch keinen UV-Teil des Spektrums, was zur Entwicklung des Sonnenmangels beiträgt. Um Sonnenbrand vorzubeugen, wird künstliche Bräunung eingesetzt. Lichtmangel ist ein langfristiges Fehlen des UV-Spektrums. Bei Einwirkung von UV-Strahlung in der Luft entsteht Ozon, dessen Konzentration kontrolliert werden muss.

UFLs haben eine bakterizide Wirkung. Es wird zur Desinfektion großer Stationen, von Lebensmitteln und von Wasser verwendet.

Die Intensität der UV-Strahlung wird durch die photochemische Methode anhand der Menge an Oxalsäure bestimmt, die unter UV-Einfluss in Quarzreagenzgläsern zersetzt wird (normales Glas lässt kein UV-Licht durch). Die Intensität der UV-Strahlung wird ebenfalls mit einem Ultraviolettmessgerät bestimmt. Für medizinische Zwecke wird ultraviolette Strahlung in Biodosen gemessen.