2.2. Солнечная радиация как экологический фактор

Одно из самых больших заблуждений – представление о вечной «экологической чистоте» и неисчерпаемости солнечного излучения как источника энергии. На самом деле, некоторые составляющие спектра солнечного излучения смертельно опасны для живых организмов. Вероятно, сотни миллионов лет понадобились живому веществу первичной биосферы Земли, чтобы решить проблему защиты от губительной жесткой ультрафиолетовой радиации Солнца.

Солнечная радиация – излучение Солнца электромагнитной и корпускулярной природы. Корпускулярная солнечная радиация («солнечный ветер») состоит в основном из протонов, обладающих около Земли скоростями 300 – 1500 км/сек, а также электронов и ядер гелия.

Электромагнитное излучение Солнца, электромагнитные волны разной длины – от радиоволн до рентгеновского и гамма-излучения (табл. 2.2.). Корпускулярная и коротковолновая солнечная радиация практически полностью задерживаются атмосферой Земли. Основная часть солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, приходится на долю видимого света (около 45% от общей энергии), а также ультрафиолетового (~10%) и инфракрасного (~ 45%) излучения.

Радиоволны – электромагнитные волны с длиной волны более 1 мм. Солнце относительно слабый источник радиоволн. Экологическое значение радиоволн изучено недостаточно; возможно радиоволны выполняют информационную функцию не только в техносфере, но и в биосфере.

Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным окончанием видимого света (с длиной волны 760 нм) и радиоизлучением (~ 1 – 2 мм). Мощным источником инфракрасного излучения является Солнце, около половины излучения которого лежит в инфракрасной области.

Таблица 2.2.

Характеристика спектра солнечного электромагнитного излучения.

Наименование	Длина волны	Экологическое значение, кратко
Радиоволны	более 1 – 2 мм	Радио и телевидение; перелеты птиц?
Инфракрасное излучение, ИК-излучение	от 760 нм до 1 – 2 мм	Передача тепловой энергии, ближнее ИК (до 1 мкм) – фотосинтез
Видимый свет	760 – 390 нм	Фотосинтез, сигнал, энергия
Ультрафиолетовое излучение: достигает земной поверхности поглощается атмосферой	390 – 10 нм 390 – 290 нм 290 – 10 нм	Использование на грани риска Фотосинтез, образование витаминов Атмосферные процессы, ионизация
Рентгеновские лучи; гамма-излучение	~ 1 – 10 -3 нм менее 10 -3 нм	Ионизирующие излучения, процессы ионизации в атмосфере.

Микрометр (мкм) = 10 ^-3 мм, нанометр = 10 ^-6 мм.

При характерных для биосферы относительно низких значениях температуры, тепловое излучение тел практически целиком лежит в невидимой глазом инфракрасной области (конечно, металл можно довести до «белого каления», заставить светиться, но это произойдет при очень высокой температуре). Передача тепловой энергии – важнейшая функция ИК-излучения, которое часто (упрощенно) называют тепловым излучением. Так называемое ближнее инфракрасное излучение (800 – 900 нм) используется некоторыми организмами в процессе фотосинтеза. Многие виды животных способны воспринимать инфракрасное излучение.

Многие вещества прозрачные для видимого света оказываются непрозрачными для ИК-излучения. Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров полностью поглощает инфракрасное излучение с длиной волны более 1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр); пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области прозрачны в инфракрасной. Азот и кислород воздуха не поглощают инфракрасное излучение; пары воды, углекислый газ, озон, взвешенные частицы - избирательно поглощают ИК-излучение, что имеет важное значение для парникового эффекта. В промышленности инфракрасное излучение применяется для сушки и нагрева различных материалов, при обнаружении скрытых дефектов изделий.

Видимый свет (видимое излучение) – электромагнитное излучение в диапазоне от 760 (800) до 390 (400) нм, воспринимаемое человеческим глазом. Видимое излучение относительно слабо поглощается атмосферным воздухом и значительно сильнее – водой. Экологическое значение видимого света хорошо известно.

Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) – не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн от 400 до 10 нм.

Оптические свойства УФ значительно отличаются от свойств видимого света. Например, обычное стекло непрозрачно для УФ с длиной волны менее 320 нм. Современная азотно-кислородная атмосфера с озоновым слоем практически полностью задерживает УФ-излучение с длиной волны менее 290 нм, губительное для живого вещества биосферы. По сравнению с инфракрасным излучением, вода относительно слабо поглощает УФ-излучение – в современных водоемах ультрафиолетовая радиация проникает на глубину до 65 метров.

Наиболее коротковолновое (жесткое) ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов, по действию подобно рентгеновским лучам и способно вызывать ионизацию вещества. К счастью, это излучение практически полностью задерживается верхней атмосферой и не проникает в биосферу.

С очень узкой зоной УФ-радиации (от 290 до 320 нм), способной проникать в биосферу, связан целый набор негативных явлений – от снижения иммунитета и активизации некоторых болезнетворных микроорганизмов, до мутагенного и канцерогенного воздействия.

Ультрафиолетовое излучение в области 320 – 390 нм в малых дозах благоприятно влияет на живые организмы. Под действием этих лучей в организме человека и животных синтезируется витамин D, регулирующий обмен кальция и фосфора. Многие животные, выводящие детенышей в норах, регулярно выносят их в первые дни жизни на освещенные солнцем места.

Как приспособление к защите от высоких доз УФ-излучения у многих организмов вырабатываются темные пигменты - загар человека, темные пигменты цианобактерий и икринок, пигментация мозговых оболочек у животных пустыни.

Рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) – электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн от 1 нм до ~10 ^-3 нм. Присутствует в составе солнечного излучения в незначительном количестве и практически полностью поглощается атмосферой.

Гамма-излучение – наиболее коротковолновое электромагнитное излучение, граничащее с рентгеновским излучением. Относительно недавно обнаружено в составе солнечного излучения. Практически полностью поглощается атмосферой.

Экологическое значение рентгеновского и гамма-излучения определяется их ионизирующим действием на вещество, которое вызывает радиационное поражение и гибель живых организмов. В быту именно ионизирующие излучения называют словом «радиация». Солнце – относительно слабый источник рентгеновского, гамма и других видов ионизирующих излучений.