紫外線輻射
波長範圍約10~400nm的光輻射
紫外輻射就是波長範圍約10~400nm的光輻射。在這個波長範圍內不同波長的紫外輻射有不同的效應,在研究和應用中,常把紫外輻射劃分為:A波段(400~320nm);B波段(320~280nm);C波段(280~200nm);真空紫外波段(200~10nm)。波長小於200nm的紫外輻射由於大氣的吸收,所以在空氣中不能傳播。太陽的紫外輻射是人類接受的紫外輻射的主體,但是由於紫外線在大氣傳播中的衰減過程,真正照射到地球表面的紫外輻射量只佔總輻射量比例的4%。因此在實際應用中,人造紫外光源就顯得尤為重要。人造紫外輻射源解決了自然光源(太陽)在時間、空間上的不足。
儘管臭氧是大氣層中極其微量的組分,但它卻是大氣層中唯一可以吸收波長短於300nm太陽輻射的物質,其吸收係數隨波長的減少而增加。臭氧層吸收了來自太陽輻射中的大部分的紫外線B,因為臭氧層的破壞主要引起這一波段的太陽輻射增強,特別是290~315nm波長範圍內的UVB輻射,在這25nm的波長範圍里,由於臭氧的吸收,其輻射強度以4次冪的速率隨波長遞減。最常用的寬頻儀器是Robertson-Berger(RB)紫外輻射計,其溫度係數約0.01/K。RB輻射計的譜響應穩定性在十年以上,當然不同儀器間有些差異,所以在對RB輻射計網的標定重新核實之前,對使用RB輻射計數據得到的變化趨勢必須小心地仔細檢查。
正因為如此,現有的地表UV輻射資料來源有兩個,儀式地基臭氧探測網和衛星臭氧探測系統,由臭氧趨勢加上大氣的散射和吸收等因素后構造出輻射傳輸模式,以此來計算紫外輻射狀況,雖然模式計算的福照度可能會有誤差,不過在無雲和低氣溶膠條件下臭氧減少與UV輻射增加之間的理論關係已被大量的研究工作所確定。再一個就是RB輻射計網和單站多濾光片儀器的直接測量。
現在根據UV輻射的測量來確定地表UV輻射的變化尤其是長期變化的趨勢仍然是困難的,因為它要求有高精度和高穩定度的數據。最近的重要進展是通過優化儀器性能,相互對比和對數據進行再分析來評估數據的質量。不同光譜輻射計之間的幾次對比實驗顯示了各種儀器間存在著重要差異主要表現在太陽光譜急劇變化的短波區。因此,動態範圍、雜散光抑制和波長標定向問題是非常嚴重的。目前,在大於310nm的波長區範圍,一致性也不會優於+5%,而在更短的波長區,一致性則更差。這在某種程度上是由於標定的不確定性造成的,這個不確定性來自太陽光譜的譜型隨太陽天頂角、柱臭氧量和其它大氣條件的不同而改變。
水生生物系統為人類提供了大量的食物,全球人類所有消耗的動物蛋白質中,約有30%以上來自海洋,在很多國家,特別是發展中國家,這個比例還會大大增加。因此,了解太陽UVB輻射增強對水生生態產品的產量有怎樣的影響是十分重要的。另外,海洋還在全球變暖的過程中起著決定作用,海洋中浮游生物是大氣中二氧化碳的主要匯,對大氣中二氧化碳濃度變化趨勢起著決定性的作用。
Hader等研究了太陽UVB對衣藻屬的一種植物和變形藻屬的一種植物運動的效應是,發現UVB能使它們遊動現象減弱,辨向本能消弱,從而妨礙東東的浮游生物對變化中的環境條件和可能危險的情況不斷作必要的適應。
Takeuchi等研究表明,太陽UVB輻射增強會降低海洋浮游生物的生產率,給複雜的海洋生態系統和人類帶來巨大影響,這種海洋生產率的任何降低,無疑將影響全球食物的供應。Worrest也指出,UVB輻射增強將影響許多微生物的生長和節律。Dohler等研究還發現UVB輻射強烈影響固氮過程,從而影響許多重要浮生物數量減少;而某種重要的浮生物數量的減少,將會嚴重影響到水生生態系統中複雜的食物鏈及食物的總產量。據測算,大氣中臭氧含量損耗16%會導致浮游生物量減少5%,也就是等於全世界每年的漁產量將減少70萬噸。
UVB輻射的增加會引起海洋浮游生物、蝦、蟹幼體及貝類大量死亡,甚至造成某種生物的滅絕。UVB輻射對魚、蝦、蟹類,兩棲類及其它動物的早期發育階段有損害作用,最嚴重的是降低它們的繁殖能力和損害幼體的成長發育。在高緯地區的晚春季節,UVB輻射的增強可能會影響到一些物種,因為UVB輻射的增強恰好發生在它們生長發育的關鍵階段,即使UVB輻射少量的增加或短期的波動也會嚴重地影響較敏感的物種。
Murali等報道,UVB影響大豆吸收磷的速率與使用磷的數量有關,磷較多時,UVB不影響磷吸收,反之,則有影響。Ambler等發現,未經UVB補充照射的棉花中,Zn從子葉運轉到幼葉的速度是經UVB照射處理的2倍,這顯示UV可抑制Zn在植物體內的運轉,機理尚不明了。Dai發現,用UVB處理的水稻,葉子的電導率減小,這種抑制作用將影響水稻根系的吸收能力、植株的營養和水稻的生物產量。
Doughty和Mope發現輪藻用紫外線照射后,其細胞膜發生極化;膜阻力也隨之下降。由於膜結構的損傷,細胞內Cl-、K+、和Na+、因而大量外滲,而離子的主動吸收卻不斷下降。wright等用培養的煙草細胞吸收86、Rb+、和14C-、甘露醇后再進行UVB照射,結果在外滲中有大量的86、Rb+、,但無14、C-、甘露醇,因而認為UVB可能破壞了質膜上的某些特定的離子通道,但對細胞的整個結構影響不大。這種看法已為爾後的實驗所證實。zill和tolbert發現小麥經UVB處理后,根部細胞K-ATP酶活力受到抑制。總的來說,UVB對礦離子的吸收和運轉研究尚少。
紫外線紫外線(Ultraviolet)是波長比可見光短,但比X射線長的電磁輻射,波長範圍在10納米至400納米,能量從3電子伏特至124電子伏特之間。它的名稱是因為在光譜中電磁波頻率比肉眼可見的紫色還要高而得名,又俗稱紫外光。1801年德國物理學家里特發現在日光光譜的紫端外側一段能夠使含有溴化銀的照相底片感光,因而發現了紫外線的存在。紫外線可以用來滅菌,過多的紫外線進入人體會造成皮膚癌。紫外線是在陽光中發現的,並且在電弧和專門的燈,像是黑光燈,也會併發出紫外線。它可以造成化學反應,並導致許多物質發光或產生螢光。大多數紫外光被歸類為非電離輻射。能量較高的紫外線光譜,大約在150納米(真空紫外線)是電離的,但這種類型的紫外線不具穿透力,會被空氣阻擋住 基本解釋 自然界的主要紫外線光源是太陽,太陽光透過大氣層時波長短於290nm米的紫外線為大氣層中的臭氧吸收掉。人工的紫外線光源有多種氣體的電弧(如低壓汞弧、高壓汞弧),紫外線有化學作用能使照相底片感光,熒光作用強,日光燈、各種熒光燈和農業上用來誘殺害蟲的黑光燈都是用紫外線激發熒光物質發光的。紫外線還可以防偽,紫外線還有生理作用,能殺菌、消毒、治療皮膚病和軟骨病等。紫外線的粒子性較強,能使各種金屬產生光電效應。2 作用機理 紫外線是由原子的外層電子受到激發后產生的。 3 主要分類 紫外線根據波長分為:這裡近紫外線(UVA),遠紫外線(UVB)和超短紫外線(UVC)。紫外線對人體皮膚的滲透程度是不同的。紫外線的波長愈短,對人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過真皮,中波則可進入真皮。