Світло як екологічний фактор. Ультрафіолетова частина спектру

Світло як екологічний фактор

Життя на Землі підтримується завдяки потоку енергії, який випромінює велика зірка — Сонце. Сонячна енергія має велике значення для всіх процесів, що відбуваються на Землі:

• фізичних,
• хімічних,
• біологічних.

Від Сонця Земля отримує 99% енергії. Енергія, що йде від Сонця, перетворюється. Ці перетворення підкоряються універсальним законам природи — законам термодинаміки. Пригадаємо два з них.

1. Перший закон — енергія може переходити з однієї форми в іншу, але вона не зникає й не утворюється наново.
2. Другий закон або закон ентропії читається так: ефективність переходу одного виду енергії в інший ніколи не буває 100%, деяка частина енергії розсіюється у вигляді недоступної теплової радіації.

Сонячна енергія використовується на створення й перетворення органічної речовини, на підтримання теплового й водного балансів Землі.

Кількість сонячної радіації, що доходить до верхньої межі атмосфери, залежить від:

• географічної широти;
• вмісту пилу в атмосфері;
• добових і сезонних змін.

Сонце — це зірка, яка випромінює в простір космосу величезну кількість енергії — десь приблизно 10,5 • 10⁶ кДж/м² у рік. Не вся сонячна енергія досягає поверхні нашої планети. Деякі автори (Чернова Н.М., Билова О.М., 1986) подають таку схему розподілу сонячної енергії:

З тієї енергії, що доходить до Землі, 2/3 повторно випромінюється й нагріває атмосферу, а 1/3 використовується живими системами планети.

Промені атмосфери можуть бути представлені у вигляді шкали, але не всі вони досягають поверхні Землі (рис. 2).

Рис. 2. Шкала довжини променів атмосфери в нанометрах

Сонячна енергія, що досягла земної поверхні, в ясний день розподіляється на окремі частини спектру й складається приблизно (за Ю.Одумом, 1986) з таких частин:

• ультрафіолетової — 10%;
• видимої (ФАР) — 45%;
• інфрачервоної — 45%.

Розглянемо дію цих хвиль на живі системи.

Ультрафіолетова частина спектру

Ультрафіолетові промені поділяються на короткохвильові (менше 290 нм) і довгохвильові (290-380 нм) (доцільно пригадати з курсу фізики, що світло має подвійну природу: квантову та хвильову. Нанометр (нм) — величина вимірювання довжини хвилі, 1 нм = 10^-9 м).

Короткохвильові ультрафіолетові промені згубні для всього живого на планеті. Вони поглинаються озоновим екраном, який розташований в атмосфері на висоті 25-27 км.

Останнім часом озоновий шар руйнується. Це одна з глобальних екологічних проблем сучасності. Руйнування озонового шару відбувається внаслідок дії таких факторів: виробництво хлор-, фтор-, галогенопохідних, дезодорантів, фреонів, запуску космічних ракет, штучних супутників Землі, сучасних літаків, природних флуктуацій атмосфери. Руйнування озонового шару дуже небезпечне для живих систем, оскільки короткохвильові промені (γ-промені, рентген-промені, короткохвильові ультрафіолетові промені) мають малу довжину, але несуть дуже велику енергію.

Пригадаємо формулу:

Вплив випромінювання на організм залежить від довжини хвилі та від поглинання цих хвиль тканинами. Якщо енергія кванта не перебільшує 1 ев (1 ев = 1,602•10^-19 Дж; це енергія, яку електрон набуває в електромагнітному полі з різницею потенціалів у 1 В), то хімічних змін у властивостях молекул не відбувається, а викликаються коливання, й енергія випромінювання переходить у теплову. Якщо ж енергія кванта світла перебільшує 5 ев, то протони й електрони вибиваються з молекул і відбувається розрив хімічних зв'язків у молекулах. Утворюються радикали, а це дуже небезпечно для організмів, особливо, якщо зміни відбуваються в молекулах ДНК і РНК.

Довгохвильові ультрафіолетові промені (290-380 нм) у великих дозах шкідливі, в малих — корисні. Вони мають бактерицидну дію, сприяють утворенню в організмі вітаміну Д, стимулюють утворення антоціану; згубно діють на мікоризу.

Так, під впливом УФ-випромінювання (довгого) в шкірі людини утворюється меланін (пігмент), який інтенсивно його поглинає. Цим пояснюється ефект загару.

Нижчі рослини, бактерії, гриби відчутно реагують на вплив УФ-променів, оскільки вони повністю прониклі для них. Кварцеві та ртутні лампи, що випромінюють УФ-промені, виконують аналогічну функцію у лікарнях, під час стерилізації питної води та води в басейнах.

Плоди лимонів, які опромінені УФ-променями, не пошкоджуються грибковими захворюваннями і тому краще зберігаються.
Вищі рослини не мають потреби в отриманні доз УФ-променів для розвитку. Але довгі ультрафіолетові промені стимулюють процес синтезу антоціанових пігментів, а також гальмують ріст стебла.