Ultraviolettes Licht ist eine Art elektromagnetischer Strahlung, die Schwarzlichtplakate zum Leuchten bringt und für Sommerbräune und Sonnenbrände verantwortlich ist. Eine zu starke Exposition gegenüber UV-Strahlung schädigt jedoch lebendes Gewebe.
Elektromagnetische Strahlung kommt von der Sonne und wird in Wellen oder Teilchen mit unterschiedlichen Wellenlängen und Frequenzen übertragen. Dieser breite Wellenlängenbereich wird als elektromagnetisches (EM) Spektrum bezeichnet., Das Spektrum ist im Allgemeinen in sieben Regionen in der Reihenfolge abnehmender Wellenlänge und zunehmender Energie und Frequenz unterteilt. Die gebräuchlichen Bezeichnungen sind Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot (IR), sichtbares Licht, Ultraviolett (UV), Röntgenstrahlen und Gammastrahlen.
Ultraviolettes (UV) Licht fällt im Bereich des EM-Spektrums zwischen sichtbarem Licht und Röntgenstrahlen. Es hat Frequenzen von etwa 8 × 1014 bis 3 × 1016 Zyklen pro Sekunde oder Hertz (Hz) und Wellenlängen von etwa 380 Nanometern (1,5 × 10-5 Zoll) bis etwa 10 nm (4 × 10-7 Zoll). Laut den USA, Navy ‚ s „Ultraviolett Radiation Guide“ UV ist in der Regel in drei Unterbänder unterteilt:
- UVA oder in der Nähe von UV (315-400 nm)
- UVB oder mittlere UV (280-315 nm)
- UVC oder far UV (180-280 nm)
Die Führung geht auf Zustand, „Strahlungen mit Wellenlängen von 10 nm bis 180 nm werden manchmal als Vakuum oder extreme UV bezeichnet.“Diese Wellenlängen werden durch Luft blockiert und breiten sich nur im Vakuum aus.
Ionisation
UV-Strahlung hat genug Energie, um chemische Bindungen zu brechen., Aufgrund ihrer höheren Energien können UV-Photonen Ionisation verursachen, ein Prozess, bei dem Elektronen von Atomen abbrechen. Die resultierende Vakanz beeinflusst die chemischen Eigenschaften der Atome und bewirkt, dass sie chemische Bindungen bilden oder brechen, die sie sonst nicht hätten. Dies kann für die chemische Verarbeitung nützlich sein oder Materialien und lebendes Gewebe schädigen. Dieser Schaden kann zum Beispiel bei der Desinfektion von Oberflächen von Vorteil sein, kann aber auch schädlich sein, insbesondere für Haut und Augen, die durch energiereichere UVB-und UVC-Strahlung am stärksten beeinträchtigt werden.,
UV-Effekte
Der größte Teil des natürlichen UV-Lichts, dem Menschen begegnen, stammt von der Sonne. Laut dem National Toxicology Program (NTP) sind jedoch nur etwa 10 Prozent des Sonnenlichts UV-Strahlung und nur etwa ein Drittel davon dringt in die Atmosphäre ein, um den Boden zu erreichen. Von der solaren UV-Energie, die den Äquator erreicht, sind 95 Prozent UVA und 5 Prozent UVB. Kein messbares UVC aus Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche, da Ozon, molekularer Sauerstoff und Wasserdampf in der oberen Atmosphäre die kürzesten UV-Wellenlängen vollständig absorbieren., Dennoch ist „ultraviolette Breitbandstrahlung die stärkste und schädlichste für Lebewesen“, so der 13.“
Sonnenbrand
Eine Sonnenbräune ist eine Reaktion auf die Exposition gegenüber schädlichen UVB-Strahlen. Im Wesentlichen resultiert eine Sonnenbräune aus dem natürlichen Abwehrmechanismus des Körpers. Dies besteht aus einem Pigment namens Melanin, das von Zellen in der Haut namens Melanozyten produziert wird. Melanin absorbiert UV-Licht und leitet es als Wärme. Wenn der Körper Sonnenschäden spürt, sendet er Melanin in die umgebenden Zellen und versucht, sie vor weiteren Schäden zu schützen., Das Pigment bewirkt, dass die Haut dunkler wird.
„Melanin ist ein natürliches Sonnenschutzmittel“, sagte Gary Chuang, Assistenzprofessor für Dermatologie an der Tufts University School of Medicine, gegenüber Live Science in einem Interview 2013. Die fortgesetzte Exposition gegenüber UV-Strahlung kann jedoch die Abwehrkräfte des Körpers überwältigen. In diesem Fall tritt eine toxische Reaktion auf, die zu Sonnenbrand führt. UV-Strahlen können die DNA in den Körperzellen schädigen. Der Körper spürt diese Zerstörung und überschwemmt den Bereich mit Blut, um den Heilungsprozess zu unterstützen. Schmerzhafte Entzündungen treten ebenfalls auf., In der Regel innerhalb eines halben Tages nach übermäßigem Sonnenbaden beginnt sich das charakteristische Rot-Hummer-Aussehen eines Sonnenbrandes bekannt zu machen und zu fühlen.
Manchmal verwandeln sich die Zellen mit DNA, die durch die Sonnenstrahlen mutiert sind, in Problemzellen, die nicht sterben, sondern sich weiterhin als Krebs vermehren. „Das UV-Licht verursacht zufällige Schäden im DNA – und DNA-Reparaturprozess, so dass Zellen die Fähigkeit erwerben, das Sterben zu vermeiden“, sagte Chuang.
Das Ergebnis ist Hautkrebs, die häufigste Krebsform in den USA. Menschen, die wiederholt Sonnenbrand bekommen, sind einem viel höheren Risiko ausgesetzt., Das Risiko für die tödlichste Form von Hautkrebs, Melanom genannt, verdoppelt sich laut der Skin Cancer Foundation für jemanden, der fünf oder mehr Sonnenbrände erhalten hat.
Andere UV-Quellen
Zur Erzeugung von UV-Strahlung wurden eine Reihe künstlicher Quellen entwickelt. Laut der Health Physics Society „umfassen künstliche Quellen Sonnenkabinen, Schwarzlichter, Härtungslampen, keimtötende Lampen, Quecksilberdampflampen, Halogenlampen, hochintensive Entladungslampen, Leuchtstoff-und Glühlampen sowie einige Arten von Lasern.,“
Eine der häufigsten Arten, UV-Licht zu erzeugen, besteht darin, einen elektrischen Strom durch verdampftes Quecksilber oder ein anderes Gas zu leiten. Dieser Lampentyp wird häufig in Bräunungskabinen und zur Desinfektion von Oberflächen verwendet. Die Lampen werden auch in Schwarzlichtern verwendet, die fluoreszierende Farben und Farbstoffe zum Leuchten bringen. Leuchtdioden (LEDs), Laser und Lichtbogenlampen sind auch als UV-Quellen mit verschiedenen Wellenlängen für industrielle, medizinische und Forschungsanwendungen erhältlich.,
Fluoreszenz
Viele Substanzen – darunter Mineralien, Pflanzen, Pilze und Mikroben sowie organische und anorganische Chemikalien — können UV-Strahlung absorbieren. Absorption bewirkt, dass Elektronen im Material auf ein höheres Energieniveau springen. Diese Elektronen können dann in einer Reihe kleinerer Schritte auf ein niedrigeres Energieniveau zurückkehren und einen Teil ihrer absorbierten Energie als sichtbares Licht abgeben. Materialien, die als Pigmente in Farbe oder Farbstoff verwendet werden und eine solche Fluoreszenz aufweisen, erscheinen unter Sonnenlicht heller, da sie unsichtbares UV-Licht absorbieren und bei sichtbaren Wellenlängen wieder emittieren., Aus diesem Grund werden sie häufig für Schilder, Sicherheitswesten und andere Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe Sichtbarkeit wichtig ist.
Fluoreszenz kann auch verwendet werden, um bestimmte Mineralien und organische Materialien zu lokalisieren und zu identifizieren. Laut Thermo Fisher Scientific, Life Technologies ermöglichen “ Fluoreszierende Sonden Forschern den Nachweis bestimmter Komponenten komplexer biomolekularer Baugruppen wie lebender Zellen mit exquisiter Empfindlichkeit und Selektivität.,“
In Leuchtstoffröhren, die für die Beleuchtung verwendet werden, wird „ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm zusammen mit dem blauen Licht erzeugt, das emittiert wird, wenn ein elektrischer Strom durch Quecksilberdampf geleitet wird“, so die Universität von Nebraska. „Diese ultraviolette Strahlung ist unsichtbar, enthält aber mehr Energie als das emittierte sichtbare Licht. Die Energie aus dem ultravioletten Licht wird von der fluoreszierenden Beschichtung innerhalb der Leuchtstofflampe absorbiert und als sichtbares Licht wieder emittiert.,“Ähnliche Röhren ohne die gleiche fluoreszierende Beschichtung emittieren UV-Licht, das zur Desinfektion von Oberflächen verwendet werden kann, da die ionisierenden Wirkungen der UV-Strahlung die meisten Bakterien abtöten können.
Schwarzlichtröhren verwenden typischerweise Quecksilberdampf, um langwelliges UVA-Licht zu erzeugen, wodurch bestimmte Farbstoffe und Pigmente fluoreszieren. Das Glasrohr ist mit einem dunkelvioletten Filtermaterial beschichtet, um den größten Teil des sichtbaren Lichts zu blockieren, wodurch das fluoreszierende Leuchten ausgeprägter erscheint. Diese Filterung ist für Anwendungen wie Desinfektion nicht erforderlich.,
UV-Astronomie
Neben der Sonne gibt es zahlreiche himmlische Quellen für UV-Strahlung. Laut NASA leuchten sehr große junge Sterne den größten Teil ihres Lichts in ultravioletten Wellenlängen. Da die Erdatmosphäre einen Großteil dieser UV-Strahlung blockiert, insbesondere bei kürzeren Wellenlängen, werden Beobachtungen mit Höhenballons und umlaufenden Teleskopen durchgeführt, die mit speziellen Bildgebungssensoren und Filtern zur Beobachtung im UV-Bereich des EM-Spektrums ausgestattet sind.,
Laut Robert Patterson, Professor für Astronomie an der Missouri State University, werden die meisten Beobachtungen mit Charge-Coupled Devices (CCD) durchgeführt, Detektoren, die für kurzwellige Photonen empfindlich sind. Diese Beobachtungen können die Oberflächentemperaturen der heißesten Sterne bestimmen und das Vorhandensein von dazwischen liegenden Gaswolken zwischen der Erde und Quasaren aufdecken.
Krebsbehandlung
Während die Exposition gegenüber UV-Licht zu Hautkrebs führen kann, können laut Cancer Research UK einige Hauterkrankungen mit UV-Licht behandelt werden., Bei einem Verfahren namens Psoralen Ultraviolett Light Treatment (PUVA) nehmen Patienten ein Medikament ein oder tragen eine Lotion auf, um ihre Haut lichtempfindlich zu machen. Dann leuchtet ein UV-Licht auf die Haut. PUVA wird zur Behandlung von Lymphomen, Ekzemen, Psoriasis und Vitiligo eingesetzt.
Es mag nicht intuitiv erscheinen, Hautkrebs mit der gleichen Sache zu behandeln, die es verursacht hat, aber PUVA kann aufgrund der Wirkung von UV-Licht auf die Produktion von Hautzellen nützlich sein. Es verlangsamt das Wachstum, das eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Krankheit spielt.
Schlüssel zum Ursprung des Lebens?,
Neuere Forschungen legen nahe, dass UV-Licht eine Schlüsselrolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnte, insbesondere bei der Entstehung von RNA. In einem 2017-Artikel im Astrophysics Journal stellen die Autoren der Studie fest, dass rote Zwergsterne möglicherweise nicht genug UV-Licht emittieren, um die biologischen Prozesse zu starten, die für die Bildung von Ribonukleinsäure erforderlich sind, die für alle Lebensformen auf der Erde notwendig ist. Die Studie legt auch nahe, dass dieser Befund bei der Suche nach Leben anderswo im Universum helfen könnte.