Это поглощение прямо пропорционально толщине воздушного слоя, содержащего водяные пары и всевозможную пыль.
Лучи солнечной радиации достигают земной поверхности в различных процентных отношениях:
Приводимая таблица наглядно показывает, что земной атмосферой наиболее поглощаются лучи с короткой волной (58–61 %) и наименее — с длинной волной (24–30 %).
Сумма энергии всех лучей — ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных, выраженная в тепловых единицах, оценивается на границе земной атмосферы в 1,95 кал/мин на 1 см2 поверхности, перпендикулярной к лучу солнца.
Туман, дым, копоть задерживают в нижних слоях воздуха до 75 %.падающих на землю лучей.
Для лечения и закаливания лучистой энергией большое практическое значение имеют высокогорные местности. Благодаря чистоте и прозрачности горного воздуха, общая интенсивность солнечной радиации и относительное содержание в ней ультрафиолетовых лучей достигают максимума. Установлено, что чем выше данная местность над уровнем моря, тем больше доходит до нее ультрафиолетовых лучей.
Количество ультрафиолетовых лучей в приморских местностях меньше, чем на горных высотах, даже в одной и той же географической местности. Лечебные свойства приморских местностей непосредственно зависят не только от количества ясных солнечных дней и продолжительности солнечного сияния, но и от количества и состава солнечной радиации. Для каждой местности, расположенной у моря, большое значение имеют ее географическое положение и климатические особенности. Чем ближе приморская местность к югу, к экватору, тем больше количество солнечных дней в году и больше число солнечных часов в течение дня. Но в солнечной радиации там относительно мало ультрафиолетовых лучей, так как они поглощаются водяными парами.
Практическим пределом поглощения ультрафиолетовой радиации для местностей на уровне моря считают длину волн в 300 mμ, ввиду значительного поглощения ультрафиолетовых лучей атмосферой этих местностей.
В одной и той же местности в течение дня количественный и качественный состав радиации непрерывно изменяется. По многочисленным данным, приведенным различными авторами, максимальное количество солнечных лучей падает на землю в полдень. В это время и солнечная радиация наиболее насыщена ультрафиолетовыми лучами.
По наблюдениям Бойко, Корчагина и других, количество солнечных лучей начинает увеличиваться от восхода солнца до полудня и к заходу солнца постепенно уменьшается. Состав солнечного света можно считать почти однородным от 11 до 15 час., причем в утренние часы в солнечном свете несколько меньше ультрафиолетовых лучей; после 15 час. в нем преобладают красные и инфракрасные лучи. Воздух насыщается еще отраженными от воды и излучаемыми от нагретой поверхности земли тепловыми лучами.
Если всю сумму доходящей до нас энергии при высоком солнце считать равной 1,3 кал., а для 7 час. утра — 0,9 кал., то она распределится следующим образом:
Солнечная радиация подвергается различным изменениям и качественно и количественно не только по указанным выше причинам, но и в зависимости от времени года. Общая интенсивность солнечной радиации наиболее значительна в летние месяцы — июнь, июль, август. По данным Бойко, количество прямой солнечной радиации, распределенное по месяцам и выраженное в калориях, на севере в пределах 60° широты и на юге в пределах 45° широты с марта по июнь почти равно, а с июля по сентябрь получается разница в 1,5–2 раза в пользу юга. Та же картина, по данным Калитина, наблюдается в Якутске и Ташкенте. Несмотря на большую разницу в широтах, а следовательно и в высотах солнца, в весенние месяцы — март и апрель — количество тепла, получаемое горизонтальной поверхностью, в Якутске почти такое же, как в Ташкенте.
Диффузный, или рассеянный, свет. На каждый предмет, на каждое существо на земле, в том числе и на человека, принимающего солнечную ванну, падает троякое освещение: 1) прямой солнечный свет; 2) рассеянный дневной свет небесного свода, или так называемый диффузный свет, и 3) лучи, отраженные от окружающих предметов: от почвы, горных возвышенностей, скал, деревьев, облаков и пр.
Мы уже указывали, что при прохождении через атмосферу часть солнечной радиации поглощается атмосферой, а часть рассеивается. Рассеянная солнечная радиация состоит главным образом из ультрафиолетовых, фиолетовых, синих, голубых лучей.
При безоблачном небе рассеивание происходит от молекул воздуха и мельчайших пылинок. Красные лучи рассеиваются слабее фиолетовых.
В безоблачные дни рассеянный свет доходит до наименьшей величины. В дни, когда в небе яркобелые кучевые облака, особенно возрастает интенсивность рассеянного света. Приносимая диффузным светом лучистая энергия, выраженная в тепловых единицах на 1 см2 горизонтальной поверхности, может в некоторые благоприятные моменты облачного дня достигать почти половины энергии прямой солнечной радиации. При яркобелых кучевых облаках диффузная радиация неба усиливается.
По данным Калитина, на долю рассеянной радиации приходится значительная часть солнечной радиации — до 32 %.
Перед восходом солнца до земной поверхности доходит почти одна рассеянная радиация. После восхода процент рассеянной радиации уменьшается за счет увеличения прямой, солнечной радиации. Но даже при большой прозрачности атмосферы на горе Эльбрус на вершине в 3200 м («Кругозор») при высоте солнца в 50° рассеянная радиация, по данным Калитина, достигала 6 %, а в Ялте при той же высоте солнца вследствие значительной запыленности воздуха доходила до 27 %. При небольшом же количестве облаков величина рассеянной радиации атмосферы значительно увеличивалась.
Инфракрасные лучи. Инфракрасные лучи обладают максимальной энергией теплового действия.
Излучение и поглощение инфракрасных лучей в основном связаны с тепловыми вращательными и колебательными движениями атомов в молекулах, в то время как остальная часть световой радиации связана с движениями электронов. В результате поглощения инфракрасных лучей изменяется только кинетическая энергия молекул.
Инфракрасные лучи делятся на «внутренние», непосредственно прилегающие к красным лучам, и «наружные» — с более длинной волной, чем первые. Внутренние инфракрасные лучи проникают на большую глубину в тканях и отличаются большей тепловой эффективностью. Наружные инфракрасные лучи проникают на меньшую глубину и отличаются меньшей тепловой интенсивностью.
Ультрафиолетовая радиация. Исключительное значение для закаливания лучистой энергией имеют лучи с короткой волной (ультрафиолетовые).
На землю падает ничтожная доля ультрафиолетовой радиации из общего количества солнечной энергии, достигающей земной поверхности. Эта доля равна 1 %.
Принято делить ультрафиолетовую радиацию на три области:
1) ультрафиолетовые лучи «А» с длиной волны от 400 до 320 mμ;
2) ультрафиолетовые лучи «В» с длиной волны от 320 до 275 mμ;
3) ультрафиолетовые лучи «С» с длиной волны от 275 до 200 mμ.
Ближняя область ультрафиолетовой радиации — область «А» — не отличается большим биологическим действием. Этот пучок ультрафиолетовых лучей используется в технике, например для возбуждения светящихся веществ в сигнальных, декоративных и других устройствах.
Средняя область ультрафиолетовой радиации — область «Б» — характеризуется антирахитичным действием на организм, способностью образования витамина Д в подкожных клетках, — благотворным действием на рост животных, а также эритемным эффектом, т. е. способностью вызывать гиперемию и загар человеческой кожи.
Дальняя область ультрафиолетовой радиации — область «С» — содержит излучения, обладающие бактерицидным действием, способностью озонировать воздух.
Роль ультрафиолетового излучения для жизнедеятельности всякого живого организма, и особенно для человека, исключительно велика, так как ультрафиолетовая радиация является одним из наиболее активных агентов внешней среды.
Глава 3Биологическое и физиологическое действие света
Долгое время теорией действия света считалась теория бактерицидного влияния света, предложенная Финзеном. Эта теория оказалась несостоятельной уже потому, что бактерицидное влияние света свойственно только ультрафиолетовым лучам, а, по современным представлениям, ультрафиолетовые лучи проникают в организм неглубоко, и микробы, находящиеся в глубине тканей, не подвергаются воздействию этих лучей. Кроме того, облучение солнечными лучами способствует мобилизаций защитных механизмов, препятствующих жизнедеятельности микроорганизмов.
Теорию бактерицидного влияния света сменила пигментарная теория Ролье, по которой действие света объяснялось аккумуляцией пигмента световой энергией и постепенным переводом ее в ткани организма. Признание этой теории привело к стремлению добиваться при облучении самой интенсивной пигментации, что многократно являлось причиной нарушения деятельности сердечно-сосудистой, нервной и других систем.
Выдающаяся роль в деле обоснования механизма действия лучистой энергии принадлежит русским ученым Щербаку, Рудницкому, Киричинскому и другим, установившим, что при воздействии физических агентов на организм основную роль играет механизм рефлекторных соотношений.
Отечественные физиологи создали учение о нервнорефлекторном механизме действия кожных раздражителей, в том числе и лучистой энергии.
Это учение основано на известном указании Сеченова, что в основе всех процессов, возникающих в нервной системе, лежит рефлекторный акт. Взгляд Сеченова на рефлекторный акт как на целостный процесс, поставленный в прямую зависимость от определенных анатомо-физиологических связей, и указания великого физиолога относительно возникновения тормозных процессов в центральной нервной системе явились фундаментом правильного представления о механизме действия физических агентов как раздражителей.