«ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΔΟΣΕΩΝ ΤΗΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ : «ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΔΟΣΕΩΝ ΤΗΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ» ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΕΜ: Επιβλέπον καθηγητής: Αλκιβιάδης Μπάης Κατεύθυνση: ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 1

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ (σελ.: 3) ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: (i) Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (σελ.: 4-5) (ii) Διάδοση ακτινοβολίας Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με ύλη (σελ.: 6-8) - Απορρόφηση - Σκέδαση (iii) Μοντέλα διάδοσης ακτινοβολία (σελ.: 8-9) (iv) Υπεριώδης ακτινοβολία (σελ.: 9-11) (v) Παράγοντες που επηρεάζουν την υπεριώδη ακτινοβολία (σελ.: 11-16) - Όζον - Αιωρούμενα σωματίδια - Νέφη - Υψόμετρο - Ανακλαστικότητα - Ζενίθια γωνία (vi) Βιολογικές επιπτώσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας (σελ.: 16-22) - Ευαισθησία της UV - Σχέση υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας και ορισμένων βιολογικών στοιχείων ΠΡΑΚΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (i) Περιγραφή μοντέλου FASTRT (σελ.: 23) (ii) Εφαρμογή παραμέτρων στο FASTRT (σελ.: 24) - Τιμές παραμέτρων - Πίνακες τιμών (iii) Επεξεργασία αποτελεσμάτων Διαγράμματα Παρατηρήσεις (σελ.: 25) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (σελ.: 54-55) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (σελ.: 56) 2

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Στην παρούσα πτυχιακή εργασία, μελετάται η διακύμανση διαφόρων βιολογικών δόσεων της υπεριώδους ακτινοβολίας στην Ελλάδα, με τη χρήση ενός μοντέλου διάδοσης ακτινοβολίας, του FASTRT UV. Οι βιολογικές ποσότητες που θα μελετήσουμε είναι τρεις: - το CIE που αντιστοιχεί σε ερύθημα που προκαλείται στο ανθρώπινο δέρμα, - η βιταμίνη-d που παράγεται στο δέρμα, - το DNA που αντιστοιχεί σε καρκίνο του δέρματος. Στη μελέτη αυτών το ποσοτήτων υπεισέρχονται ορισμένες παράμετροι οι οποίες επηρεάζουν την ροή της υπεριώδους ακτινοβολίας προς τη γήινη επιφάνεια. Παράμετροι όπως το όζον, τα αιωρούμενα σωματίδια, η ανακλαστικότητα, το υψόμετρο, τα νέφη και η ζενίθια γωνία θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε πως μεταβάλλεται η υπεριώδης ακτινοβολία και κατ επέκταση τη διακύμανση των διαφόρων βιολογικών δόσεων της. Το μοντέλο FASTRT μας δίνει τη δυνατότητα εισάγοντας ορισμένες παραμέτρους-συνθήκες, για συγκεκριμένη ημέρα και γεωγραφικές συντεταγμένες, να πάρουμε συγκεκριμένες τιμές ως προς τη ροή της ακτινοβολίας και με τη δημιουργία γραφημάτων να εξάγουμε σημαντικά συμπεράσματα για την επίδραση της UV στις ποσότητες που θέλουμε να μελετήσουμε. Η εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη, το θεωρητικό και το πρακτικό. Το θεωρητικό μέρος περιλαμβάνει το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο της πειραματικής αυτής εργασίας ξεκινώντας από μία συνοπτική περιγραφή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, της αλληλεπίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη, εκτεταμένη αναφορά στην υπεριώδη ακτινοβολία, περιγραφή των παραμέτρων που επηρεάζουν την υπεριώδη ακτινοβολία και τέλος τις βιολογικές επιπτώσεις της UV ακτινοβολίας. Το πρακτικό μέρος περιλαμβάνει την πειραματική διαδικασία, τα αποτελέσματα των εφαρμογών, σχολιασμό-παρατηρήσεις των διαγραμμάτων και συμπεράσματα. Επίσης γίνονται αναφορές στη βιβλιογραφία. Εύχομαι η εργασία αυτή να σας δώσει τη δυνατότητα να αντιληφθείτε και να κατανοήσετε πόσο και πώς η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία επηρεάζει της βιολογικές δόσεις που μελετάμε και γενικότερα τον ανθρώπινο οργανισμό. 3

4 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ : (i) ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φώς): περιγράφει τη μεταφορά ενέργειας μέσα στο χώρο, η οποία αποτελείται από φωτόνια, δηλαδή μεμονωμένα πακέτα ενέργειας. Το σύνολο των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών όλων των πιθανών μηκών κύματος ορίζουν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, την κατανομή δηλαδή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ανάλογα με την ενέργεια. Οι φασματικές περιοχές στις οποίες διαιρείται το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι οι ακόλουθες: (α) ΑΚΤΙΝΕΣ ΓΑΜΜΑ: αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα με τη μεγαλύτερη ενέργεια (μεγάλη συχνότητα V, μικρό μήκος κύματος λ). Είναι κοσμικές ακτίνες, καταστροφικές για τα βιολογικά μόρια. (β) ΑΚΤΙΝΕΣ Χ: αποτελείται από τα άμεσος μεγαλύτερα μήκη κύματος. Έχουν χαμηλότερη ισχύ από τις ακτίνες γάμμα και είναι χρήσιμες στην ιατρική απεικόνιση (ακτινογραφίες). (γ) ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (UV): καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη σύσταση της ατμόσφαιρας. Έχει μικρότερη ενέργεια από τις ακτίνες Χ (άρα μικρότερη συχνότητα και μεγαλύτερο μήκος κύματος). Υποδιαιρείται σε τρεις υποπεριοχές: (δ) ΟΡΑΤΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ: είναι μία στενή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ( nm) όπου η ακτινοβολία έχει την κατάλληλη ενέργεια ώστε να αλληλεπιδράσει με μόρια στο αμφιβληστροειδή για να μας δώσει την όραση. Συμπίπτει με την περιοχή των μηκών κύματος στην οποία ο ήλιος εκπέμπει τη μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας. 4

5 (ε) ΥΠΕΡΥΘΡΗ (IR): ακτινοβολία με φάσμα πέρα από το ορατό. Τείνει να μεταβάλει την παλμική ή περιστροφική κίνηση των μορίων. Άτομα που απορροφούν IR κινούνται ταχύτερα κι έτσι παρατηρείται τοπική αύξηση της θερμοκρασίας. (στ) ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΑ: βρίσκονται σε πολύ μεγάλα μήκη κύματος. Η φασματική αυτή περιοχή χρησιμοποιείται στις ραδιοεπικοινωνίες, στη λειτουργία της τηλεόρασης και των ραντάρ. 5

6 (ii) ΔΙΑΔΟΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ - ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ Κατά τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα η ακτινοβολία είναι δυνατόν να αλληλεπιδράσει με τα συστατικά της ατμόσφαιρας με δύο τρόπους με απορρόφηση ή με σκέδαση. Απορρόφηση ακτινοβολίας: όταν η ακτινοβολία διέρχεται μέσα από κάποιο μέσο, μέρος των φωτονίων μπορεί να απορροφηθεί από τα συστατικά του μέσου. Ο αριθμός των φωτονίων που απορροφούνται εξαρτάται τουλάχιστον από: Τον αριθμό των εισερχόμενων φωτονίων Τον αριθμό των απορροφητών ανά μονάδα όγκου Το μήκος της διαδρομής που διανύουν στο μέσο Το μέγεθος των απορροφητών Νόμος απορρόφησης Lambert: Ιλ(l (l) = Iλ(0) I e (τ (τ λ ) Iλ(0): αρχική ένταση δέσμης I λ(l): τελική ένταση δέσμης l: μήκος διαδρομής της δέσμης της ακτινοβολίας τλ: οπτικό βάθος μας δείχνει πόσο ελαττώνεται η ακτινοβολία όσο κατεβαίνουμε μέσα στην ατμόσφαιρα Η ύλη απορροφά την ακτινοβολία με διάφορους τρόπους. Υψηλά στην ατμόσφαιρα, τα μόρια του οξυγόνου (Ο 2) απορροφούν την πολύ ενεργό ακτινοβολία στην περιοχή του μακρινού υπεριώδους (UV-C) και στην περιοχή των ακτίνων Χ και διασπόνται σε μεμονωμένα άτομα οξυγόνου (Ο), έτσι σε αυτά τα ύψη δημιουργείται ένα στρώμα πλούσιο σε οξυγόνο, ενώ κάτω από αυτό η ένταση της επιβλαβούς ακτινοβολίας είναι πολύ μικρή. 6

7 Χαμηλά στην ατμόσφαιρα, μεμονωμένα άτομα οξυγόνου (Ο) μπορούν να συνενωθούν με μόρια οξυγόνου (Ο 2) και να παράγουν όζον (Ο 3), το οποίο απορροφά την ακτινοβολία στο μέσον περίπου της φασματικής περιοχής του υπεριώδους κι έτσι προστατεύει από την ακτινοβολία που δεν απορροφάται από τα μόρια του οξυγόνου υψηλότερα στην ατμόσφαιρα. Στην περιοχή των nm το όζον απορροφά ισχυρότερα από το οξυγόνο, όμως η συγκέντρωση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα είναι μεγαλύτερη από ότι του όζοντος με αποτέλεσμα μέχρι τα 30 Km ύψος από την επιφάνεια της θάλασσας το οξυγόνο απορροφά όση ακτινοβολία απορροφά και το όζον. Στο έδαφος φτάνει ελάχιστη ακτινοβολία με λ < 315 nm (περιοχή του UV-B) επειδή έχει φιλτραριστεί από την ατμόσφαιρα. Σκέδαση ακτινοβολίας: όταν ένα φωτόνιο χτυπήσει συστατικό της ατμόσφαιρας στη συνέχεια φεύγει διατηρώντας τη συχνότητα και το μήκος κύματος, αλλάζοντας διεύθυνση διάδοσης. Υπάρχουν δύο είδη σκέδασης της ακτινοβολίας: (α) σκέδαση Mie (β) σκέδαση Rayleigh η σκέδαση από σωμάτια που είναι πολύ μεγαλύτερα από τα μόρια όταν το φως εκτρέπεται από μεμονωμένα σωμάτια Η σκέδαση Mie έχει σαν αποτέλεσμα η εξερχόμενη ακτινοβολία να έχει περίπου την ίδια ένταση, ανεξάρτητα από τη γωνία παρατήρησης και είναι πιο αποτελεσματική στο ορατό (1/λ), ενώ η σκέδαση Rayleigh παρουσιάζει πολύ ισχυρή εξάρτηση από τη γωνία παρατήρησης, ανάλογη του μήκους κύματος (μικρότερο λ ισχυρότερη σκέδαση) και είναι πιο αποτελεσματική στο υπεριώδες (1/λ 4 ). Υπάρχει και η οπισθοσκέδαση, όπου λόγω της σκέδασης του φωτός από την ατμόσφαιρα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που διαδίδεται στην ατμόσφαιρα καταλήγει να ξαναγυρίσει προς τα πάνω και χάνεται στο διάστημα. Επίσης μέρος της ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης ανακλάται προς τα πίσω και μέρος της διαφεύγει από την ατμόσφαιρα. 7

8 Παραδείγματα: 1. Το μπλε χρώμα του ουρανού, οφείλεται στο ότι το μπλε μέρος του ορατού φάσματος σκεδάζεται κατά Rayleigh εντονότερα από το φως που ανήκει στο κόκκινο μέρος του φάσματος. 2. Απουσία ουρανού στις φωτογραφίες από τη σελήνη. Δεν βλέπουμε καθόλου ουρανό διότι δεν υπάρχει ατμόσφαιρα για να σκεδαστεί το φως του ήλιου. (iii) ΜΟΝΤΕΛΑ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Για να μπορέσουμε να προσομοιώσουμε τη διάδοση της ακτινοβολίας μέσα στην ατμόσφαιρα πρέπει να διαιρεθεί η ατμόσφαιρα σε μεγάλο αριθμό ομογενών στρωμάτων ώστε να μπορούμε να υπολογίσουμε με την πιο μεγάλη ακρίβεια την εισερχόμενη και εξερχόμενη ακτινοβολία για κάθε στρώμα. Θεωρούμε την ατμόσφαιρα ως ένα σύνολο επίπεδων παράλληλων στρωμάτων αντί παράλληλων σφαιρικών στρωμάτων. Σχήμα 1: Ατμοσφαιρικά στρώματα που χρησιμοποιεί ένα μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας. 8

9 Η ροή της ακτινοβολίας που εισέρχεται στην κορυφή κάθε στρώματος, ισούται με τη ροή της ακτινοβολίας που εξέρχεται από τη βάση του προηγούμενου στρώματος. Κατά τη δίοδο της ακτινοβολίας δια μέσου ενός στρώματος, μέρος της διέρχεται με την ίδια διεύθυνση, μέρος της απορροφάται από το στρώμα και μέρος της σκεδάζεται προς διάφορες διευθύνσεις εγκαταλείποντας το στρώμα. Εάν ένα φωτόνιο εισέρχεται κάθετα στην επιφάνεια του στρώματος πρέπει να διαπεράσει μόνο το πάχος του στρώματος (d), ενώ εάν εισέρχεται υπό μία πολύ μεγάλη γωνία πρέπει να διανύσει πολύ μεγαλύτερη απόσταση πριν εξέλθει από τη βάση του στρώματος κι έτσι είναι πιο πιθανόν να απορροφηθεί ή να σκεδαστεί από τα μόρια. Στη συγκεκριμένη εργασία μας ενδιαφέρει το ποσό της ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης, έτσι ενδιαφέρουν θα έχουν μόνο οι εντάσεις της ακτινοβολίας που εξέρχονται από το κατώτερο στρώμα (βάση) της ατμόσφαιρας. κάθετη πρόσπτωση ζενίθ a=0 a >0 d=πάχος στρώματος d d / cos(a) Σχήμα 2: Η ακτινοβολία που προσπίπτει κάθετα (a=0) εξασθενεί λιγότερο. Η ακτινοβολία που προσπίπτει υπό γωνία a>0 έχει περισσότερες πιθανότητες να σκεδαστεί ή να απορροφηθεί, άρα εξασθενεί περισσότερο. Το μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας που χρησιμοποιούμε στη μελέτη αυτή, στο οποίο θα αναφερθούμε εκτενέστερα στη συνέχεια της εργασίας, είναι το μοντέλο: FASTRT ASTRT UV dose and irradiance simulations 9

10 (iv) ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Στην περίπτωση που μελετάμε μας ενδιαφέρει μόνο η υπεριώδης ακτινοβολία γι αυτό στη συνέχεια παραθέτουμε ορισμένες ιδιότητες της: Προκαλεί και παράγεται από μεταβολές στην ενέργεια των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα και τα μόρια Εκπέμπεται ως ακτινοβολία μέλαν σώματος από πολύ θερμά σώματα όπως είναι οι αστέρες Μπορεί να προκαλέσει διάσπαση των μορίων και μπορεί να προκαλέσει βλάβη στους βιολογικούς οργανισμούς Συμμετέχει ενεργά στην ατμοσφαιρική χημεία, λόγω της ικανότητας να προκαλεί διάσπαση μορίων, καθορίζοντας σε μεγάλο βαθμό την σύσταση της ατμόσφαιρας Εξασθενίζεται ισχυρά από το οξυγόνο και το όζον της γήινης ατμόσφαιρας, τα οποία με αυτόν τον τρόπο προστατεύουν την γήινη επιφάνεια από τη δράση της UV. Όπως επισημαίνουμε και πιο πάνω, η υπεριώδης ακτινοβολία υποδιαιρείται σε τρεις περιοχές: Στον πίνακα που ακολουθεί σημειώνονται κάποια χαρακτηριστικά των φασματικών περιοχών της υπεριώδους ακτινοβολίας. 10

11 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΥΡΟΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΡΟΗΣ ΠΟΣΟΣΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣ (nm) (W m - 2 ) (%) UV-A ,0 UV-B ,5 UV-C < ,5 Πίνακας 1: Περιοχές της υπεριώδους ακτινοβολίας του ηλιακού φάσματος που φτάνει στο άνω όριο της γήινης ατμόσφαιρας. (v) ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΥΠΕΡΙΩΔΗ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Κατά τη διάδοση της ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μέσα από την ατμόσφαιρα, ορισμένοι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την υπεριώδη ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος και ο κάθε ένας χωριστά να την εξασθενίσει ή να την ενισχύσει. Οι παράγοντες αυτοί είναι οι εξής: 1. ΟΖΟΝ (Ο 3) 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΑ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ (aerosols) 3. ΝΕΦΗ 4. ΥΨΟΜΕΤΡΟ (altitude) 5. ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ (albedo) 6. ΖΕΝΙΘΙΑ ΓΩΝΙΑ (solar zenith angle) 11

12 ΟΖΟΝ (Ο 3) Το όζον απορροφά ισχυρά την υπεριώδη ακτινοβολία κυρίως στην στρατόσφαιρα όπου και παρουσιάζεται το μέγιστο της κατακόρυφης κατανομής του όζοντος. Ανάλογα με τη φασματική περιοχή η απορροφητικότητα του όζοντος ποικίλει. Στην τροπόσφαιρα παρουσιάζεται μικρότερη συγκέντρωση όζοντος (10%). Στις αστικές περιοχές παρατηρείται αύξηση του τροποσφαιρικού όζοντος και ως εκ τούτου μεγαλύτερη απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας, αλλά και πάλι η συγκέντρωση αυτή είναι μικρότερη από ότι στη στρατόσφαιρα. Έχει παρατηρηθεί ότι την άνοιξη έχουμε τις μέγιστες τιμές όζοντος και κατά συνέπεια θα έχουμε μεγαλύτερη απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ κατά το φθινόπωρο έχουμε τις ελάχιστες τιμές όζοντος, κατά συνέπεια μικρότερη απορρόφηση της υπεριώδους. Η ελάττωση της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε όζον έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας στο έδαφος και αντίστροφα. Συμπερασματικά: Αύξηση του όζοντος συνεπάγεται μείωση της ροής της UV στην επιφάνεια της Γης. Το όζον απορροφά ισχυρότερα τη UV-B και λιγότερο την UV-A. ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ (aerosols) ( Τα αιωρούμενα σωματίδια, σκεδάζουν ή απορροφούν την υπεριώδη και την ορατή ακτινοβολία, και της εξασθενίζουν. Η απορρόφηση και η εξασθένιση εξαρτάται από το είδος των σωματιδίων. Η κατακόρυφη κατανομή της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων παρουσιάζει μέγιστο κοντά στο έδαφος (οι κυριότερες πηγές aerosols είναι ανθρωπογενείς) και ελαττώνεται αυξανόμενου του ύψους. 12

13 Η ικανότητα των αιωρούμενων σωματιδίων να σκεδάζουν την ακτινοβολία αυξάνεται ελαττωμένου του μήκους κύματος, επομένως μεγαλύτερες επιδράσεις παρατηρούνται στα μικρά μήκη κύματος. Εάν η αυξημένη συγκέντρωση τροποσφαιρικού όζοντος συμπίπτει με τις αυξημένες συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων, σε αυτές τις περιοχές ενισχύεται η απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από το όζον σε σχέση με περιοχές με μικρότερες συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων. Έχει παρατηρηθεί ότι τα τροποσφαιρικά αιωρούμενα σωματίδια, μειώνουν σημαντικά τα επίπεδα υπεριώδους ακτινοβολίας σε ρυπασμένες περιοχές. ΝΕΦΗ Τα νέφη, δεν απορροφούν καθόλου την υπεριώδη ακτινοβολία επειδή δημιουργούνται από συμπυκνώσεις υδρατμών της ατμόσφαιρας και το νερό (H 2O) παρουσιάζει ζώνες απορρόφησης μόνο στο υπέρυθρο, την εξασθενίζουν όμως μέσω σκέδασης. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι εντονότερη όταν δεν υπάρχουν νέφη. Η εξασθένιση της ακτινοβολίας από τα νέφη γενικά αυξάνεται με το μήκος κύματος και είναι ισχυρότερη στο υπεριώδες από ότι στο ορατό. Αραιά ή διασκορπισμένα σύννεφα έχουν πολύ μικρή επίπτωση, ενώ τα χαμηλά και μαύρα σύννεφα προκαλούν σημαντική εξασθένιση. Υπό ορισμένες συνθήκες και για πολύ μικρές περιόδους μεμονωμένα και λαμπερά σύννεφα μπορούν να οδηγήσουν σε μικρή αύξηση της ακτινοβολίας Όταν ο ηλιακός δίσκος είναι ορατός τότε η εξασθένιση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τα σύννεφα είναι σχεδόν αμελητέα. 13

14 ΥΨΟΜΕΤΡΟ (altitude ( altitude) Η πυκνότητα ροής της υπεριώδους ακτινοβολίας γίνεται μεγαλύτερη όσο αυξάνεται το ύψος κατακόρυφα από την επιφάνεια της θάλασσας, επειδή η ποσότητα των συστατικών της ατμόσφαιρας που την απορροφούν ή την σκεδάζουν ελαττώνεται με το ύψος. Άρα όσο πιο κοντά στο έδαφος, τόσο μεγαλύτερη η εξασθένιση της υπεριώδους. Μετρήσεις έδειξαν ότι για κάθε 1000 m απόσταση από την επιφάνεια της θάλασσας παρατηρείται αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας κατά 10%. ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ (albedo) ( Ανακλαστικότητα, καλείται το ποσοστό της απορροφούμενης προς τη συνολική εξασθένιση της ακτινοβολίας. Ένα άτομο ή ένα αντικείμενο δέχεται ακτινοβολία απευθείας από τον ήλιο και διάχυτη από τον ουρανό, αλλά και από ανακλάσεις στο έδαφος. Οι επιφανειακές ανακλάσεις επηρεάζουν την υπεριώδη ακτινοβολία τόσο μέσω της άμεσης ανάκλασης προς ένα στόχο, και ενισχύοντας τη διάχυτη κάτω-αναβλύζουσα ακτινοβολία. Η ανακλαστικότητα του εδάφους αυξάνει τη ροή της ακτινοβολίας και αυξάνεται με το μήκος κύματος. Η ανακλώμενη στο έδαφος ακτινοβολία διαδίδεται προς τα πάνω, συναντά ατμοσφαιρικά συστατικά που την απορροφούν ή την σκεδάζουν, ενώ μέρος της σκεδαζόμενης οδηγείται πάλι προς το έδαφος με αποτέλεσμα την αύξηση της ροής της ακτινοβολίας στο έδαφος. Το ποσοστό της ανακλώμενης ακτινοβολίας εξαρτάται από το είδος της επιφάνειας του εδάφους. Ορισμένα είδη όπως είναι τα δέντρα, το γρασίδι, το χώμα και το νερό ανακλούν λιγότερο από το 10% της προσπίπτουσας υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ άλλα είδη όπως είναι το φρέσκο χιόνι και ο πάγος ανακλούν μέχρι και το 90% της προσπίπτουσας υπεριώδους ακτινοβολίας. Έτσι άτομα που βρίσκονται σε χιονισμένες περιοχές ή αμμώδεις παραλίες δέχονται περισσότερη ακτινοβολία. 14

15 ΖΕΝΙΘΙΑ ΓΩΝΙΑ (solar zenith angle) Η ζενίθια γωνία εκφράζει ποσοτικά την κλίση των ηλιακών ακτίνων. Όσο μεγαλώνει η ζενίθια γωνία τόσο αυξάνονται οι πιθανότητες να απορροφηθεί ή να σκεδαστεί η ακτινοβολία με αποτέλεσμα να εξασθενίσει. ζενίθ προσπίπτουσα ακτινοβολία a Οριζόντιο επίπεδο Σε μία ανέφελη ημέρα, η υπεριώδης ακτινοβολία είναι ισχυρότερη κατά τις μεσημεριανές ώρες από ότι κατά τις πρωινές ή απογευματινές. Όσο πιο ψηλά βρίσκεται ο ήλιος στον ουρανό, τόσο πιο έντονη είναι η ακτινοβολία (μικρότερη κλίση των ηλιακών ακτίνων). Για αυτό και το καλοκαίρι έχουμε εντονότερη ακτινοβολία από ότι το χειμώνα. Για μεγάλες τιμές του ολικού όζοντος και της ζενίθιας γωνίας μεγιστοποιείται η εξασθένιση της υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ για μικρές τιμές η εξασθένιση ελαχιστοποιείται. Νόμος Beer-Lambert: εκφράζει την εξασθένιση μίας δέσμης ακτινοβολίας όταν διέρχεται από ένα μέσο που απορροφά την ακτινοβολία. Ε(λ) ) = Ε0(λ) exp[ ) exp[-τ(λ) sec(a)] ) sec(a)] όπου Ε(λ)= προσπίπτουσα δέσμη, Ε 0(λ)= εξερχόμενη δέσμη τ(λ)= οπτικό βάθος, a= ζενίθια γωνία 15

16 Σχήμα 3: Μεταβολή της διαπερατότητας σαν αποτέλεσμα της μεταβολής διαφόρων ατμοσφαιρικών παραμέτρων σαν συνάρτηση του μήκους κύματος. (vi) ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Η υπεριώδης ακτινοβολία υποδιαιρείται στις περιοχές UV-A, UV-B, UV-C βάση των βιολογικών επιπτώσεων που προκαλεί. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης θα αναφερθούμε στα εξής βιολογικά στοιχεία: CIE (ερύθημα που προκαλείται στο ανθρώπινο δέρμα) DNA ( καρκίνος του δέρματος) VITAMINE-D (παραγωγή βιταμίνης D στο ανθρώπινο δέρμα) 16

17 Η υπεριώδης ακτινοβολία τύπου UV-A η οποία χαρακτηρίζεται από μεγάλο μήκος κύματος και χαμηλή ενέργεια, διεισδύει βαθειά στο δέρμα και προκαλεί βλάβες στους ιστούς του κολλαγόνου με αποτέλεσμα τη μείωση της ελαστικότητας του δέρματος και την πρόωρη γήρανση. Η υπεριώδης ακτινοβολία τύπου UV-B η οποία έχει μεγάλο μήκος κύματος και υψηλή ενέργεια, είναι δυνατόν να διεισδύσει μέχρι την επιδερμίδα και να προκαλέσει εγκαύματα και διάφορες μορφές καρκίνου του δέρματος. Ευαισθησία της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας: Διάφορες βιολογικές και χημικές διεργασίες ανταποκρίνονται διαφορετικά σε διάφορα μέρη του φάσματος της υπεριώδους ακτινοβολίας. Οι σχετικές επιδράσεις στα διάφορα μήκη κύματος πρέπει να είναι γνωστές προκειμένου να εκτιμηθεί η συμβολή στις αλλαγές του όζοντος. Στη συνέχεια παρατίθενται ορισμένες σχέσεις οι οποίες μας επιτρέπουν να υπολογίσουμε το ποσό της δραστικής υπεριώδους ακτινοβολίας οι οποία δύναται να προκαλέσει βιολογικές επιπτώσεις. Η δραστική υπεριώδης ακτινοβολία υπολογίζεται από τη σχέση που εκφράζει την ενεργό πυκνότητα ροής: eff = Ε(λ) w(λ) dλ Εeff Όπου: w(λ) = μία γενικευμένη συνάρτηση η οποία μας επιτρέπει να εκφράσουμε το βιολογικό αποτέλεσμα των φωτονίων ανά μήκος κύματος. Ε(λ) = η φασματική πυκνότητα ακτινοβολίας για ένα συγκεκριμένο χρόνο και τόπο. 17

18 Σχήμα 4: Εξάρτησης ηλιακής ακτινοβολίας για ένα μέρος του φάσματος σχετικά με το ερύθημα. Η ικανότητα της ακτινοβολίας να προκαλέσει κάποιο βιολογικό αποτέλεσμα εκφράζεται μέσω της ερυθεματογόνου πυκνότητας ροής και υπολογίζεται από τη σχέση: CIE = Ε(λ) wcie CIE(λ) dλ ΕCIE Η σημαντικότητα των βλαβερών αποτελεσμάτων της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από την ένταση της ακτινοβολίας που δέχεται ένα άτομο αλλά και από το βαθμό ευαισθησίας του ατόμου. Το μέγεθος αυτής της ευαισθησίας καθορίζεται από το ποσό της βιολογικής δόσης το οποίο είναι ικανό να προκαλέσει κάποιο βιολογικό αποτέλεσμα. Η βιολογική δόση (D) υπολογίζεται από τη σχέση: D = Εeff Ε dt eff 18

19 Ελάχιστη δόση: ορίζει την ελάχιστη απαιτούμενη δόση για την εμφάνιση ενός βιολογικού αποτελέσματος. Ελάχιστη ερυθεματογόνος δόση, MED (minimum erythemal dose): ορίζει την ελάχιστη απαιτούμενη δόση (D CIE) για την εμφάνιση ερυθήματος στο δέρμα. Η D CIE διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο κι έτσι προκύπτουν και οι διάφοροι τύποι δέρματος. Δερματολογικές μελέτες που έχουν γίνει έχουν δείξει ότι για τον ίδιο τύπο δέρματος η τιμή της MED μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τη γεωγραφική προέλευση των ατόμων. Στον πιο κάτω πίνακα βλέπουμε ενδεικτικά κάποιες κατηγορίες δέρματος βάση ορισμένων χαρακτηριστικών του ατόμου. Τύπος Μαύρισμα Έγκαυμα Χρώμα Χρώμα ματιών 1 MED δέρματος μαλλιών Ι Ποτέ Πάντα κόκκινα Μπλε 200 J m -2 ΙΙ Κάποτε Κάποτε ξανθά μπλε-πράσινα 250 J m -2 ΙΙΙ Πάντα Σπάνια καστανά Γκρι-καστανά 350 J m -2 IV Πάντα Ποτέ μαύρα Μαύρη 450 J m -2 Πίνακας 2: Καθορισμός τύπου δέρματος για τους κατοίκους της Ευρώπης. Δείκτης υπεριώδους (UV index): είναι ένα μέγεθος το οποίο εκφράζει την επικινδυνότητα της υπεριώδους ακτινοβολίας. UV index = (ECIE CIE/40) [mw m - 2 ] Ο δείκτης υπεριώδους εξαρτάται από το όζον, αφού αυτό εξασθενίζει την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, και τη ζενίθια γωνία του ηλίου γιατί όσο πιο ψηλά είναι ο ήλιος τόσο εντονότερη η ακτινοβολία. 19

20 Όσο ο ήλιος πλησιάζει στον ορίζοντα τόσο μικρότερες τιμές έχει ο δείκτης υπεριώδους και κατά συνέπεια τόσο μικρότερος είναι ο κίνδυνος από την υπεριώδη ακτινοβολία. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης υπεριώδους τόσο ευκολότερα και πιο σύντομα μπορούν να εμφανιστούν τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα της υπεριώδους ακτινοβολίας. Υπό κανονικές συνθήκες, η τιμή του δείκτη υπεριώδους στην Ελλάδα μπορεί να φτάσει μέχρι 10 ή 11, τιμές που εκφράζουν εξαιρετικά δραστική ακτινοβολία. Λόγω της μικρής έκτασης της Ελλάδας δεν αναμένονται δραματικές μεταβολές του δείκτη υπεριώδους από τόπο σε τόπο. Σχέση υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας και ορισμένων βιολογικών στοιχείων: Μικρά ποσά υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί να είναι ωφέλιμα για την υγεία του ανθρώπου, καθώς είναι σημαντικά για τη παραγωγή βιταμίνης D. Αντιθέτως, εκτεταμένη έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να οδηγήσει σε οξείες και χρόνιες βλάβες στο δέρμα, τα μάτια και το ανοσοποιητικό σύστημα. Το μαύρισμα και τα ερυθήματα είναι τα πιο γνωστά άμεσα αποτελέσματα της υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία για μακρά χρονικά διαστήματα προκαλούν εκφυλιστικές αλλαγές στα κύτταρα, στον ινώδη ιστό και τα αγγειακά τοιχώματα με αποτέλεσμα πρόωρη γήρανση του δέρματος και αντιδράσεις στα μάτια. ΒΙΤΑΜΙΝΗ D Πρόκειται για σύμπλεγμα δύο βιταμινών (D2 και D3), δύο λιποδιαλυτών αλκοολών που σχηματίζονται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία επί των στερόλων που υπάρχουν στο δέρμα. Η υπεριώδης ακτινοβολία μετατρέπει τις στερόλες αυτές σε βιταμίνες D3 και D2. Αφού οι δύο βιταμίνες σχηματιστούν, μία αντίδραση, που συμβαίνει στο συκώτι, τις μετατρέπει σε ενώσεις που συμμετέχουν στη μεταβολική απόθεση του ασβεστίου. 20

21 Η βιταμίνη D δεν είναι απαραίτητο να λαμβάνεται με τη τροφή, το ηλιακό φως είναι αρκετό για το σχηματισμό της και τη διοχέτευση της στον οργανισμό. Όμως, σε βόρειες περιοχές το χειμώνα όπου η ηλιοφάνεια είναι ανύπαρκτη,και σε συνθήκες όπως η ατμοσφαιρική ρύπανση των πόλεων και η πολύωρη εργασία σε κλειστούς χώρους, μειώνουν την υπεριώδη ακτινοβολία έτσι ώστε να μη σχηματίζεται αρκετή ποσότητα της βιταμίνης. Κάτω από τις συνθήκες αυτές η βιταμίνη D πρέπει να χορηγείται σαν συμπλήρωμα διατροφής. Η αβιταμίνωση D προκαλεί στα παιδιά ραχίτιδα λόγω διαταραχής μεταβολισμού του ασβεστίου και του φωσφόρου, με αποτέλεσμα τα οστά να γίνονται μαλακά, ευλύγιστα και υφίστανται, λόγω μειωμένης ακαμψίας, χαρακτηριστικές παραμορφώσεις. ΕΡΥΘΗΜΑ (CIE erythema) Το πιο γνωστό άμεσο αποτέλεσμα της έκθεσης σε υπεριώδη ακτινοβολία είναι το ερύθημα (έγκαυμα). Από την υπεριώδη ακτινοβολία, κυρίως η UVΒ ενοχοποιείται για το ηλιακό ερύθημα και έγκαυμα και ονομάζεται ερυθηματογόνος ακτινοβολία. Οφείλεται σε αυξανόμενη περιεκτικότητα αίματος στο δέρμα(διαστολή των αρτηριών). Το ερύθημα παρουσιάζεται 6 ώρες μετά την έκθεση και κορυφώνεται στις 12 ώρες. Η ελάχιστη ερύθηματογόνος δόση που απαιτείται από τη UVΒ είναι πολύ μικρότερη από την UVΑ. Το μέγεθος του ερυθήματος ποικίλει με το φύλο, περίπου 20% περισσότερο στις γυναίκες, με τον τύπο δέρματος/ικανότητα για μαύρισμα, με το χρώμα ματιών και μαλλιών και το μεσοδιάστημα μετά την έκθεση. DNA (καρκίνος του δέρματος) Τα μη μελανοειδή καρκινώματα (επιθηλιώματα) είναι οι πιο συνηθισμένες περιπτώσεις καρκίνου του δέρματος και ονομάζονται έτσι σε αντιδιαστολή με τα μελανώματα. Eμφανίζονται σε περιοχές που είναι εκτεθειμένες στον ήλιο όπως τα αυτιά, το πρόσωπο, το λαιμό και τα μπράτσα. Τα επιθηλιώματα δεν κάνουν μεταστάσεις ούτε είναι τόσο επιθετικά όπως τα μελανώματα. 21

22 Τα μελανοειδή καρκινώματα (κακοήθη μελανώματα) οφείλονται σε μελανοκύτταρα που μεταλλάσσονται σε καρκινικά. Τα μελανώματα μπορούν να εμφανιστούν σε οποιοδήποτε περιοχή του σώματος, αν και είναι πιο συχνά στο κυρίως μέρος του σώματος και στο κεφάλι ή τον αυχένα. Πειράματα έχουν δείξει ότι έκθεση σε UV καθορίζει τη πορεία και την έκβαση των δερματικών καρκίνων. Η UVB ακτινοβολία είναι η κυριότερη μεταλλαξιογόνος ακτινοβολία, προκαλώντας άμεσα βλάβη στο DNA του κυττάρου Πέρα από το ρόλο της UV στην αρχική εμφάνιση του καρκίνου, η έκθεση σε UV μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα του ανοσοποιητικού συστήματος στην αντιμετώπιση του καρκίνου (το ανοσοποιητικό σύστημα είναι το σύστημα άμυνας του οργανισμού απέναντι σε μολύνσεις και στη καρκινογένεση) Response Wavelength (nm) Erythema, CIE, McKinlay & Diffey, Cataract pig lens, Oriowo et al., Previtamin D3, CIE, Bouillon, et al., DNA damage in vitro, Caldwell, Plant damage, Flint & Caldwell, Inhibition of photosynthesis, Banaszak & Neale, Bleaching of DOM, Osburn et al., Vahatalo - photoammonification, Vahatalo & Zepp, Coastal Ocean BLP Prod, Miller et al., Open Ocean CO photoproduction, Ziolkowski & Miller, Mortality of cocepode, Tartarotti, et al., DNA damage in embryos, Lesser et al., Secondary organic aerosol to CO, Mang et al., Secondary organic aerosol to formic acid, Walser et al., Σχήμα 5: Φάσμα δραστικότητας της υπεριώδους ακτινοβολίας που συνδέεται με επιλεγμένες βιολογικές επιδράσεις. x 22

23 ΠΡΑΚΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ : (i) ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Το μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία είναι το: FASTRT UV dose and irradiance simulations. Είναι ένα μοντέλο προσομοιώσεων της υπεριώδους ακτινοβολίας, δόσεων και δεικτών, στην επιφάνεια της Γης σε συγκεκριμένα μήκη κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας. Το μοντέλο αυτό υπολογίζει την προσπίπτουσα προς την γήινη επιφάνεια ακτινοβολία, στη φασματική περιοχή nm, συναρτήσει ορισμένων σημαντικών παραμέτρων της ακτινοβολίας, όπως η ηλιακή ζενίθια γωνία, το όζον, τα νέφη, τα αιωρούμενα σωματίδια, η επιφανειακή ανακλαστικότητα και το υψόμετρο. Η ακτινοβολία εδώ είναι το αντίστοιχο ποσό της ακτινοβολούμενης ενέργειας (mj), που διασχίζει μία οριζόντια επιφάνεια του χώρου (m 2 ) στη μονάδα του χρόνου (s) ανά μονάδα μήκους κύματος (nm). 23

24 (ii) ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ FASTRT UV Τιμές παραμέτρων: Εφαρμόσαμε ορισμένες τιμές στις παραμέτρους του μοντέλου διάδοσης της ακτινοβολίας, μία συγκεκριμένη ανέφελη ημέρα του χρόνου, για συγκεκριμένο γεωγραφικό τόπο, την Ελλάδα. Τα δεδομένα τα οποία εισάγαμε στο μοντέλο ώστε να μας δώσει τα αποτελέσματα ως προς την ακτινοβολία είναι τα εξής: Solar zenith angle Ozone (DU) Aerosols (340 nm) 0,1 0,4 1,0 Altitude (Km) Albedo (%) Πίνακες αποτελεσμάτων: Τα αποτελέσματα που προέκυψαν με τη χρήση του μοντέλου FASTRT, με την εισαγωγή των πιο πάνω στοιχείων, ως προς την προσπίπτουσα προς τη γήινη επιφάνεια ακτινοβολία στη φασματική περιοχή του υπεριώδες ( nm) είναι συγκεντρωμένα για την κάθε ποσότητα που μελετάμε (CIE, V-D, DNA), στους πίνακες αποτελεσμάτων οι οποίοι επισυνάπτονται στο παράρτημα Α της βιβλιογραφίας. 24

25 (iii) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Παίρνοντας τα αποτελέσματα που έδωσε το μοντέλο, δημιουργήσαμε γραφήματα με συνιστώσες την ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας και τους παράγοντες που επηρεάζουν την υπεριώδη ακτινοβολία όπως είναι το υψόμετρο, η ανακλαστικότητα, τα αιωρούμενα σωματίδια, η ζενίθια γωνία και το όζον. Ορισμένα χαρακτηριστικά διαγράμματα παρουσιάζονται στη συνέχεια και μας επιτρέπουν να εξάγουμε συμπεράσματα ως προς την υπεριώδη ακτινοβολία και τις επιπτώσεις της υπό διαφορετικές συνθήκες κάθε φορά, για τις ποσότητες που μελετούμε. Τα διαγράμματα παρουσιάζονται κατά ομάδες ώστε να γίνονται πιο κατανοητά τα αποτελέσματα-συμπεράσματα, και να είναι πιο ευδιάκριτες οι διαφορές που προκύπτουν στις διάφορες συνθήκες. Συγκεκριμένα, σε κάθε κατηγορία διαγραμμάτων βλέπουμε το άμεσο διάγραμμα που προκύπτει από τις τιμές της ακτινοβολίας και του εκάστοτε παράγοντα που μελετάμε, καθώς και τη κανονικοποιημένη μορφή του διαγράμματος που μας επιτρέπει την περαιτέρω εξαγωγή αποτελεσμάτων. 25

26 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 1(α): Για χαμηλές τιμές όζοντος (Ο 3) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με τη ζενίθια γωνία (solar zenith angle (sza)) ως προς τα DNA, V-D, CIE. 26

27 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 1(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα για χαμηλές τιμές όζοντος (300DU) και για συγκεκριμένες τιμές aerosols, altitude, albedo σε κάθε διάγραμμα. 27

28 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 2(α): Για υψηλές τιμές όζοντος (Ο 3) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με τη ζενίθια γωνία (sza) ως προς τα DNA, V-D, CIE. 28

29 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 2(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα για υψηλές τιμές όζοντος (450DU) και για συγκεκριμένες τιμές aerosols, altitude, albedo σε κάθε διάγραμμα. 29

30 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 3(α): Διαγράμματα για διάφορες τιμές όζοντος από DU και σταθερές τις υπόλοιπες παραμέτρους, aerosols = 1.0, altitude = 0 km, albedo = 0.05, ως προς DNA, V-D, CIE. 30

31 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 3(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα για διάφορες τιμές όζοντος, και για σταθερές της υπόλοιπες παραμέτρους: 31

32 Παρατηρήσεις από τα διαγράμματα ακτινοβολίας-ζενίθιας γωνίας νίας: Για χαμηλές τιμές όζοντος (διαγράμματα 1(α),(β)): Για χαμηλές τιμές όζοντος, παρατηρείται μείωση της δραστικής ακτινοβολίας με την αύξηση της ζενίθιας γωνίας, πράγμα αναμενόμενο αφού όσο μεγαλύτερη είναι η ζενίθια γωνία τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα απορρόφησης ή σκέδασης της ακτινοβολίας. Η δραστική ακτινοβολία ως προς τη ζενίθια γωνία είναι μεγαλύτερη για το CIE, ακολούθως για τη V-D και για το DNA, ενώ παρατηρούμε ότι η μείωση της ακτινοβολίας με την αύξηση της ζενίθιας γωνίας είναι εντονότερη ως προς το DNA,μετά ως προς τη V-D και το CIE διότι το DNA επηρεάζεται περισσότερο στα μικρότερα μήκη κύματος (UV-B) σε σχέση με τις δύο άλλες ποσότητες. Για υψηλές τιμές όζοντος (διαγράμματα 2(α),(β)): Για υψηλές τιμές όζοντος, παρατηρείται επίσης μείωση της δραστικής ακτινοβολίας με την αύξηση της ζενίθιας γωνίας αφού όσο μεγαλύτερη είναι η ζενίθια γωνία τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα απορρόφησης ή σκέδασης της ακτινοβολίας. Και σε αυτήν την περίπτωση η ακτινοβολία ως προς την αύξησης της ζενίθιας γωνίας είναι μεγαλύτερη για το CIE, ακολούθως για τη V-D και για το DNA, ενώ παρατηρούμε ότι η μείωση της δραστικής ακτινοβολίας είναι εντονότερη ως προς το DNA και τη V-D (σχεδόν ίδια) και μετά ως προς το CIE, αφού το DNA επηρεάζεται περισσότερο στα μικρά μήκη κύματος. Για διάφορες τιμές όζοντος από DU και σταθερές τις υπόλοιπες παραμέτρους (διαγράμματα 3(α),(β), aerosols = 1.0, altitude = 0 km, albedo = 0.05) Παρατηρούμε ότι καθώς αυξάνει η ζενίθια γωνία η μείωση της ακτινοβολίας είναι εντονότερη για το DNA και αυξανόμενης της συγκέντρωσης του όζοντος, η μείωση της δραστικής ακτινοβολίας ως προς τη V-D τείνει να γίνει ίδια με την μείωση ως προς το DNA και τελικά οι δύο καμπύλες εφάπτονται. Αυτό συμβαίνει επειδή η επίδραση της UV στη V-D αυξάνει στα μικρά μήκη κύματος (UV-B) και η αύξηση του όζοντος έχει ως συνέπεια μεγαλύτερη απορρόφηση της ακτινοβολίας σε αυτό το τμήμα του φάσματος, επομένως η μείωση της δραστικής ακτινοβολίας ως προς τη V-D παρουσιάζεται εντονότερη και πλησιάζει την μείωση ως προς το DNA. 32

33 Γενικές παρατηρήσεις: Η ακτινοβολία μειώνεται με την αύξηση της ζενίθιας γωνίας. Η μείωση της ακτινοβολίας είναι εντονότερη στο DNA, μετά στη V-D και μετά στο CIE. Για υψηλές τιμές όζοντος παρατηρούμε ότι η δραστική ακτινοβολία είναι μικρότερη σε σχέση με τις περιπτώσεις χαμηλού όζοντος και αυτό οφείλεται στο ότι όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση όζοντος, τόσο μεγαλύτερη είναι η απορρόφηση της ακτινοβολίας. Όσο αυξάνεται η τιμή του όζοντος σε συνδυασμό με την αύξηση της ζενίθιας γωνίας μειώνεται η δραστική ακτινοβολία γιατί για μεγάλες συγκεντρώσεις όζοντος και ζενίθιες γωνίες, έχουμε μεγαλύτερη απορρόφηση της UV-B ακτινοβολίας. Όσο αυξάνεται η ζενίθια γωνία η ακτινοβολία απορροφάται ή σκεδάζεται περισσότερο, ενώ παρατηρούμε ότι η μείωση της είναι εντονότερη ως προς το DNA σε σχέση με τις δύο άλλες ποσότητες γιατί το DNA παρουσιάζει μεγαλύτερη ευαισθησία στα μικρά μήκη κύματος ( nm), επομένως όσο πιο μεγάλη είναι η απορρόφηση της δραστικής ακτινοβολίας τόσο εντονότερη θα είναι η μείωση της σχετικά με την επίδραση της στο DNA. 33

34 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 4(α): Για χαμηλές τιμές ζενίθιας γωνίας (sza) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με το όζον (Ο 3) ως προς τα DNA, V-D, CIE. 34

35 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 4(β):Κανονικοποιημένα διαγράμματα για χαμηλές τιμές ζενίθιας γωνίας (30 ) και για συγκεκριμένες τιμές aerosols, altitude, albedo σε κάθε διάγραμμα. 35

36 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 5(α): Για υψηλές τιμές ζενίθιας γωνίας (sza) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με το όζον (Ο 3) ως προς τα DNA, V-D, CIE. 36

37 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 5(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα για υψηλές τιμές ζενίθιας γωνίας (60 ) και για συγκεκριμένες τιμές aerosols, altitude, albedo σε κάθε διάγραμμα. 37

38 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 6(α): Διαγράμματα για διάφορες τιμές ζενίθιας γωνίας, και για σταθερές τις υπόλοιπες παραμέτρους ως προς τα DNA, V-D, CIE. 38

39 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 6(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα για διάφορες τιμές όζοντος, και για σταθερές τις υπόλοιπες παραμέτρους. 39

40 Παρατηρήσεις από τα διαγράμματα ακτινοβολίας-όζοντος: Καθώς αυξάνει η τιμή του όζοντος μειώνεται η δραστική ακτινοβολία αφού το όζον απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία με αποτέλεσμα όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του όζοντος τόσο μεγαλύτερη η εξασθένιση της UV. Ξέρουμε ότι πολύ χαμηλά στην τροπόσφαιρα το όζον μειώνεται με την αύξηση του ύψους και έτσι μέχρι τα 2km που μελετάμε το όζον θα είναι λιγότερο σε σχέση με την επιφάνεια της Γης όπου θα έχουμε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις όζοντος. Επομένως σε ύψος 2 km έχουμε μικρότερη απορρόφηση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας κι έτσι οι τιμές της δραστικής ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερες αφού έχουμε μικρότερη εξασθένιση. Παρατηρούμε ότι για μεγάλες τιμές sza καθώς αυξάνει το όζον η δραστική ακτινοβολία είναι πολύ μικρότερη σε σχέση με τις περιπτώσεις όπου η sza είναι μικρή και αυτό γιατί ο συνδυασμός μεγάλης sza και μεγάλης συγκέντρωσης όζοντος αυξάνει την απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Βλέπουμε ότι η δραστική ακτινοβολία είναι μεγαλύτερη για το CIE, μετά για τη V-D και μικρότερη για το DNA. Αυτό οφείλεται στο ότι το DNA επηρεάζεται περισσότερο στη μικρά μήκη κύματος (UV-B) από τη V-D και το CIE, οπότε μικρότερες τιμές δραστικής ακτινοβολίας είναι δυνατόν να προκαλέσουν σημαντική βλάβη στο DNA ενώ για να επηρεαστεί η V-D και το CIE χρειάζεται περισσότερη ακτινοβολία. Το όζον απορροφά εντονότερα την UV-B ακτινοβολία απ ότι την UV- A η οποία δεν προκαλεί σοβαρές επιπτώσεις, έτσι έχουμε μεγαλύτερη εξασθένιση της δραστικής ακτινοβολίας ως προς το DNA. Γενικές παρατηρήσεις: Αύξηση του όζοντος συνεπάγεται μείωση της ροής της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η μείωση της ακτινοβολίας είναι εντονότερη στο DNA, μετά στη V-D και μετά στο CIE. 40

41 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 7: Για χαμηλές τιμές όζοντος (300DU) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με τα αιωρούμενα σωματίδια (aerosols). 41

42 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 8: Για υψηλές τιμές όζοντος (450DU) βλέπουμε τις εξής μεταβολές στην ακτινοβολία σε σχέση με τα αιωρούμενα σωματίδια (aerosols). 42

43 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 9(α): Διαγράμματα για διαφορετικές τιμές υψομέτρου και ανακλαστικότητας, και σταθερές τις υπόλοιπες παραμέτρους σε κάθε περίπτωση ξεχωριστά, συναρτήσει των aerosols. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 9(β): Κανονικοποιημένα διαγράμματα: 43

44 Παρατηρήσεις από τα διαγράμματα ακτινοβολίας-αιωρούμενων αιωρούμενων σωματιδίων: Η UV ακτινοβολία μειώνεται καθώς αυξάνει η συγκέντρωση των aerosols από το 0,1 μέχρι το 1,0 γιατί όσο μεγαλύτερη η συγκέντρωση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα σκέδασης ή απορρόφησης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας, με αποτέλεσμα την εξασθένιση της. Για μικρές τιμές όζοντος και μικρές sza η εξασθένιση της ακτινοβολίας είναι μικρότερη, ενώ αυξανόμενης της sza και του όζοντος καθώς αυξάνει η συγκέντρωση των aerosols μεγαλώνει η εξασθένιση της δραστικής ακτινοβολίας λόγω μεγαλύτερης απορρόφησης ή σκέδασης της από τις παραμέτρους που υπεισέρχονται στην πορεία της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας προς τη γήινη επιφάνεια. Σε σχέση με το υψόμετρο, επειδή οι κυριότερες πηγές αιωρούμενων σωματιδίων είναι ανθρωπογενείς, οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις σωματιδίων παρατηρούνται χαμηλά προς την γήινη επιφάνεια γι αυτό κοντά στην επιφάνεια της Γης υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα απορρόφησης ή σκέδαση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τα σωματίδια. Επίσης, παρατηρούμε ότι η δραστική ακτινοβολία ως προς το DNA είναι μικρότερη σε σχέση με τη V-D και το CIE στα οποία η δραστική ακτινοβολία παρατηρείται να είναι μεγαλύτερη. Αυτό οφείλεται στο ότι το DNA επηρεάζεται περισσότερο στα μικρά μήκη κύματος από ότι οι δύο άλλες ποσότητες που μελετάμε, οπότε για μικρότερες τιμές ακτινοβολίας παρατηρούνται μεγαλύτερες επιπτώσεις στο DNA, ενώ η V-D και το CIE 44

45 χρειάζονται μεγαλύτερη δραστική ακτινοβολία ώστε να έχουμε παραγωγή βιταμίνης D και ερυθήματος στο δέρμα. Υπό τις συνθήκες που αναφέραμε πιο πάνω παρατηρούμε μεγάλη απορρόφηση της δραστικής ακτινοβολίας καθώς αυξάνει η συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων με αποτέλεσμα η μεταβολή της εξασθένισης της να είναι ελαφρώς μεγαλύτερη για το DNA και τη V-D και με μικρότερη απόκλιση για το CIE. Συνοπτικά από τις παρατηρήσεις: Αύξηση της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων συνεπάγεται μείωση της ροής της υπεριώδους ακτινοβολίας. Αυξημένη συγκέντρωση όζοντος και αιωρούμενων σωματιδίων συνεπάγεται μεγαλύτερη εξασθένιση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Όσο πιο χαμηλό το υψόμετρο, τόσο μεγαλύτερη η εξασθένιση της υπεριώδους ακτινοβολίας γιατί τόσο μεγαλύτερη η συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων. Η δραστική ακτινοβολία είναι μεγαλύτερη ως προς το CIE, ακολούθως ως προς τη V-D και τέλος ως προς το DNA. 45

46 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 10(α): Διαγράμματα που προκύπτουν από το αποτέλεσμα της συνδυασμένης μεταβολής της στήλης του όζοντος με τη ζενίθια γωνία ως προς τη φασματική ροή ακτινοβολίας, για μικρές τιμές ζενίθιας γωνίας (30º): 46

47 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 10(β): Για μεγαλύτερη ζενίθια γωνία (60º), προκύπτουν τα πιο κάτω διαγράμματα από τη συνδυασμένη μεταβολή της στήλης του όζοντος με τη ζενίθια γωνία. 47

48 Παρατηρήσεις από τα διαγράμματα ακτινοβολίας-[ozone ozone*sec sec(a)]: Γενικότερα, από τα διαγράμματα παρατηρούμε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η sza τόσο μεγαλώνουν οι τιμές του συνδυασμού των δύο παραμέτρων καθώς αυξάνουν οι συγκεντρώσεις όζοντος. Για μικρές τιμές sza και αύξηση του όζοντος: Παρατηρούμε ότι όσο αυξάνει η συγκέντρωση των aerosols για σταθερό-χαμηλό altitude και albedo, μειώνεται η δραστική ακτινοβολία γιατί όσο μεγαλύτερη η ποσότητα των aerosols τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα σκέδασης ή απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας. Για σταθερό-υψηλό altitude και albedo παρατηρούνται μεγαλύτερες τιμές δραστικής ακτινοβολίας, ενώ η συμπεριφορά ως προς τις τρεις ποσότητες που μελετούμε είναι αντίστοιχη με όσα αναφέραμε πιο πάνω. Επίσης, για μικρές τιμές όζοντος το CIE και η V-D έχουν σχεδόν την ίδια τιμή ενώ το DNA αρκετά μικρότερη, και όσο αυξάνει η συγκέντρωση του όζοντος η V-D παρουσιάζει χαμηλότερες τιμές από τη CIE. Αυτό συμβαίνει επειδή το CIE επηρεάζεται από όλο το φάσμα της υπεριώδους ακτινοβολίας (περισσότερο από το UV-B) ενώ η V-D κυρίως από το UV-B τμήμα της, επομένως όσο αυξάνεται το όζον τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα απορρόφησης της UV-B ( nm) έτσι η δραστική ακτινοβολία ως προς τη V-D μειώνεται περισσότερο. Η μεταβολή της εξασθένισης και των τριών ποσοτήτων είναι σταθερή αυξανόμενης της συγκέντρωσης των aerosols με εντονότερη τη μεταβολή ως προς το DNA, ακολούθως ως προς τη V-D και λιγότερο ως προς το CIE. Για μεγάλες sza και αύξηση του όζοντος: Παρατηρούμε ότι όσο αυξάνει η συγκέντρωση των aerosols για σταθερό-χαμηλό altitude και albedo, μειώνεται και πάλι η δραστική ακτινοβολία αφού ισχύει ότι όσο μεγαλύτερη η ποσότητα των aerosols τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα σκέδασης ή απορρόφησης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Για σταθερό-υψηλό altitude και albedo παρατηρούνται επίσης μεγαλύτερες τιμές δραστικής ακτινοβολίας, ενώ η συμπεριφορά ως προς τις τρεις ποσότητες που μελετούμε είναι αντίστοιχη με όσα αναφέραμε πιο πάνω. 48

49 Επίσης παρατηρούμε ότι μεγαλύτερες τιμές δραστική ακτινοβολίας παρουσιάζονται στο CIE, στη συνέχεια στη V-D και τέλος στο DNA. Ακόμη όσο αυξάνει η συγκέντρωση του όζοντος τόσο περισσότερο οι τιμές για τη V-D πλησιάζουν αυτές για το DNA, ενώ απομακρύνονται από το CIE. Η μεταβολή της εξασθένισης και των τριών ποσοτήτων είναι σταθερή αυξανόμενης της συγκέντρωσης των aerosols με εντονότερη τη μεταβολή ως προς τη V-D και DNA, και λιγότερο ως προς το CIE. Η μεταβολή της εξασθένισης των V-D και DNA είναι ίδια αυξανομένου του όζοντος, όμως για μεγάλες τιμές όζοντος η μεταβολή της V-D γίνεται ελαφρώς όλο και μεγαλύτερη από του DNA. 49

50 Τέλος, θεωρώ χρήσιμο να παραθέσω κάποια διαγράμματα τα οποία δίνουν την δυνατότητα να παρατηρήσουμε πιο συγκεντρωτικά πώς μεταβάλλεται η ροή της ακτινοβολίας για κάθε ποσότητα που μελετούμε ξεχωριστά (CIE, DNA,V-D), ως προς τις παραμέτρους που επηρεάζουν τη ροή της ακτινοβολίας: Για το CIE: 50

51 Για το DNA: 51

52 Για τη βιταμίνη-d: 52

53 Παρατηρήσεις από τα διαγράμματα : Όπως έχω αναφέρει και πιο πάνω, τα συγκεκριμένα διαγράμματα μας δίνουν την δυνατότητα να παρατηρήσουμε πιο συγκεντρωτικά πώς μεταβάλλεται η ροή της ακτινοβολίας για κάθε ποσότητα που μελετούμε ξεχωριστά (CIE, DNA,V-D), ως προς τις παραμέτρους που επηρεάζουν τη ροή της ακτινοβολίας στη γήινη επιφάνεια. Μπορούμε να δούμε τη μεταβολή της ροής της ακτινοβολίας για την κάθε ποσότητα, συναρτήσει της στήλης του όζοντος, για όλες τις δυνατές τιμές sza και για συγκεκριμένες τιμές aerosols, altitude, albedo, σε κάθε διάγραμμα. Σε όλες τις περιπτώσεις και για τις τρεις ποσότητες παρατηρούμε ότι όσο πιο μικρή η sza, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροή της ακτινοβολίας για την κάθε ποσότητα και όσο μικρότερη η sza τόσο μεγαλύτερη η μεταβολή της εξασθένισης. Βλέπουμε και πάλι ότι για χαμηλό altitude και albedo η ακτινοβολία είναι μικρότερη από ότι για υψηλό altitude και albedo. Επίσης, καθώς αυξάνει η συγκέντρωση των aerosols και για τις δύο αυτές περιπτώσεις, μειώνεται η ακτινοβολία. Από την παρατήρηση όλων των διαγραμμάτων προκύπτει ότι υπό τις ίδιες συνθήκες και για τις τρεις ποσότητες (CIE, DNA,V-D), η δραστική ακτινοβολία είναι μεγαλύτερη για το CIE και τη V-D, ενώ είναι μικρότερη για το DNA, πράγμα αναμενόμενο αφού η επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη στο DNA και λιγότερο στις άλλες δύο ποσότητες, οπότε μικρότερα ποσά δραστικής ακτινοβολίας είναι ικανά να προκαλέσουν μεγάλη επίδραση στο DNA. Επίσης οι παράμετροι που υπεισέρχονται στη μελέτη μας, απορροφούν ή σκεδάζουν σημαντικά το UV-B τμήμα του φάσματος τις υπεριώδους ακτινοβολίας που φτάνει στη γήινη επιφάνεια, το οποίο επηρεάζει περισσότερο το DNA και λιγότερο τη V-D και το CIE. Επομένως η απορρόφηση ή σκέδαση της UV-B έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη εξασθένιση της δραστικής ακτινοβολίας ως προς το DNA, τη V-D και το CIE, κατά σειρά. 53

54 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η μελέτη της διακύμανσης διαφόρων βιολογικών δόσεων της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση ενός μοντέλου διάδοσης ακτινοβολίας για την Ελλάδα. Από την μελέτη που προηγήθηκε ( θεωρητικό μέρος) επισημαίνουμε την εξάρτηση των τριών βιολογικών δόσεων που μελετήσαμε, από το μήκος κύματος. Το DNA επηρεάζεται μόνο στα μικρά μήκη κύματος. Παρουσιάζει μεγάλη μεταβολή στο UV- B ( nm) τμήμα του φάσματος της υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ δεν επηρεάζεται σχεδόν καθόλου από το υπόλοιπο φάσμα της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η βιταμίνη D επηρεάζεται επίσης περισσότερο στα μικρά μήκη κύματος. Η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας στη V-D αυξάνει στο UV-B ( nm) τμήμα του φάσματος της, ενώ πέρα από αυτό η επίδραση της μειώνεται απότομα. Το ερύθημα CIE επηρεάζεται από όλο σχεδόν το φάσμα της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η επίδραση της ακτινοβολίας στο CIE είναι μεγάλη στο UV-B τμήμα του φάσματος της, ενώ στο υπόλοιπο τμήμα του φάσματος τις υπεριώδους ακτινοβολίας η επίδραση της στο CIE μειώνεται σταδιακά. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, μας οδήγησε στο να εξάγουμε ορισμένα συμπεράσματα σχετικά με την διακύμανση της UV ακτινοβολίας ως προς τις τρεις ποσότητες που μελετήσαμε, οι οποίες είναι το CIE που αντιστοιχεί σε ερύθημα που προκαλείται στο ανθρώπινο δέρμα, η βιταμίνη-d που παράγεται στο δέρμα και το DNA που αντιστοιχεί σε καρκίνο του δέρματος. Οι παράμετροι που λήφθηκαν υπόψη (όζον, ζενίθια γωνία, αιωρούμενα σωματίδια, ανακλαστικότητα, υψόμετρο), αυξάνουν την πιθανότητα απορρόφησης ή σκέδασης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Όσο μεγαλύτερες οι τιμές όζοντος, αιωρούμενων σωματιδίων, ζενίθιας γωνίας, ανακλαστικότητας και υψομέτρου τόσο μεγαλύτερη η μείωση της δραστικής ακτινοβολίας. 54

55 Η δραστική ακτινοβολία ως προς τις βιολογικές δόσεις που μελετήσαμε παρατηρείται μεγαλύτερη για το CIE, ακολούθως για τη V-D και τέλος για το DNA. Επίσης, η μείωση της δραστικής ακτινοβολίας, από τους παράγοντες που την σκεδάζουν ή την απορροφούν, είναι εντονότερη ως προς το DNA, λιγότερο έντονη ως προς τη V-D και πιο λίγο ως προς το CIE. Αυτό οφείλεται στο ότι το DNA είναι πιο ευαίσθητο στα μικρά μήκη κύματος (UV-B) συγκριτικά με τη V-D και το CIE. Επομένως, για μικρές τιμές δραστικής ακτινοβολίας παρατηρείται μεγάλη επίδραση στο DNA, ενώ η V-D και το CIE αντίστοιχα, χρειάζονται μεγαλύτερη ακτινοβολία ώστε να επηρεαστούν σημαντικά. Το τμήμα του φάσματος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας UV-B ( nm), μέρος του οποίου είναι δυνατόν να φτάσει στη γήινη επιφάνεια, εφόσον απορροφάται έντονα από τους παράγοντες της ατμόσφαιρας (όζον, ζενίθια γωνία, αιωρούμενα σωματίδια, ανακλαστικότητα, υψόμετρο) τότε για το DNA που επηρεάζεται περισσότερο σε αυτά τα μήκη κύματος (UV-B) παρά στα μεγαλύτερα μήκη κύματος (UV-A) που φτάνουν στην επιφάνεια της Γης, παρατηρείται εντονότερη ελάττωση της δραστικής ακτινοβολίας. 55

56 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: Α: 1. (i) Fast simulations of downward UV doses, indices and irradiances at the Earth's surface: (ii) FastRT - Fast and easy UV simulation tool: (iii) Action Spectra: (iv) The Biological Effectiveness of UV Radiation: 2. Αλκιβιάδης Φ. Μπάης, «Φυσική της ατμόσφαιρας, Μέρος Ι», Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Τμήμα Φυσικής, Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας. 3. S. Madronich (USA), R. L. McKenzie (New Zealand), M. M Caldwell (USA), L. O. Bjorn (Sweden). «UNEP Environmental Effects of Ozone Depletion: 1994 Assessment», Chapter 1: Changes in ultra violet radiation reaching the earth s surface. 4. Kazantzidis et al P&P 2009, Photochemistry and Photobiology, Variability of cloud-free ultraviolet dose rates on global scale due to modeled scenarios of future ozone recovery. 5. Richard L. McKenzie*1, J. Ben Liley1 and Lars Olof Bjo rn2 National Institute of Water & Atmospheric Research (NIWA), Lauder, Central Otago, New Zealand University of Lund, Lund, Sweden: UV Radiation: Balancing Risks and Benefits. 6. Richard L. McKenzie, Lars Olof Bjorn, Alkiviadis Bais and Mohammand Ilyasd, Changes in biologically active ultraviolet radiation reaching the Earth surface, Relationship between UVB and erythemally weighted radiation World Health Organization, Annales Geophysicae, ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: Πίνακες τιμών. 56