Фізико-біологічна характеристика інсоляції і її роль у житті людей

Сонячні промені, подолавши атмосферу, приходять до земної поверхні й за довжиною хвиль знаходяться в межах від 289 нм до 360 мкм, а довгохвильове > 360 мкм випромінювання майже повністю поглинається атмосферою і не доходить до земної поверхні. Цей спектр включає ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання. Кожна складова сонячного спектра має свої властивості і по-різному впливає на життєві процеси на Землі. Так, тепловий баланс Землі зберігається головним чином за рахунок енергії інфрачервоного випромінювання, на долю якого у сонячному спектрі припадає близько 50% загальної енергії, оскільки весь сонячний спектр більше ніж на половину складається з інфрачервоних променів із довжиною хвиль від 750 нм до 1 мм, а ще 50% від загальної кількості енергії припадає на видиме світло в діапазоні випромінювань від 400 до 780 нм.

З усієї кількості енергії, яка надходить від Сонця, 14% витрачається на нагрівання атмосфери [12,45,52], близько 42% відбивається у космічний простір. Решта за різних умов [12,51] надходить до земної поверхні. Без цього, як уже доведено, не відбувалися б життєві процеси, не було б живої природи на Землі. Теплова сонячна постійна показує кількість променевої енергії, яка падає на поверхню, перпендикулярну напрямку променів протягом 1 хв., при відстані цієї поверхні від Сонця, що дорівнює одній астрономічній одиниці. Чисельно значення теплової сонячної постійної за європейською шкалою приймається рівним 7,831 дж/см²×хв.

У посібнику для проектування [64] наведені дані про сумарну сонячну радіацію, яка надходить на вертикальні та на горизонтальні поверхні різної орієнтації в різний час дня при безхмарному небі, а в іншій таблиці при дійсних умовах захмареності неба на вертикальні поверхні в ккал/м²×год. Так, у Києві відповідно до цього посібника [64] (табл. 3) найвища сумарна сонячна радіація при дійсних умовах захмареності неба надходить у березні з 8 до 9 годин дня на фасади східної орієнтації й дорівнює 651 ккал/м²×год.

Дещо менша, але також висока сумарна радіація зафіксована при західній орієнтації поверхні в травні з 16 до 17 години і дорівнює 638 ккал/м²×год.

Столиця республіки Молдова Кишинів знаходиться, як відомо, південніше Києва, а от сумарна сонячна радіація в ньому зафіксована також при східній орієнтації вертикальної поверхні [64] до 8 годин ранку в серпні, вона дорівнює 533 ккал/м²×год., що на 118 ккал менше, ніж у Києві. Високий показник сумарної радіації в Кишиневі спостерігається при західній орієнтації поверхні і теж у серпні з 15 до 16 години й дорівнює 508 ккал/м²×год.

Цікаво, що у Москві спостерігається близька до цього сумарна радіація при східній орієнтації поверхні у липні [64] до 8 години ранку, вона дорівнює 507 ккал/м²×год. За цим показником слідує сумарна радіація на поверхнях південної орієнтації в березні з 13 до 14 години (474 ккал/м²×год.) і аж тоді вже на поверхнях західної орієнтації у квітні з 15 до 16 години і в липні з 16 до 17 години, яка дорівнює 466 ккал/м²×год.

Наведені дані свідчать про те, що Сонце є величезним джерелом тепла на планеті Земля, без якого неможливе багатоманітне біологічне життя, зокрема життя людини.

Обчислення показують [12], що за рік Земля одержує разом з інфрачервоним випромінюванням Сонця 6,7×10²⁰ кал. тепла.

Із 44% загальної кількості сонячної променевої енергії, яка потрапляє в атмосферу, гідро- і літосферу Землі, майже половина (близько 20%) витрачається [12] на теплообмін випромінюванням, 18% на випромінювання вологи і 6% на конвективний нагрів повітря, тобто в буквальному розумінні на вітер. У середньому за рік зі всієї поверхні земної кулі випаровується Сонцем 520 тис. км³ води. Стільки ж назбирується приблизно й опадів на Землю. Тільки це відбувається нерівномірно і неводночас по поверхні її території. Із 42% сонячного тепла, що відбивається Землею у космічний простір, 38% припадає на частку атмосфери і лише 4% на саму поверхню Землі. У стані незупинного променевого теплообміну з навколишнім середовищем знаходиться кожний живий організм, у тому числі й організм людини. Це значить, що стан організму людини значною мірою залежить від температури середовища, від балансу температур у ньому, враховуючи, що максимум випромінювання тіла людини відбувається на хвилі 930 мкм.

Не менш важливу роль у житті людини й всього живого відіграє видиме світло. Воно, як і всі інші промені сонячного спектра, буває у вигляді прямих та дифузних променів. Безбарвне видиме світло охоплює сонячний спектр від ультрафіолетових до інфрачервоних променів у такій послідовності: фіолетові, сині, зелені, жовті, жовтогарячі і червоні промені.

Око людини пристосувалось до сприймання дифузного й відбитого видимого світла, а з боку інфрачервоних [12] променів – зробило собі засторогу, щоб воно не могло сприймати власного інфрачервоного випромінювання. Інтенсивне інфрачервоне випромінювання власного тіла людини відбувається на хвилях 930 мкм, і без такої застороги воно б загравою світилося в оці, засліплюючи його.

Видиме світло відіграє величезну [20,22,24,27] роль в житті людини у функціональному, психологічному та інформаційному відношенні. Завдячуючи видимому світлу, через органи зору [12] людина орієнтується в навколишньому середовищі, може безпечно пересуватися, виконувати роботу і функціонувати як цілісний досконалий витвір живої природи – homo-sapiens (людина розумна). На відміну від більшості тварин, вона здатна бачити навколишній світ у „кольорі”.

Під впливом природного світла знаходяться такі функції організму, як дихання [4,41,72], кровообіг, робота ендокринної і ферментної системи, які радикально змінюють інтенсивність життєвих процесів. Ці морфофункціональні процеси великою мірою залежать також від психологічної дії видимого світла, а найшвидше від усього спектра природного освітлення на весь організм й особливо на вітаміноутворюючу функцію організму.

Вивчення хімічних процесів, які відбуваються в організмі людини під дією світла, показало, що він чутливо реагує на зміни освітленості в навколишньому середовищі. Чим нижча освітленість, тим більше знижується життєдіяльність організму, рівень працездатності. Під дією яскравого світла,навпаки, підвищується тонус організму, поліпшується самопочуття. Таким же чином реагує наш організм на зменшення тривалості дня восени і подовження навесні.

Тривале світлове голодування приводить до функціональних порушень нервової системи. Несприятливі умови освітлення не тільки знижують працездатність, але й викликають професійну короткозорість.

Видиме світло сонячного випромінювання не тільки джерело природного освітлення приміщень і довколишнього середовища, воно також є джерелом енергії для рослин [12], у листі яких відбуваються реакції фотосинтезу. Процес фотосинтезу починається з [12] поглинання світла хлорофілом. Причому хлорофіл поглинають не всі видимі оком промені, а переважно червоні й сині. Максимуми поглинання [12] світла для хлорофілу “а” лежать в області 400–440 та 600–630 нм; для хлорофілу “б” – в області 440–470 та 620–650 нм. Зелені промені хлорофіли поглинають слабо, але добре їх відбивають і розсіюють. Ось чому всі рослини, які вміщують хлорофіли в структурі листя, мають зелений колір.

Зелений колір є характерним та звичним для природного середовища, а тому і нейтральним у психоморфофункціональному відношенні. З цих причин цей колір заспокійливо діє на живі організми.

Не до кінця пізнану роль для життєвих процесів на Землі відіграють ультрафіолетові промені Сонця. Їм, з одного боку, слід завдячувати у виникненні життя на Землі. Вони стимулюють оновлення і подальший розвиток усього живого.

Узагалі ультрафіолетові промені відіграють велику роль у житті людей. Вони здатні руйнувати складні органічні сполуки й убивати живі клітини, у великих дозах можуть викликати опік очей із болем та сльозами. Ось чому в нормальному оці ультрафіолетові промені коротші від 400 нм, не досягають сітчатки. Це забезпечує кришталик ока, який відіграє у цьому випадку роль охоронного світлофільтра, поглинаючи промені, коротші ніж 400 нм.

Оздоровчу дію сонячної радіації і перш за все її ультрафіолетової складової частини можна вбачати у зниженні рівня захворюваності на рахіт, ревматизм, туберкульоз, бронхіальну астму, сипний тиф, трахому, дизентерію, холеру, чорну віспу, які зараз або зовсім зникли або знизився їх рівень, і він уже не носить епідемічний характер, бо, завдяки поліпшенню умов життя й забезпеченню санітарно-гігієнічної профілактики сонячним опроміненням у навколишньому і житловому середовищі, цей рівень радикально знизився.

Відома також здатність ультрафіолетового випромінювання підвищувати захисні властивості [12,20,22,24,72,84] організму, стимулюючи обмінні процеси. Сонячні ультрафіолетові промені невеликої смуги спектра від 290 до 400, навіть до 410 нм, тобто включаючи частково деяку смугу видимого спектра, потрапляючи на шкіру людини, викликають більш інтенсивний приплив до неї крові. З часом шкіра рожевіє, гарячіє – з’являється калорична еритема. Майже зразу після припинення опромінення це порожевіння зникає, якщо звичайно не зловживати в цьому процесі “загоряння”, та через якихось 2-7 години знову шкіра порожевіє з наступною пігментацією і деяким оновленням епідермісу. Відбулось, кажуть, загоряння! Цей новий процес запалення шкіри називається ультрафіолетовою еритемою, і відбувається він в асептичному, безмікробному стані.

Для захисту від ультрафіолетових променів в організмі людини відбуваються складні процеси: епідерміс шкіри потовщується, грубішає, й чим далі, тим важче стає проникнути в організм не тільки ультрафіолетовим, а разом із ними й іншим променям Сонця. Ця захисна реакція організму виявляється придатною і для захисту від мікробів.

Із появою ультрафіолетової еритеми в організмі людини виробляється вітамін Д, який усмоктується в кров. Він сприяє засвоєнню організмом кальцію, що входить до складу кісток, бере участь у звертанні крові, ущільнює клітинні й тканинні мембрани, регулює активність різних ферментів тощо.

При світловому голодуванні, за яким убачають як загальну недостатність природного світла, так і його ультрафіолетової компоненти, у людей [12,22,52] уражуються кістки, з’являється рахіт у дітей, у дорослих воно позначається на стані зубів, кісток, на закальцинованості виразок у легенях. Людина стає схильною до простуди.

Люди, що довгий час живуть без сонячного світла, швидко втомлюються, стають легкоподразливими, виникає безсоння й інші розлади функції нервової системи. Навпаки, при наявності природного світла, здатного забезпечити ультрафіолетову еритему, відбувається підвищення роботи кровотвірних органів, підвищується дихання клітин і організму в цілому, активізується обмін речовин.

Гігієнічна роль інсоляції та її бактерицидні властивості проявляються також у тому, що під її дією гинуть хвороботвірні бактерії і мікроби, такі, як туберкульозні палички, холерні вібріони, стафілококи, стрептококи, віруси грипу тощо. Під її дією, так би мовити, гинуть вегетативні форми бактерій. При цьому бактерицидність ультрафіолетових випромінювань сонячного спектра, його короткохвильової частини у 2000 раз вища, ніж середньохвильової частини видимого спектра. Тобто найактивнішими є короткохвильові промені, менш активні – середньохвильові, ще менш активні – довгохвильові промені ультрафіолетової радіації.

Слід сказати, що звичайне будівельне скло майже не прозоре для ультрафіолетової частини випромінювання [3,4,14,52,79], бо воно на 75-85% затримує ультрафіолетову (УФ) радіацію, а короткохвильову її частину майже на 90-96%. Але, як показали наші [70] дослідження з В.В. Личко у Полтаві та інших [14,52,82] у Москві; Харкові, при подвійних рамах навіть незначна доза цього випромінювання залишається дієвим фактором, від якого гинуть бактерії в приміщенні в зоні інсоляції. Найефективніша ця дія на підвіконні, а з віддаленням від вікна ефективність падає.

Разом із цим, за даними Г.Е. Ландсберга [45], над промисловими центрами Західної Європи, США, Японії річні втрати сонячної радіації досягають 18-38%. За спектром випромінювання ці втрати розподіляються нерівномірно і взимку в багатьох промислових містах, за його твердженнями [45], випромінювання менше ніж 400 нм – повністю поглинається забрудненнями атмосфери.

Особлива роль у розвитку вчення про вплив Сонця і космічних променів на біосферу Землі належить А.Л. Чижевському та В.І. Вернадському [72], які поклали кінець геоцентричним ідеям в біології. А.Л. Чижевському належить також ідея про біологічний вплив аероіонів на організм людини. Іони з позитивним зарядом несприятливо діють на живі організми, а інколи їх дія може приводити й до загибелі. Під дією ультрафіолетового випромінювання відбувається [12] іонізація повітря і позитивні іони перетворюються на активні негативні іони. Негативно заряджені іони повітря, або аніони, навпаки, надзвичайно необхідні для життєдіяльності живих організмів. Вони стимулюють засвоєння кисню повітря в легенях людини, де відбувається іонний обмін у повітрі, й це забезпечує окислювальні процеси в організмі.

Слід сказати, що земна атмосфера наповнена лише благодатною дією ультрафіолетової радіації та захищена озоновою оболонкою [52] Землі від жорсткого УФ-випромінювання (УФ в діапазоні від 100 до 280 нм) і нижче від рентгенівського. Озонова оболонка Землі не пропускає промені коротше ніж 280 нм, які є згубними для всього живого, в тому числі й для людини. Водночас в кінці ХХ сторіччя постало питання про озонові діри в атмосфері й виживання людства. Причини їх виникнення, зростання і запливання над полярними зонами планети знаходяться в стадії дискусійних з’ясувань. Та людство не може бути спокійним, допоки не матиме гарантійних заходів безпеки.

Скоріше за все їх виникнення та зростання є наслідком неосмисленої людської життєдіяльності з виділенням величезної енергії із запасів Землі у зовнішнє середовище.