Advanced UV for Life
Natürliche UV-Strahlung
Sie ist unsichtbar, geräuschlos – und doch allgegenwärtig: die ultraviolette Strahlung der Sonne, kurz UV-Strahlung. Als energiereichster Teil der optischen Strahlung umfasst sie Wellenlängen zwischen 100* und 400* Nanometern (nm) und spielt eine entscheidende Rolle für Umwelt und Gesundheit. Obwohl wir sie weder sehen noch spüren können, beeinflusst sie unser Leben täglich – vom Sonnenbad bis zum Hautkrebsrisiko.
* 100 nm findet sich oft als Bezeichnung für den unteren Bereich der natürlichen UV-Strahlung. Hingegen ist im technischen Kontext oft die Angabe 10 nm zu finden. Im oberen Bereich exisitiert keine strikte Grenze zwischen „ultravioletter“ und „sichtbarer“ Strahlung. 400 nm ist eine übliche Angabe und international akzeptierte Definition für die obere Grenze der UV-Strahlung.
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Kurzwellig, Energiereich
Natürliche Ultraviolett-Strahlung
Im elektromagnetischen Spektrum liegt die UV-Strahlung zwischen dem sichtbaren Licht (ca. 400–750 nm) und der ionisierenden Röntgenstrahlung (X-Ray, <10 nm). Damit grenzt sie direkt an das für uns sichtbare Licht an. Im Vergleich zu sichtbarem Licht ist UV-Strahlung kurzwellig und energiereicher, was ihre biologischen Wirkungen – positiv wie negativ – erklärt.
Natürliche UV-Strahlung wird in drei Hauptbereiche unterteilt:
UV-A-Strahlung (400–315 nm): Der langwelligste und energieärmste UV-Anteil, der nahezu ungehindert die Erdoberfläche erreicht. Er dringt tief in die Haut ein und trägt zur Hautalterung bei.
UV-B-Strahlung (315–280 nm): Energierreicher als UV-A, größtenteils von der Ozonschicht gefiltert, aber bis zu 10 % erreichen die Erdoberfläche. Sie ist verantwortlich für Sonnenbrand und spielt eine Rolle bei der Vitamin-D-Synthese.
UV-C-Strahlung (280–100 nm): Die energiereichste Form der UV-Strahlung, die fast vollständig von der Erdatmosphäre absorbiert wird.
Eine weitere Differenzierung der UV-Bereiche ist im technischen Kontext und insbesondere bei künstlicher UV-Strahlung üblich (siehe weiter unten).
Wie stark wir der natürlichen UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt sind, hängt von mehreren Faktoren ab: geografische Lage, Tages- und Jahreszeit, Höhenlage sowie Bewölkung spielen eine zentrale Rolle. So nimmt die UV-Intensität in Gebirgsregionen mit jedem Höhenkilometer um rund zehn Prozent zu. Auch reflektierende Oberflächen wie Wasser, Sand oder Schnee können die Strahlung zusätzlich verstärken – und so aus einem scheinbar harmlosen Spaziergang eine gesundheitliche Belastung machen.
Trotz ihrer wichtigen Bedeutung birgt UV-Strahlung Risiken. Sie kann die Haut schädigen, zu frühzeitiger Alterung führen und das Risiko für Hautkrebs erhöhen. Auch die Augen sind empfindlich – bis hin zur Gefahr bleibender Schäden. Aus diesem Grund wird die UV-Intensität weltweit überwacht und regelmäßig im sogenannten UV-Index veröffentlicht.
Der Schutz vor übermäßiger UV-Strahlung liegt dabei auch in unserer Verantwortung: Sonnencreme, Schutzkleidung, Kopfbedeckungen und der bewusste Umgang mit Sonne und Schatten sind einfache, aber effektive Maßnahmen. So wird aus der unsichtbaren Strahlung kein unsichtbares Risiko – sondern eine Kraft, die wir verstehen und sicher nutzen können.
(Un)Sichtbarkeit
Ultraviolette Strahlung
Ultraviolette Strahlung ist für den Menschen unsichtbar. Sie wird korrekterweise nicht mehr als „Licht“ sondern nur „Strahlung“ bezeichnet. Die Linse des menschlichen Auges – und auch künstliche Linsen, wie sie bei Operationen eingesetzt werden – blockieren den Großteil der Strahlung im nahen UV-Bereich zwischen 300 und 400 nm. Noch kürzere Wellenlängen werden bereits von der Hornhaut abgefangen (1). Der Mensch verfügt zudem über keine Farbrezeptoren, die speziell auf ultraviolettes Strahlung reagieren. Zwar sind die Photorezeptoren der Netzhaut theoretisch empfindlich für nahe UV-Strahlung, doch die Linse fokussiert dieses Licht nicht, weshalb UV-Lampen für das menschliche Auge unscharf erscheinen (2). Menschen, denen die Linse fehlt – etwa nach einer Operation (Aphakie) – nehmen nahe UV-Strahlung als weißlich-blau oder weißlich-violett wahr (3).
Anders sieht es bei vielen Tieren aus: Zahlreiche Vogelarten, Insekten und andere Wirbeltiere können ultraviolettes Strahlung als „Licht“ sichtbar wahrnehmen. Vögel besitzen einen vierten Farbrezeptor für UV-Licht, was ihnen eine erweiterte Farbwelt eröffnet. Diese Fähigkeit spielt eine bedeutende Rolle bei der Orientierung, Nahrungssuche und Partnerwahl (4). Forscher der Universität Lund haben mithilfe von Multispektralkameras die Welt aus der Sicht von Vögeln simuliert und festgestellt, dass UV-Sicht den Kontrast zwischen Blattober- und -unterseite verstärkt. Dadurch können Vögel sich in komplexen, blätterreichen Lebensräumen besser orientieren – ein klarer Vorteil im dichten Wald (5).
Allerdings ist die Fähigkeit, UV-Strahlung zu sehen, nicht bei allen Vogelarten gleichermaßen ausgeprägt. Während viele Sperlingsvögel wie Meisen, Amseln und Zebrafinken sowie Papageien über entsprechende Sinneszellen verfügen, können etwa Greifvögel, Elstern, Raben und Mauersegler kein UV-Licht wahrnehmen (6). Für die Vogelarten mit UV-Sicht ist dieses zusätzliche Wahrnehmungsvermögen jedoch ein wichtiges Hilfsmittel, um Reflektionen des Gefieders als Zeichen für die Attraktivität eines Partners oder zur Erkennung von Nahrung und Beute zu nutzen (7).
Sliney, D. H. (2002): „Photoprotection of the Eye – UV Radiation and Sunglasses.“ Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 64(2-3), 166-175.
Land, M. F., & Nilsson, D.-E. (2012): Animal Eyes (2nd ed.). Oxford University Press, S. 75–80.
Enoch, J. M., & Tobey, F. L. (1981): Vertebrate Photoreceptor Optics. Springer, S. 47–48.
Cuthill, I. C., et al. (2000): „Ultraviolet Vision in Birds.“ Advances in the Study of Behavior, 29, 159-214.
Tedore, C. & Nilsson, D.-E. (Universität Lund, Schweden): Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-018-08142-5.
Ödeen, A. & Hastad, O. (2013): „The phylogenetic distribution of ultraviolet sensitivity in birds.“ BMC Evolutionary Biology, 13:36.
Lind, O. et al. (2014): „Ultraviolet vision in birds: the importance of transparent eye media.“ Proceedings of the Royal Society B, 281: 20132209.
Definitionen der spektralen Kategorien der Solarstrahlung nach ISO 21348
Ultraviolette Solarstrahlung
Die Einteilung der ultravioletten Strahlung in Spektralbereiche variiert je nach Norm, Anwendungsfällen und dem üblichem Sprachgebrauch.
Die Norm ISO 21348 schafft eine einheitliche Grundlage für die Beschreibung und Messung von Solarstrahlung und dient vor allem für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt in verschiedenen Wellenlängenbereichen. Sie ist besonders wichtig für Forschung, Klimatologie, Raumfahrt und technische Anwendungen, bei denen präzise Angaben zur solaren Einstrahlung erforderlich sind.
| Bezeichnung | Wellenlängen-Bereich λ (nm) | Beschreibung |
|---|---|---|
| UV | 100 ≤ λ < 400 | Ultraviolet |
| VUV | 10 ≤ λ < 200 | Vacuum Ultraviolet |
| EUV | 10 ≤ λ < 121 | Extreme Ultraviolet |
| H Lyman-α | 121 ≤ λ < 122 | Hydrogen Lyman-alpha |
| FUV | 122 ≤ λ < 200 | Far Ultraviolet |
| UVC | 100 ≤ λ < 280 | Ultraviolet C |
| MUV | 200 ≤ λ < 300 | Middle Ultraviolet |
| UVB | 280 ≤ λ < 315 | Ultraviolet B |
| NUV | 300 ≤ λ < 400 | Near Ultraviolet |
| UVA | 315 ≤ λ < 400 | Ultraviolet A |
Space environment (natural and artificial) – Process for determining solar irradiances
Neben der genannten ISO 21348 ist die CIE S 017/E:2011 ein weiteres umfassendes Nachschlagewerk für Begriffe und Definitionen im Bereich der optischer Strahlung.
CIE S 017/E:2011 und ISO 21348 sind zwei verschiedene internationale Normen, die sich mit Licht, Strahlung und deren Definitionen beschäftigen, aber unterschiedliche Schwerpunkte und Anwendungsbereiche haben.
Die Normen überschneiden sich in der Definition von Spektralbereichen, unterscheiden sich aber in Zielsetzung, Struktur und Anwendungskontext.
| Merkmal | CIE S 017/E:2011 | ISO 21348:2007 |
|---|---|---|
| Ziel | Standardisierung von Begriffen, Einheiten, Definitionen im Lichtbereich | Definition und Einteilung von solaren Strahlungsbereichen, speziell für Weltraumanwendungen |
| Inhalt | Vokabular, Begriffsdefinitionen, Einheiten, Symbole | Exakte Wellenlängenbereiche für UV, VIS, IR, speziell für Solarstrahlung |
| Anwendungsbereich | Allgemeine Lichttechnik, Beleuchtung, Photobiologie, Photochemie | Raumfahrt, Solartechnik, Meteorologie, Solarstrahlungsmessung |
| Beispiel UV-Bereich | UV-A: 315–400 nm, UV-B: 280–315 nm, UV-C: 200–280 nm | UV-A: 315–400 nm, UV-B: 280–315 nm, UV-C: 100–280 nm, weitere Unterteilungen wie Far-UV, Extreme UV, etc. |
Informationsquellen
Allgemeine und verlässliche Informationsquellen
