Die Sonne ist der Quell allen irdischen Lebens, aber sie kann ihm auch schaden. Insbesondere das ultraviolette (UV) Spektrum der Sonnenstrahlung gefährdet Menschen mit hellerem Hauttyp. Dieser Artikel gibt einen Überblick über das energiereiche UV-Spektrum und angepasste Instrumente, um dieses differenziert zu messen.
Sonnenlicht ist elektromagnetische Strahlung mit Photonen in einem breiten Wellenlängenbereich. Nur ein kleiner Teil des Sonnenspektrums ist für den Menschen sichtbar, im Durchschnitt ist es der Bereich von 400 bis 780 nm (10^-9 m). Der ultraviolette (UV) Teil mit kürzeren Wellenlängen (und mehr Energie) reicht von 100 bis 400 nm.
UV-Licht ist wichtig, da es z. B. die Produktion von Vitamin D anregt, kann aber auch sehr schädlich sein, wenn die UV-Dosis „sichere“ Grenzwerte überschreitet. Ein Indikator für die UV-Belastung, der UV-Index, warnt vor der UV-Strahlung und ihren möglichen schädlichen Auswirkungen. Doch beginnen wir mit dem vollständigen Überblick.
Wellenlängen der Sonnen- und Atmosphärenstrahlung für meteorologische Anwendungen
Der meteorologisch bedeutsame Spektralbereich erstreckt sich von 300 nm bis 3000 nm (kurzwellige Strahlung). Ungefähr 96% der gesamten außerirdischen Strahlung liegt in diesem Spektralbereich. Das Intensitätsmaximum des Sonnenspektrums liegt bei 500 nm, also am blauen Ende des sichtbaren Bereichs.
Das Spektrum umfasst die ultravioletten (UV), sichtbaren (Vis) und infraroten (IR) Wellenlängen. Am bekanntesten sind die prismatischen Farben des sichtbaren Lichts, die Farben des Regenbogens. Das IR wird in Nahinfrarot (NIR) und Ferninfrarot (FIR) unterteilt.
Der ultraviolette Bereich des Sonnenlichts
Die UV-Strahlung wird üblicherweise in UV-A, UV-B und UV-C unterteilt. Etwa 6 % der gesamten Sonnenstrahlung, welchen die Erde erreicht, ist ultraviolett. Kürzere Wellenlängen (höhere Frequenz) haben eine höhere Energie, wodurch die Wirkung auf biologische und chemische Systeme zunimmt. Kipp & Zonen bietet verschiedene Radiometer für UV-Messungen an, die jeweils auf bestimmte Teile des Spektrums zugeschnitten sind. Für Anwendungen im Bereich der Hautgesundheit gibt es einen Standard namens Global Solar UV Index (UVI). Er wurde in von der WHO in Zusammenarbeit mit weiteren internationalen Organisationen WMO, UNEP und ICNIRP entwickelt.
Für den Menschen ist ein bestimmter Bereich der UV-Strahlung besonders schädlich. Diese erythemische Bestrahlungsstärke (UVE) setzt sich bei klarem Himmel um die Mittagszeit in der Regel aus etwa 17 % UVA und 83 % UVB zusammen. Um den UVE-Bereich präzise zu messen, hat Kipp & Zonen das Radiometer SUV-E entwickelt. Aus diesem Messwert lässt sich leicht der UV-Index berechnen. Die gemessene Strahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m2) wird hierzu mit 40 m²/W multipliziert, um einen einheitenlosen Skalenwert zu erhalten. Eine genauere Beschreibung folgt weiter unten im Text.
Natürlich reagieren Menschen unterschiedlichen Hauttyps verschieden auf die Sonnenstrahlung. Die entsprechende Klassifizierung basiert darauf, wie schnell die Haut verbrennt beziehungsweise in Reaktion auf Sonnenlicht dunkler wird.
Wie man den UV-Index berechnet
Der UV-Index ist ein wichtiges Mittel, um die Öffentlichkeit für die Gefahr schädlicher UV-Strahlung und entsprechender Schutzmaßnahmen zu sensibilisieren. Aus den Messungen der UV-E-Strahlung lässt sich der UV-Index leicht berechnen: Nehmen Sie den Messwert des UV-E-Radiometers gemäß ISO 17166:1999/CIE S007/E-1998. Wandeln Sie die Ausgangsspannung mit der Empfindlichkeit des Geräts in W/m² um, z. B. 0,4 Volt, was einem erythemischen Strahlungswert von 0,0675 W/m² entspricht. Multiplizieren Sie diesen Wert mit dem Faktor von 40 m²/W, um den UVI-Wert zu erhalten, in diesem Fall 2,7.Erythemische Strahlung [W/m²] x 40 m²/W = UV-Index
Sonnenbrand ist eine Folge übermäßiger UV-Strahlung. Um diese zu messen, ahmen angepasste UV-Radiometer die Reaktion der menschlichen Haut nach. Dafür wurde ein spezielles Erythem-Wirkungsspektrum definiert, das der Empfindlichkeit der menschlichen Haut gegenüber UV-Strahlung entspricht. Das Kipp & Zonen SUV-E Radiometer ist mit speziellen Filtern ausgestattet, die dem Erythemal-Wirkungsspektrum entsprechen.
Jedes Modell der Kipp & Zonen SUV Radiometer-Serie ist an bestimmte Bereiche der UV-Strahlung angepasst. Entdecken Sie das ganze Portfolio der Kipp & Zonen SUV Radiometer.
Haben Sie Fragen zur UV-Strahlung und wie Sie diese messen können? Fragen Sie unsere Experten! Reach out to our Experts!
Quelle: Solar Radiation Measurement von Reinhold Rösemann, Titelbild: Daniel Hansen/Unsplash
