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UV-Strahlung

Die UV-Strahlung, auch als UV-Licht bezeichnet, ist eine elektromagnetische Strahlung mit Energien oberhalb der von violettem Licht. Weitere elektromagnetische Strahlungen sind z.B. Radiowellen, sichtbares Licht oder Gamma- und Röntgenstrahlung. Das Spektrum der Wellenlängen reicht dabei von einigen Kilometern (langwellige Radiowellen) bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen mit extrem kurzen Wellenlängen. Sichtbares Licht z.B. besitzt Wellenlängen zwischen etwa 350 nm bis 760 nm. (1 nm = 1 Milliardelstel Meter)

Das für den Menschen sichtbare Licht umfasst einen Bereich mit Wellenlängen zwischen etwa 760 nm 350 nm. Dabei ist ein Nanometer ein Milliardstel Meter (1 nm = 10-9 m). Licht mit einer Wellenlänge von etwa 760 nm empfindet der Mensch als rot, das mit einer Wellenlänge von etwa 350 nm als violett. 
Licht oberhalb des für das Auge noch sichtbaren Bereichs, also mit einer größeren Wellenlänge als etwa 760 nm wird als Infrarot bezeichnet; das unterhalb des sichtbaren Bereichs - also mit weniger als 350 nm Wellenlänge - als ultraviolettes Licht, kurz UV-Licht bzw. -Strahlung. Im Wellenlängenbereich unterhalb des UV-Lichts (weniger als 100 nm Wellenlänge) folgt schließlich die so genannte ionisierende Strahlung. Je nach Entstehungsart wird dabei zwischen Röntgen- und Gammastrahlung unterschieden.

Übrigens 
Während der Mensch das UV-Licht nicht sehen kann, können Bienen beispielsweise einen Teil davon wahrnehmen.

UV-Strahlung auf der Erde

Beim UV-Licht unterscheidet man je nach Wellenlänge drei verschiedene Bereiche:

Bezeichnung Wellenlänge in nm (1 nm = 10-9 m) Eindringtiefe in die Haut eines Erwachsenen
UV (A) 400-320 etwa bis zu 5 mm
UV (B) 320-280 etwa zwischen 0,05-0,1 mm
UV (C) 280-100 kommt auf der Erdoberfläche nicht vor

Die UV-Strahlung macht etwa 6% der gesamten die Erde ereichenden Sonnenstrahlung aus. Sie wird in der Atmosphäre der Erde in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge unterschiedlich stark geschwächt oder ganz absorbiert. So wird das UV (C) zu einem großen Teil bereits vor der Ozonschicht absorbiert und innerhalb der Ozonschicht dann gänzlich, so dass kein UV (C)-Licht die Erdoberfläche erreicht.

Generell spielt die Dicke und Konstanz der schützenden Ozonschicht, die sich in einer Höhe von etwa 20 bis 50 km befindet, eine wichtige Rolle für das Leben und die Gesundheit der Lebewesen auf der Erde. So werden in dieser Schicht ca. 95% des UV (B)-Lichts absorbiert. Eine Überschlagsrechnung besagt, dass jedes Prozent Verlust an Ozon in der Ozonschicht zu einer etwa 1,5 - 2%igen Steigerung des UV (B)-Anteils auf der Erdoberfläche führt.
Die Schwächung von UV (A) durch die Ozonschicht dagegen kann als gering angesehen werden, so dass eine Verringerung der Ozonschicht kaum einen Einfluss auf die Menge des die Erdoberfläche treffenden UV (A)-Lichtes besitzt.

Maßeinheiten der UV-Strahlung

In der Physik wird die "Menge" an UV-Strahlung in Joule pro Stunde und m2 gemessen. Um aber für das tägliche Leben eine übersichtlichere und auch für den Laien anwendbarere Messgröße zu erhalten, hat man einen so genannten UV-Index eingeführt. Dieser Index macht eine Angabe darüber, innerhalb welcher Zeit sich bei einem bestimmten Hauttyp ein Sonnenbrand ausbildet. Der Index reicht von 0, also keiner UV-Strahlung, bis zu einem Maximalwert von 12. In Mitteleuropa können im Hochsommer Maximalwerte von etwa 8 erreicht werden.

UV-Index

UV-Index UV-Belastung Sonnenbrandgefährdung
0 bis 1 sehr gering eher unwahrscheinlich
2 bis 4 mittel ab ca. 30 Minuten
5 bis 7 hoch ab ca. 20 Minuten
8 bis 12 sehr hoch in weniger als 20 Minuten

Wirkung der UV-Strahlung auf den Menschen

Die UV-Strahlung hat sowohl nützliche wie auch schädigende Wirkungen auf den menschlichen Organismus. Naturgemäß wirkt sie hauptsächlich auf die ihr direkt ausgesetzten Körperabschnitte, also die Haut als äußere Hülle und die Augen.

Nützliche Wirkungen
UV-Licht ist einerseits wichtig für bestimmte natürliche Vorgänge im Körper zum anderen kann es auch therapeutisch bei bestimmten Erkrankungen eingesetzt werden:
  • Für die Synthese des Vitamin D aus bestimmten Vorstufen ist UV-Licht erforderlich. Dabei entstehen die Vitamine D2 und D3 aus den so genannten Vorvitaminen (Provitamine) Ergosterol und 7-Dehydesterol.
  • Bekannt ist auch, dass das gesamte Immunsystem durch UV-Strahlung in "angemessener Menge" positiv stimuliert werden kann.
  • Eine Reihe von Hauterkrankungen lassen sich durch die Anwendung von UV-Licht therapieren, so u.a. "Lichen ruber planus", "Psoriasis" oder auch die "Neurodermitis".
Schädliche Auswirkungen
Bei den schädlichen Auswirkungen des UV-Lichts lassen sich akute und länger anhaltende (chronisch) Folgen unterscheiden:
 
Akute Auswirkungen

Haut
Die wohl bekannteste akute Wirkung von UV-Strahlung ist der Sonnenbrand. Dabei können Sonnenbrände von leichten Hautrötungen, die sich nach relativ kurzer Zeit (1 Nacht) wieder zurückgebildet haben, bis hin zu schwersten Verbrennungen mit Blasenbildungen und dem Zerstören von Hautgewebe reichen, die sogar einer ärztlichen bzw. klinischen Behandlung bedürfen.

Auge
UV-Licht schädigt neben der Haut auch die Augen. Betroffen sind davon Hornhaut, Bindehaut, Linse und Netzhaut. Besonders im Schnee oder auf Gletschern im Gebirge können akute Binde- und Hornhautentzündungen der Augen die Folge einer erhöhten UV-Exposition sein. Es kommt dabei zu sonnenbrandähnlichen Verbrennungen der Augenoberfläche, die sehr schmerzhaft sind und sich zusätzlich durch Rötung, Fremdkörpergefühl und vermehrten Tränenfluss äußern. Die Augen sind extrem lichtempfindlich. Umgangssprachlich spricht man von Schneeblindheit, Mediziner nennen es aktinische Keratophobie. Die Erkrankung sollte ärztlich behandelt werden. In leichten Fällen heilt sie bei Kühlung und Lichtschutz in wenigen Tagen auf, in schweren Fällen und vor allem ohne ärztliche Behandlung können bleibende Vernarbungen der Hornhaut und Netzhautschäden zurückbleiben.

Chronische Auswirkungen

Haut
Bereits ein stärkerer Sonnenbrand wird von der Haut nicht "vergessen" und kann, noch nach vielen Jahren, zu einer Reihe von unerfreulichen Wirkungen führen. Aber auch eine ständige UV-Bestrahlung, ohne akute Schäden, kann später zu zahlreichen Hautschädigungen führen, wie beispielsweise:

  • Basaliome:Hautkrebs, der allerdings gut behandelbar ist und nur lokal wächst, ohne zu streuen
  • Melanome: So genannter schwarzer Hautkrebs, der eine hohe Sterblichkeitsrate besitzt
  • Gefäßschäden
  • Mitesser
  • Zerstörung der Elastizität der Haut
  • allgemeine Alterungsprozesse, wie Falten, Runzeln oder Altersflecken

Auge
Längere UV-Bestrahlung der Augen begünstigt vermutlich die Entstehung eines so genannten Pterygium conjunctivae, einer - allerdings gutartigen - Wucherung der Bindehaut. Diese kann bei Übergreifen auf die Hornhaut zu Einschränkungen des Sehens führen und sollte dann operiert werden. Weitere und schwerwiegendere Veränderungen, die mit einer übermäßigen UV-Bestrahlung der Augen in Verbindung gebracht werden, sind die Linsentrübung (Katerakt) sowie Netzhautschäden (Netzhautdegeneration, Makuladegeneration), die zu einer Einschränkung des Sehens führen, im schlimmsten Fall zur völligen Erblindung.

Haukrebsriko beim fliegenden Personal

Eine Studie der Universität von Kalifornien in San Francisco an rund 266.000 Teilnehmern hat ein erhöhtes Hautkrebsrisiko durch UV-Strahlung für Piloten und Kabinenpersonal ergeben.
Die Studie hatte bei Piloten ein rund 2,2 faches Risiko für die Entstehung des schwarzen Hautkrebses (Melanom) und beim Kabinenpersonal vom rund 2,1 fachen beobachtet.
Dabei ist zu beachten, dass das verwendete Verbundglas in den Flugzeugen noch ca. 54% der in großen Höhen besonders starken UV-Strahlung (UV-A) durchlässt, während Glas aus Polycarbonaten die Strahlung fast nahezu absorbiert.

Wieso wird die Haut braun?

Der Bräunungsvorgang der Haut durch UV-Strahlung dient dem Schutz der Zellkerne der Hautzellen und dort in erster Linie dem Schutz der DNA. Etwas vereinfacht dargestellt wird in den Melanozyten der Oberhaut unter der Einwirkung von UV-Strahlung das Melanin gebildet. Mit Hilfe von Transportproteinen (Eiweiß) wird das Melanin zu den Zellkernen transportiert, über die es sich, gleichsam als Schutzschicht gegen UV-Strahlung, anlagert. Das Melanin bewirkt die, von den meisten Menschen als Zeichen von Gesundheit und einem guten Aussehen, so sehr geschätzte Hautbräunung.

Schutz vor UV-Strahlung

In sonnenreichen bzw. sonnenintensiven Regionen, vor allen in den Tropen, sollte man das direkte Sonnenlicht auf jeden Fall meiden. Eine Kopfbedeckung, lange Hosen und Oberbekleidung, die Schultern, Nacken und Arme schützen, sind daher sinnvoll. Soweit es möglich ist, sollten schattige Plätze aufgesucht werden. Wer sich dennoch der Sonne aussetzt, im Besonderen im Gesicht, sollte Sonnenschutzcreme mit einem hohen Sonnenschutzfaktor, z.B. mehr als 20 verwenden. Auch Kleidung schützt nicht zu 100% vor der Wirkung von UV-Strahlung, da ihr Sonnenschutzfaktor nicht unterschiedlich hoch ist. So besitzt Polyester in leichter Sommerkleidung einen Schutzfaktor bis zu 50, Polyamide aber oft nur einen Schutzfaktor von unter 10. Viskosehaltige Kleidung hat Schutzfaktoren, die wenig über 0 liegen bis zu mehr als 20 und leichte Leinenstoffe besitzen einen Schutzfaktor zwischen 10 und 20.
Der Sonnenschutzfaktor gibt an, um welchen Faktor sich die unbedenkliche Aufenthaltsdauer in der Sonne im Vergleich zur ungeschützten Haut verlängert. Bei einem Schutzfaktor von 10 kann man sich also 10mal so lange in der Sonne aufhalten wie ohne Schutz, um dieselbe Wirkung durch das UV-Licht zu erhalten. Ist beispielsweise ein Aufenthalt von 10 Minuten in der Sonne ohne Schutz unbedenklich, so kann das Auftragen einer Sonnenschutzcreme mit dem Faktor 20 diese Zeit auf über drei Stunden verlängern.

Wie lange sich ein Mensch ungeschützt in der Sonne aufhalten kann hängt neben der Strahlungsintensität (UV-Index) erheblich vom Hauttyp ab. Dabei werden in Europa vier Hauttypen unterschieden:

Hauttyp Merkmale Sonnenbrand Bräunung
Hauttyp I Haut sehr hell, oft Sommersprossen, Augen blau, Haare rötlich mittags oft schon nach 5-10 Minuten nie
Hauttyp II Helle Haut, meist blonde Haare, graue, blaue oder grüne Augen Rötung ungebräunter Haut nach 10-20 Minuten mit der Zeit mäßige Bräunung
Hauttyp III meist dunkelblonde bis braune Haare, graue oder braune Augen Rötung bei ungebräunter Haut nach 20-30 Minuten mit der Zeit deutliche Bräunung
Hauttyp IV Hellbraune Haut, meist dunkle Haare und braune Augen Rötung bei sonnenentwöhnter Haut frühestens nach 40 Minuten, ausgesprochen selten Sonnenbrand entwickelt schnell eine tiefe Bräune

Achtung!
Für Kinder gilt dieses Schema nicht. Da Kinder eine dünnere und empfindlichere Haut als Erwachsene besitzen, sind sie besonders zu schützen. Kinder sollten mit Sunblockern, also einem Schutzfaktor, der größer oder zumindest gleich 30 ist geschützt werden.

Baden oder Schwitzen können die Schutzwirkung reduzieren. Auch wasserfeste Sonnenschutzmittel sollten nach dem Baden neu aufgetragen werden. Die besonders intensive Mittagssonne sollte davon unabhängig gemieden werden.

Um Augenschäden zu vermeiden, sollten auch die Augen konsequent vor UV-Strahlung geschützt werden. Dazu dient zum einen die Abschirmung durch einen Hut mit Schirm (Abschirmung vor den UV-Strahlen um maximal die Hälfte), zum Anderen das Tragen von Sonnenbrillen mit UV-A- und UV-B-Schutz. Bei erhöhter Sonnenbelastung (Strand, Schnee) sollten beim Kauf der Sonnenbrille auf 100%-igen UV-A- und UV-B-Schutz sowie Seitenschutz geachtet werden.

Ozon

Die Entstehung des Ozons lässt sich vereinfacht wie folgt erklären: Der atmosphärische Sauerstoff liegt als Molekül mit der Formel O2 vor. Durch die UV-Strahlung, vor allem das UV (C), wird das Sauerstoffmolekül in zwei Sauerstoffatome O gespalten. Dieser atomare Sauerstoff ist extrem reaktionsstark und verbindet sich daher sehr schnell u.a. mit dem Sauerstoff O2 zum O3, also zu Ozon.

So wichtig das Ozon in den oberen Luftschichten auch ist, am Boden können zu hohe Ozon-Konzentrationen zu erheblichen Gesundheitsproblemen führen. Besonders empfindliche Personen wie Kinder, Personen mit Erkrankungen der Atemwege oder ältere Menschen sind gefährdet. Mögliche Folgen sind Augenschädigungen, Funktionsstörungen des Atemtraktes bis hin zu Entzündungen in der Lunge sowie Kopfschmerzen. Bei zu hohen Ozonwerten sollen körperliche Anstrengungen unbedingt vermieden werden.

Nach einer EU-Richtlinie soll die maximale Tagesbelastung (über 8 h) nicht über 120 μg (= ein Millionstel Gramm= 10-6 g) liegen. Nach der gleichen Richtlinie ist die Bevölkerung bei einer mehr als eine Stunde anhaltenden Ozon-Konzentration von über 180 μg/m3 zu informieren und bei Konzentrationen von über 240 μg/m3 zu warnen. Herrscht dieser Wert mehr als 3 h, so können in Deutschland von den zuständigen Behörden Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung angeordnet werden. Dazu zählen Geschwindigkeitsbegrenzungen für Kraftfahrzeuge oder sogar ein begrenztes Fahrverbot für bestimmte Fahrzeuge, wie z.B. Kraftfahrzeuge ohne Katalysator. Derartig hohe Ozonkonzentrationen werden auch als Sommersmog bezeichnet.




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