محافظت انسان در برابر تابش مضر آفتاب از منظر قرآن و علم

وَٱللَّهُ جَعَلَ لَكُم مِّمَّا خَلَقَ ظِلَٰلًا وَجَعَلَ لَكُم مِّنَ ٱلْجِبَالِ أَكْنَٰنًا وَجَعَلَ لَكُمْ سَرَٰبِيلَ تَقِيكُمُ ٱلْحَرَّ وَسَرَٰبِيلَ تَقِيكُم بَأْسَكُمْ كَذَٰلِكَ يُتِمُّ نِعْمَتَهُۥ عَلَيْكُمْ لَعَلَّكُمْ تُسْلِمُونَ

و (نیز) خداوند از آنچه آفریده است سایه‌هایی برای شما قرار داده؛ و از کوه‌ها پناهگاه‌هایی؛ و برای شما پیراهنهایی آفریده، که شما را از گرما (و سرما) حفظ می‌کند؛ و پیراهنهایی که به هنگام جنگ، حافظ شماست؛ این گونه نعمتهایش را بر شما کامل می‌کند، شاید تسلیم فرمان او شوید!

آیه 81 سوره نحل

چکیده

در آیه 81 سوره نحل خداوند متعال به نعمت‌هایی اشاره می‌نماید که کمتر مورد توجه انسان هستند. نعمت پوشش و سایه و دو مصداق پیدا و پنهان آن، یعنی پناهگاه‌های کوهستانی و لباس‌هایی که از گرمای خورشید حفظ می‌کنند، از جمله این نعمت‌ها است. توجه و اهمیت دادن به این نعمت‌ها در واقع بیانگر وجود مضراتی در تابش خورشید است که خداوند بدین‌وسیله این مضرات را خنثی می‌نماید. برخی از محققان با توجه به اینکه مضرات اشعه ماورای بنفش که در تابش خورشید وجود دارد، در قرن اخیر کشف شده است، این آیه را از مصادیق اعجاز علمی قرآن دانسته‌اند. این درحالی است که اعراب معاصر نزول قرآن هرچند به طور تفصیلی از مضرات تابش خورشید مطلع نبودند، ولی به طور اجمالی و در اثر تجربه می‌دانستند که تابش مستقیم و مداوم خورشید برای بشر خطرناک بوده و ممکن است موجب گرمازدگی یا سوختگی گردد. به همین جهت خود را در برابر آن محافظت می‌کردند. با توجه به این موضوع به نظر نمی‌رسد که بتوان اعجاز علمی این آیه را به اثبات رساند. اما باید گفت که اساساً نعمت دانستن سایه در ردیف دیگر نعمت‌های حیاتبخش برای بشر خود به نوعی اشاره علمی محسوب شده و حاکی از توجه قرآن به نقش این نعمت پنهان و مغفول در زندگی بشر است. بنابراین باید دید که چه حقایقی در پس این نعمت به ظاهر ساده نهفته است.

مقدمه

خداوند در سوره نحل از بسیاری از نعمت‌هایی که به انسان‌ها عطا کرده سخن می‌گوید. اما در آیه 81 این سوره به بیان نعمتی به نام سایه می‌پردازد که شاید کمتر مورد توجه بوده و اهمیت آن چندان به چشم نمی‌آید:

وَ اللَّهُ جَعَلَ لَكُمْ مِمَّا خَلَقَ ظِلالاً وَ جَعَلَ لَكُمْ مِنَ الْجِبالِ أَكْناناً وَ جَعَلَ لَكُمْ سَرابيلَ تَقيكُمُ الْحَرَّ وَ سَرابيلَ تَقيكُمْ بَأْسَكُمْ كَذلِكَ يُتِمُّ نِعْمَتَهُ عَلَيْكُمْ لَعَلَّكُمْ تُسْلِمُونَ نحل/81

و خدا از آنچه آفريده، به سود شما سايه‏‌هايى فراهم آورده و از كوه‌‏ها براى شما پناهگاه‏‌هايى قرار داده و براى شما تن‏پوش‌هايى مقرر كرده كه شما را از گرما حفظ مى‏‌كند، و تن‏پوش‌ها [زره‏‌ها] يى كه شما را در جنگتان حمايت مى‏‌نمايد. اين‌گونه وى نعمتش را بر شما تمام مى‌‏گرداند، اميد كه شما [به فرمانش‏] گردن نهيد.

برخی از محققان در موضوع اعجاز علمی قرآن بر آنند که اشاره‌ قرآن به فواید سایه و غار و لباس در حفاظت انسان در برابر گرما، بیانگر برخی مضرات تابش آفتاب و پرتوهای ماوراء بنفش آن است که می‌تواند موجب آسیب پوست و ایجاد سرطان‌های مهلک شود. با توجه به اینکه اين اطلاعات در قرن اخير به دست آمده و معلوم شده كه پيشگيری از اين آسیب‌ها با قرار نگرفتن در معرض اشعه آفتاب و نیز با پوشيدن لباس‌هايی كه بدن را می‌پوشاند، ممكن است، لذا تعبير قرآني «وَ جَعَلَ لَكُمْ سَرابيلَ تَقيكُمُ الْحَرَّ» تعبير اعجاز گونه‌ای است که به این مطالب پیش از آنکه علم بشر بدان دست یابد، اشاره کرده است.

اما اینکه معاصران نزول آیه از زيانبار بودن تابش شديد آفتاب مطلع نبوده‌اند، به نظر صحیح نمی‌رسد؛ زیرا اعراب این امر را حس می‌کردند و همواره برای محفوظ ماندن از نور و حرارت خورشيد لباس‌های بلند می‌پوشیدند و حتی بر روی سرشان پارچه‌ای با عقال (بندی که آن را بر سر نگه می‌دارد) می‌انداختند که با آن، علاوه بر پوشاندن سر و گردن می‌توانستند صورتشان را نیز از باد و نور و حرارت بپوشانند و هم اکنون نیز از آن استفاده می‌شود. اما با این حال، از علت علمی آن، یعنی اينكه اشعه ماوراء بنفش خورشيد می‌تواند موجب آسیب‌های جدی همانند سرطان پوست گردد، بی اطلاع بوده‌اند.

بدین ترتیب هرچند نمی‌توان با اتکاء به عدم آگاهی مردم از مضرات نور خورشید در عصر نزول، معجزه بودن این آیه را اثبات کرد، اما می‌توان از توجه ویژه‌ای که در این آیه به پدیده ظلال و لباس و نعمت دانستن آنها شده است، به اهمیت این نعمت‌ها پی برد، خصوصا اینکه خداوند تعبیر اتمام نعمت را درباره این نعمت‌ها به کار برده است که نشان دهنده عنایت ویژه و فوق العاده‌ای است که نسبت به این نعمت‌ها مبذول شده است. این درحالی است که نعمت‌هایی که در این آیه مطرح شده‌اند به ظاهر بسیار پیش‌پا‌ افتاده بوده و کمتر توجه انسان را به خود جلب می‌نمایند. بنابراین باید دید که چه حقایقی در پس این نعمت‌های به ظاهر کم اهمیت نهفته است.

نعمت ظلال

واژه ظلال جمع ظلّ به معنای سایه و ضد روشنایی است . به هر جایی که نور خورشید نرسد، ظلّ می‌گویند. برخی معتقدند که گاهی به هرچیزی که ساتر و پوشاننده باشد، ظلّ گفته می‌شود . از واژه ظِلّ به عزّت و مناعت طبع و فراخى زندگى نيز تعبير مى‌‏شود . ابن فارس می‌گوید اصل این ماده بر ستر و پوشش چیزی بر چیز دیگر دلالت می‌کند. به سیاهی شب هم ظلّ گفته می‌شود، زیرا چشم‌ها را پوشانده و از کارآیی می‌اندازد همچنین ترکیب‌های «ظلّ اللیل» و «ظلّ الجنة» در کلام عرب کاربرد دارند .

چنانکه ملاحظه شد، می‌توان برای واژه «ظلّ» و جمع آن «ظلال» معنای پوشش به طور عام و معنای سایه به طور خاص را در نظر گرفت. البته به نظر می‌رسد که مفسران در اینکه «ظلال» در این آیه به معنای سایه به کار رفته است، وحدت نظر دارند و بحث‌شان بیشتر بر سر مصادیق آن است که کدام یک از سایه‌های درخت، ابنیه یا حتی ابر یا همگی این موارد مورد نظر بوده است .

البته این نکته نیز شایان ذکر است که می‌توان با توجه به قرینه‌هایی که در آیه ذکر شده است، هر دو معنای عام پوشش و خاص سایه را برای واژه «ظلال» در نظر گرفت. اگر توجه داشته باشیم در قسمت‌هایی از آیه خداوند به لباس‌هایی اشاره می‌کند که از گرما و از سختی انسان را محافظت می‌کنند. به نظر می‌رسد که اشاره به دو دسته از لباس‌ها که یکی به طور خاص از گرما انسان را حفظ می‌کند و دسته دیگر به طور عام‌تری از هرگونه شرایط سخت انسان را محافظت می‌کند، می‌تواند اشاره به دو معنای نهفته در واژه «ظلال» باشد. به عبارت دیگر می‌توان از واژه «ظلال» به قرینه عبارت «تَقيكُمُ الْحَرَّ» معنای سایه و به قرینه عبارت «تَقيكُمْ بَأْسَكُمْ» معنای پوشش به طور عام را استنباط کرد. جالب اینجاست که مثال دیگری که در این آیه بیان شده است، یعنی پناهگاه‌های کوهستانی نیز مصداقی از هر دو معنای ظلال هستند. یعنی هم به عنوان سایه و هم به عنوان پوشش و پناهی از هرگونه سختی برای انسان کارایی دارند.

در خصوص مفهوم آیه با توجه به معنای پوشش می‌توان گفت که خداوند از آنچه خلق کرده پوشش‌هایی برای بشر قرار داده تا بدین وسیله بتواند از انواع آسیب‌های محیطی در امان باشد و این عین لطف و حکمت الهی است که شرایط زندگی بشر را با قرار دادن امکانات بالقوه در طبیعت تسهیل کرده است.

اما توجه به معنای سایه برای واژه «ظلال» این نکته را به ذهن می‌رساند که نعمت دانستن سایه که امری عدمی است، در واقع اشاره غیر مستقیم به این موضوع است که تابش حیاتبخش خورشید که زندگی بشر را در کره زمین میسر کرده است، مضراتی نیز در پی دارد که باید از آن احتراز کرد. البته شاید بتوان گفت بشر در آن زمان از خطرات ظاهری تابش خورشید که موجب آفتاب سوختگی و یا گرمازدگی می‌شود، اطلاع داشته، اما از تاثیر مهم و فراگیر سایه یعنی عدم وجود نور بر زندگی انسان‌ها و دیگر موجودات اطلاع خاصی نداشته است. اینکه وجود نور به طور دائمی می‌تواند زندگی انسان را مختل کند و اثرات مخربی بر بدن داشته باشد و اینکه تابش نور شدید و طولانی مدت می‌تواند موجب عوارض پوستی مهلکی مانند سرطان پوست شود، مطالبی است که مردم در عصر نزول از آنها مطلع نبوده‌اند.

حال باید دید که از منظر علمی، تابش خورشید از چه امواجی تشکیل شده و کدام یک از این اشعه‌ها می‌تواند اثرات زیان‌باری بر زندگی انسان و سایر موجودات داشته باشد، همچنین چه پوشش‌هایی را خداوند در طبیعت برای ما قرار داده که ما را از مضرات تابش خورشید و نیز سایر خطرات محافظت می‌کنند.

اشعه‌های خورشید

انرژي خورشيد باعث ادامه حيات بر روی زمين است. فاصله ميان زمين و خورشيد حدود 149.800.000كيلومتر است، كه در اين فاصله، زمين حدود 10⁹×1/95 وات انرژى از خورشيد دريافت مى‌كند كه ما تنها كسرى از آن (0/0000002) را استفاده مى كنيم. نور خورشيد 8/27 دقيقه طول مى‌كشد كه به زمين برسد. از صد در صد نورى كه به زمين مى‌تابد، تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولكول‌هاى موجود در لايه‌هاى بالايى جو منعكس مى‌شود و بقيّه آن از تمامی لايه‌ها عبور کرده و به زمين مى‌‌رسد. پرتوهاى فرا بنفش داراى طول موج كوتاه و انرژى زياد مى‌باشند. پرتوهاى فرا بنفش با انرژى زيادى كه دارند براى تمام موجودات زنده خطرناك هستند. خوشبختانه زمين در برابر اين پرتوى خطرناك، محافظى بنام لايه اوزون دارد كه از ورود پرتوهاى خطرناك به سطح زمين جلوگيرى مى‌كند.

تنها راهی كه خورشيد می‌تواند انرژی خود را به زمين منتقل كند از طريق تابش است، زيرا سيال واسطه و توده مولكولي وجود ندارد، تا بتواند انرژي را منتقل كند. انرژي بسيار زياد سطح خورشيد به امواج مختلفي تبديل و اين امواج به اطراف منتشر مي‌شوند كه هر كدام از اين امواج داراي طول موج (شکل1)، خواص و تاثیر متفاوتی در زندگی انسان‌ها هستند.

شکل1: پرتوهای خورشید

فروسرخ

در واقع به قسمتی از پرتوهای الكترومغنايسی گفته می‌شود كه دامنه طول موج آنها مابين نور سرخ مرئی تا امواج غيرمرئی مايكروويو را در بر می‌گيرد. دامنه طول موج این امواج تقريبا از 1 ميلی‌متر الی 750 نانو متر متغير است و فركانسی معادل 400 تريليون بار در ثانيه دارند. در حقيقت هر جسمی كه دمايش بالاتر از صفر مطلق باشد، گرمای سطح خود را از طريق اين امواج غيرمرئی به محيط اطراف منتشر می‌كند. در حدود 200 سال پيش هرشل دانشمند آلمانی- انگليسی به كمك يك منشور شيشه‌ای توانست اشعه‌های خورشيد را آناليز كند و متوجه شد طيف قرمز رنگ گرمای خيلي بيشتری دارد و آن‌را فروسرخ نام نهاد. امواج فروسرخ پنجاه و سه درصد از انرژی خورشيدی را شامل می‌شود و باعث تابش گرمای سطح خورشيد به محيط پيرامون است و همانطور که در شکل 1 مشاهده می‌شود، اشعه فروسرخ بر اساس طول موج به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که هریک دارای اثرات و کاربردهای متفاوتی می‌باشد.

نور مرئی

طول موج اين اشعه از 380 نانومتر الی 750 نانومتر در تغيير است (شکل 2). نور مرئی چهل‌و‌چهار درصد از انرژیی خورشيدی را شامل می‌شود و وظيفه اصلی آن روشن نگه داشتن کره زمین است. ما در طول روز به خوبی از اين نعمت بزرگ استفاده می‌كنيم و شب‌ها در غياب اين اشعه جهت روشن كردن محيط اطرافمان هزينه‌های گزافی را پرداخت می‌كنيم. تابش بيش از حد نور مرئی باعث مشكلاتی در ديد می‌شود كه به آن نور خيره كننده می‌گويند. خيرگی و خستگی چشم، وارد شدن صدمه به شبكيه چشم، اشكال در تطابق و ديد اشيا و رنگ‌ها خصوصا هنگام رانندگی و در نهايت افزايش حوادث رانندگي از اشكالات اساسی تابش بيش از حد نور مرئی می‌باشد .

شکل 2: محدوده نور مرئی

اشعه فرابنفش

اشعه فرابنفش موجی الکترومغناطیسی است که طول موج کوتاه و انرژی زیادی دارد و برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی، بین اشعه ایکس و نور مرئی قرار دارد. این اشعه طول موجی بین 0.0144 و 0.39 میکرومتر دارد و سه درصد از انرژی خورشید را شامل می‌شود. اشعه فرابنفش را می‌توان به 3 گروه اصلی تقسیم بندی کرد:

الف: فرا بنفش با طول موج بلند یا UV-A: این اشعه بین طول موج‌های 320 تا400 نانومتر قرار دارد. مقدار این اشعه در نور آفتاب، قوس الکتریکی زغال و چراغ‌های الکتریکی معمولی زیاد است.

ب: فرابنفش با طول موج متوسط یا UV-B: این اشعه بین طول موج‌های 290 تا 320 نانومتر است. این اشعه در نور چراغ بخار جیوه و قوس‌های الکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد و تاثیر آن در پوست شدید است.

ج: فرا بنفش با طول موج کوتاه یا UV-C: این اشعه شامل طول موج‌های کوتاه‌تر از 280 نانومتر است و فقط در قوس الکتریکی جیوه وجود دارد.

در میان این گروه UV-C از همه قوی‌تر و سپس UV-B و آخر هم UV-A است.

آسيب‌های اشعه فرابفنش

آسیب بهDNA

UV-A بيش از UV-B به عمق پوست نفوذ می‌کند و تا کنون گمان بر اين بود که تنها UV-B مضر است، اما تحقيقات جديد انجام شده فرضيه‌هایی را در مرگ بار بودن UV-A مطرح می‌کنند. چون اين فوتون‌ها به وسيله DNA جذب شده و به هر نوع مولکول DNA متعلق به موجودات زنده، به اشکال گوناگون حمله ور می‌شوند. در شایع‌ترین حالت، حمله علیه نزدیک‌ترین ترکیب باز تیمین در حلقه DNA اتفاق می‌افتد. در این حالت بازهای تیمین همپایه، به عوض نگهداری تعادل پله‌ای DNA ، به همپایه خویش پیوسته و باعث بوجود آمدن نوعی DNA معیوب می‌گردند. در این صورت زنجیره DNA با از دست دادن کد رمز اصلی خود، به نوعی کد با رمز دیگر تبدیل و معنای اولیه ساختار هسته سلولی خود را از دست می‌دهد که عملاً حاصل، سلولی با عملکرد غیر مشخص و یا تخریب شده سرطانی است (شکل3). همه پرتوهای UV-A،UV-B و یا UV-C قادرند که از عمر سلول‌های اساسی بدن از جمله بافت‌های فیبروزی، پوست، استخوان، غضروف و هرگونه بافت پیوندی بکاهند.

شکل3: آسیبی که فرابنفش به مولکولDNA وارد می‌کند

سرطان

قرارگرفتن مکرر در معرض اشعه فرابنفش شدید می‌تواند منجر به سرطان در پلک و پوست شود. هر کوهنوردی آسيب‌‍های پوستی را به نحوی مثل برنزه (قهوه‌ای) شدن پوست، لکه‌لکه شدن پوست، بورشدن موها و ایجاد چین چروک تجربه کرده است. همه اين‌ها نشانه‌های آسيب پوستی است و ممکن است منجر به آسيب‌های شديد پوستی و حتی سرطان پوست شود. در ميان سرطان‌های پوستی سرطان ملانوما باعث مرگ شده که خوش‌بختانه خيلی به ندرت اتفاق می‌افتد. به طور کلی اين آسيب‌ها ناشی از تاثير اشعه فرا بنفش بر روی DNA است .

آسیب‌هایی که به چشم وارد می‌شود (شکل4)

الف: تخريب سياهی چشم اين تخريب باعث اختلال در ديد می‌شود و با آسيب ديدن مرکز شبکيه چشم به وجود می‌آيد. اين اختلال به شکل تشکيل نقطه تاريک در ديد و کدر شدن يا بهم ريختگی تصوير ظاهر می‌شود. اين آسيب بسياری از فعاليت‌های روزانه مثل مطالعه و رانندگی را بسيار سخت می‌کند. ب: آب مرواريد قرارگرفتن درمعرض تابش شديد فرابنفش در طی چند سال می‌تواند باعث به وجود آمدن اين بيماری شود. اين بيماری به شکل پوشاندن عدسی چشم ظاهر می‌شود. ج: سوختگی يا برف کوری چنانچه چشم در معرض تابش شديد اشعه فرابنفش قرار بگيرد، مثل هنگام راه رفتن در برف بدون محافظت کردن از چشم، به شکل موقت دچار سوختگی يا همان برف کوری شده که اين حالت گرچه موقتی است، ولی دردناک است و در اين حالت سطح چشم يا همان قرنيه ملتهب می‌شود. اين آسيب هيچ عوارض بعدی نخواهد داشت و پس از گذشت زمان بهبودی حاصل می‌شود.

شکل 4: آسیبی که اشعه فرابنفش به چشم وارد می‌کند

گلمژه

توده‌های غيرطبيعی و عموماً غيرسرطانی است که در قاعده مژه رشد می‌کند (شکل5). گلمژه ممکن است، روی قرنيه نيز تشکيل شود. گلمژه ديد را محدود می‌کند و گاهی برای برداشتن آن نياز به عمل جراحی است .

شکل 5: گلمژه

حال پس از بیان آسیب‌های ناشی از تابش خورشید، به بررسی پوشش‌هایی که برای محافظت از ما در طبیعت ایجاد شده‌اند (اعم از اینکه مصداق سایه باشند و جلوی قسمتی از نور خورشید را بگیرند یا اینکه مصداق پوشش به معنای اعم باشند)، می‌پردازیم.

جو زمین

جو لایه نازکی است که زمین را احاطه کرده است. تصویر زیر از سفینه شاتل گرفته شده است. 99% جو زمین در کمتر از 30 کیلومتری سطح زمین است، در حالی که شعاع زمین 6400 کیلومتر است، یعنی حدود 5% شعاع زمین (شکل 6).

شکل6: جو زمین

جو زمین (شکل 7) شامل لایه¬های تروپوسفر، تروپوپاز، استراتوسفر، مزوسفر ، مزوپاز، ترموسفر ، ترموپاز و اگزوسفر می‌باشد.

شکل7: لایه‌های جو زمین

لایه استراتوسفر شامل لایه ازن می‌باشد. اوج غلظت آن در ارتفاع 30-20 کیلومتری است. دما در این لایه جو با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد. دلیل اینکه دما با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد، این است که، لایه ازون تابش فرابنفش (UV) را جذب می‌کند و این انرژی را به صورت گرما به استراتوسفر تابش می‌کند.

بیشتر اشعه ایکس و فرا بنفش خورشید در لایه ترموسفر جذب می‌شود. هنگامی که خورشید خیلی فعال‌‌تر است و انرژی تابشی بیشتری تابش می‌کند، ترموسفر داغ‌‌تر می‌شود و بنابراین گسترش بیشتری می‌یابد و به همین دلیل ارتفاعش تغییر می‌کند.

نقش‌های حفاظتی جو زمین

جو نقش‌های حفاظتی مختلفی در قبال زمین دارد. در زیر این ویژگی‌های مختلف را مرور خواهیم نمود.

حفظ دمای مناسب برای زمین

وجود جو با خصوصیات زیر باعث می‌گردد دمای سطح زمین در حدود 288 کلوین و مناسب برای زندگی و حیات باشد. بدون جو همه چیز روی زمین یخ می‌زد. جو نسبت به تابش ورودی از خورشید کاملاً شفاف بوده و نسبت به تابش فروسرخ کدر نیست. همچنین سطح آن در تعادل تابشی نیست.

حفظ اقلیم مناسب

جو همچنین باعث نگه داشتن حیات در زمین می‌شود. جو اکسیژن را برای تنفس انسان‌ها و حیوانات و دی اکسید کربن را برای گیاهان نگه می‌دارد و در چرخه تولید آب، آب مورد نیاز موجودات زنده تامین می‌شود

حفاظت زمین از بادهای خورشیدی

هاله خورشیدی شامل ذرات باردار با دمای بیش از یک میلیون درجه سلسیوس است که نیروی گرانش خورشید نمی‌تواند آن را نگه دارد، از این رو در همه جهت‌ها با سرعت 400 تا 800 کیلومتر بر ثانیه به سوی سیارات منظومه شمسی حرکت می‌کند. زمین به وسیله میدان مغناطیسی خودش از این بادها حفظ می‌گردد. مگنتوسفر پیش از آنکه بادهای خورشیدی به لایه‌های درونی جو نفوذ کند با آن مقابله می‌کند و آنها را منحرف می‌کند.

حفاظت زمین از شهاب سنگ‌ها

شهاب سنگ‌ها قطعاتی از سنگ‌های آسمانی هستند که از خارج جو زمین وارد جو می‌شوند. شهاب سنگ‌ها با سرعت بالا و انرژی زیادی که دارند، وارد جو شده و این انرژی را به الکترون‌ها منتقل می‌کنند. از این رو الکترون‌ها برانگیخته شده و نوری ساطع می‌کنند که درخشش آن را از روی زمین می‌بینیم. هنگامی که از بالای جو به سمت پایین می‌آییم، چگالی آن هر 6000 متر دو برابر می‌شود و در ارتفاع 100 کیلومتری چگالی به اندازه کافی زیاد است که پلاسمایی از جو و شهاب‌سنگ‌ها تشکیل شود. در این ارتفاع دمای شهاب سنگ‌ها به 2000 تا 3000 کلوین می‌رسد و ذوب و سپس تبخیر می‌شوند. میانگین سرعت شهاب ‌سنگ‌ها 70-10 کیلومتر بر ثانیه است. برای شهاب‌سنگ‌های کوچک اصطکاک هوا باعث می‌شود سرعت آنها صدها کیلومتر بر ساعت کم شود. بنابراین هنگامی که به زمین می‌رسند، سرعت کمی خواهند داشت. بعضی از شهاب سنگ‌های بزرگ‌تر که جرمی حدود چندصد تن دارند (احتمال وجودشان بسیار کم است) از جو عبور می‌کنند. زیرا اصطکاک جو تاثیر کمی بر سرعتشان دارد و با سرعت خطرناکی با زمین برخورد می‌کنند. در طول عمر زمین این برخوردها وجود داشته است

حفاظت زمین از اشعه‌های مضر

جو همانند فیلتر بخشی از پرتوهای خورشید را جذب و بعضی از امواج مضر مانند امواج فرابنفش را در لایه ازون بازتاب می‌کند. 30% تابش خورشید طبق پدید آلبدوبازتاب می‌گردد. (سپیدایی یا پدیده آلبدو Albedo: به معنی درصد بازتاب نور از سطح یک جسم است. مقادیر این کمیت می‌تواند از صفر (تاریک مطلق) تا یک (روشن مطلق) تغییر پیدا کند.)

لایه اوزون

همانطور که گفته شد، پرتوهاى فرابنفش داراى طول موج كوتاه و انرژى زياد هستند و با این انرژى زيادى كه دارند براى تمام موجودات زنده خطرناك مى‌باشند. خوشبختانه زمين در برابر اين پرتو خطرناک، محافظى به نام لايه اوزون دارد. لایه ازون، شدت نورهای وارد شده به جو با طول موج 200 تا 340 نانومتر را کاهش می‌دهد. در واقع مقدار UV-A وارد شده به زمین از UV-B و UV-C بیشتر بوده ، مقدار UV-B وارد شده هم کمتر و بسته به عوامل مختلف داشته و UV-C هم اصلا به زمین نمی‌رسد و توسط لایه ازن جذب می‌شود (شکل8). لایه ازن انرژی حاصل از جذب UV را به صورت گرما به لایه استراتوسفر تابش می‌کند.

شکل 8: نقش لایه ازون در کاهش پرتو فرابنفش

در گذشته مسئله UV-B به دلیل وجود لایه ازون خیلی جدی نبود. اما با نازک شدن لایه ازون در سال‌های اخیر نرخ ابتلا به سرطان‌های پوستی به شدت در حال افزایش است. البته شدت عبور UV-B از لایه ازون به تجمع مولکول‌های ازون در جو زمین بستگی دارد. همچنین میزان عبور آن در ساعت‌های مختلف روز، فصل‌های مختلف، موقعیت‌های مکانی و ارتفاعی مختلف، متفاوت است.

مولكول ازون O_۳ از يك مولكول اكسيژن و يك اتم اكسيژن كه ناپايدار و واكنش پذير است، تشكيل شده است. پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول ازون بسيار ضعيف بوده و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا و يا با دريافت كوچكترين انرژى به حالت اوليه خود برگردند. لايه ازون در لايه استراتوسفر زمين قرار دارد. در شب‌ها به دليل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشيد، ضخامت لايه ازون كمتر از ضخامت آن در روزها است. هنگامى كه پرتوهاى فرابنفش به مولكول‌های ازون برخورد مى‌كنند، پرتوهاى فرا بنفش مقدار زيادى از انرژى خود را از دست داده و به پرتوهاى فرو سرخ تبديل مى‌‌‎شوند. همچنين بر اثر اين برخورد، مولكول ازون به مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن تبديل مى‌شود و با تابش مجدد نور خورشيد، مولكول ازون دوباره پديدار مى‌شود (شکل9). مولكول‌هاى ازون هرچند كه براى ما مفيد هستند، اما وجود آنها در لايه تروپوسفر (لايه‎اى كه ما در آن زندگى مى‌كنيم) بسيار خطرناك است. نيتروژن‌هاى پراكسيد خارج شده از اگزوز موتورهاى ديزلى بر اثر تابش نورخورشيد (عمل فتو شيميايى) با مولكول‌هاى اكسيژن واكنش مى‌دهند و مولكول‌هاى ازون را به وجود می‌آورند. چون در مولكول‌هاى ازون اتم هاى اكسيژن فعال (راديكالى) وجود دارد، تنفس آن، موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .

شکل9: فرآیند تشکیل مولکول‌های ازون در جو زمین

عوامل موثر بر UV

برخی عوامل محیطی باعث تغییر در میزان اشعه فرابنفشی که به انسان می‌رسد، می‌شوند. در زیر برخی از مهم‌ترین این عوامل را مرور خواهیم نمود (شکل10):

زمان تابش

در طول 1 ساعت از روز حدود 20 تا 30 درصد پرتوهای UV به ما می‌رسد. ولی در برخی از ساعات شبانه روز میزان اشعه‌ای که به زمین می‌رسد، به حداکثر می‌رسد. به طور مثال بین ساعت‌های 10 صبح تا 14 بعدازظهر یک روز تابستان، این مقدار به 75 درصد می‌رسد.

فصل

در مناطق گرمسیری آسیب‌های رسیده از UV به زمین به شدت وابسته به فصل است.

عرض جغرافیایی

میزان پرتوهای UV سالانه با افزایش فاصله از خط استوا كاهش می‌یابد. مثلا در فصل تابستان که نیم‌کره جنوبی بیشتر به خورشید نزدیک است، اشعه UV-B بیشتری دریافت می‌کند.

وجود ابر

ابرها باعث كاهش رسیدن پرتو UV به زمین می‌شوند، اما بخارات موجود در ابر، پرتوهای فروسرخ را بیشتر از فرا بنفش تضعیف می‌كنند. مثلا نیوزلند و استرالیا 10 درصد بیشتر از انگلستان UV-B دریافت می‌کنند.

انعكاس سطحی

انعكاس UV از سطح زمین به ویژه دریا، معمولاً كمتر از 7 درصد است، ولی سنگ گچ حدود 25 درصد پرتوهای دریافتی را منعكس می‌كند. محققان نشان دادند برف تازه 20- 30 درصد پرتو UVB را جذب و بیش از 80 درصد پرتوها را منعكس می‌كند.

ارتفاع

عموماً هر یك كیلومتر افزایش ارتفاع باعث افزایش دریافت UV به میزان حدود 10 درصد می‌شود، در مكان‌هایی پایین‌تر از سطح دریا میزان UV كمتر از مناطق در سطح دریا است.

شکل 10: عوامل موثر بر UV

تأثیرات مثبت پرتو فرابنفش

پرتو فرابنفش با وجود تمام مضراتی که برای حیات بشر دارد، از فوائد و تاثیرات مثبتی نیز برخوردار است.

نور درمانی

از سال‌ها پیش خواص درمانی نور برای بشر شناخته شده بود، به طوریکه مصریان قدیم نیز از کاربرد نور در درمان امراض پوست با اطلاع بوده و از آن استفاده می‌کردند. از سه دهه اخیر که دستگاه‌های درمانی با نور تکمیل و پیشرفت‌هایی در آن حاصل شد، کاربردهای پزشکی آن تکمیل‌تر و مقالات تحقیقاتی و پژوهشی بسیاری از آن استخراج شد و در حال حاضر در کلیه کتاب‌های درماتولوژی و درمان شناسی، کاربرد درمان با نور در بیماری‌های پوستی مشخص شده است.

برهمین اساس دستگاه‌هایی ساخته شد که بخش‌های مفید این اشعه را تولید می‌کند (شکل11). به درمان بیماری با این دستگاه، نوردرمانی یا Phototherapy گفته می‌شود. طول موج معمول اشعه فرا بنفش نوع B بین 320-290 نانومتر است، ولی اشعه فرابنفش باند باریک طول موج حدود311 نانومتر دارد. در حال حاضر نور درمانی با اشعه فرابنفش باند باریک شایع‌ترین روش نوردرمانی در درمان بیماری‌های پوستی است. نور درمانی با اشعه فرا بنفش باند باریک نسبت به نور درمانی با اشعه فرا بنفش معمولی چهار مزیت دارد:

1- مدت اشعه درمانی کمتر ولی شدت آن بیشتر است.

2- دوره درمان با باند باریک کوتاه‌تر است.

3- احتمال پاسخ درمانی با باند کوتاه بیشتر است.

4- پس از درمان با باند کوتاه بیمار مدت بیشتری در بهبودی می‌ماند.

شکل 11: دستگاه مورد استفاده در نوردرمانی

منطقه دیگری از اشعه فرا بنفش با طول موج 320 تا 400 نانومتر که معروف بهUV-A می‌باشد، قدرت کارآیی ضعیفی در درمان دارد. جهت استفاده‌های درمانی از UV-A، توام نمودن این اشعه با مصرف موادی که پوست را به نور حساس می‌نماید و خاصیت نفوذی آن را نیز بیشتر می‌کند، مثل داروی پسورالن و مشابهات آنها سبب می‌شود تا میزان کارایی آن بیشتر شود. این درمان جهت امراضی چون اختلال در تولید رنگدانه و طاسی منطقه‌ای مفید می‌باشد (شکل12). همچنین اشعه فرابنفش برای درمان برخی دیگر از بیماری‌ها استفاده می‌شود که عبارتند از:

بیماری پوستی مزمن خود ایمنی به نام پسوریازیس ، بیماری عروقی پوست به نام پاراپسوریازیس ، مراحل اولیه لنفوم پوست ، کاهش اگزما و خارش‌های پوست ناشی از آن، تسکین خارش‌های پوست در بیماران کبدی و کلیوی، کاهش و جلوگیری از دردهای زونا در شروع بیماری یا مرحله تاولی و اسکلرودرمای موضعی

شکل12: علائم بیماری‌های پوستی مانند بیماری Vitiligo و طاسی منطقه ای.

میکروب زدایی

طیفی از اشعه فرا بنفش که طول موج آن از 210 تا280 نانومتر است و به نام UV-C شناخته می‌شود، دارای قدرت باکتریوساید (باکتری کشی) بوده و خواص ضدعفونی کننده دارد و لذا در اتاق‌های عمل جراحی و بعضی از مراکز بهداشتی و درمانی جهت استریل کردن و میکروب زدایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی در بیماری‌های پوستی مصرف خاصی ندارد، زیرا هم خطر عوارض پوستی داشته و هم روی بینایی اثرات سوئی دارد.