A cura di Arpa Emilia-Romagna Autori: S. Violanti, M. Ricciotti, F. Zinoni Che cosa è la radiazione ultravioletta (RUV)? Lo spettro elettromagnetico è costituito da diversi tipi di radiazioni a seconda della lunghezza d'onda o frequenza considerata. Se si considerano radiazioni con frequenze elevate, superiori anche a quelle della luce visibile, si parla di radiazione ultravioletta. L enorme superficie e l'elevata temperatura solare comportano un ampio spettro e intense emissioni di radiazioni elettromagnetiche (em). Le sorgenti di radiazione em sono caratterizzate in modi differenti secondo il materiale (atomo, molecole) o il meccanismo di produzione (nucleare, termico o elettronico). All'interno di un corpo, dotato di una certa temperatura, avvengono una varietà di transizioni energetiche che danno luogo a emissioni di fotoni come prodotto della trasformazione dell'energia di agitazione termica, delle particelle del corpo, in energia radiante. Le energie coinvolte nelle transizioni molecolari sono tipicamente minori a quelle delle transizioni atomiche. In tale contesto le transizioni molecolari producono radiazione infrarossa e microonde, mentre, le transizioni atomiche producono raggi X, radiazione ultravioletta e visibile. Lo spettro solare osservato sulla superficie terrestre s'interrompe bruscamente, proprio nell'ultravioletto, alle lunghezze d onda inferiori a 300 nm in quanto questa lunghezza d onda di rottura dipende dall'altezza del sole sull'orizzonte e si sposta verso le grandi lunghezza d onda quando il sole tramonta. L'intensità della radiazione UV che incide sugli strati esterni dell atmosfera sarebbe probabilmente letale per la maggior parte degli organismi viventi se non fosse per l azione filtrante dell ozono e dell aria dell atmosfera. La radiazione ultravioletta è suddivisa convenzionalmente in tre bande spettrali: - UV C 100-280 nm: radiazione estremamente pericolosa per la vita a causa del suo alto contributo energetico, è completamente assorbita (insieme a quasi il 90% della radiazione UV B ) B dallo strato d ozono e dell ossigeno dell atmosfera; - UV B B 280-315 nm: solo una piccola parte di UV provenienti dal Sole raggiunge BB la superficie terrestre in quanto l'ozono troposferico riesce ad assorbirne un'alta percentuale. - UV A 315-400 nm: è la radiazione non assorbita dall atmosfera è responsabile dell arrossamento ed invecchiamento della pelle. L intensità degli UV A nella luce
B solare è 500-1000 volte maggiore rispetto a quella degli UV B. Di conseguenza, durante l esposizione naturale gli UVA causano sia eritema che l imbrunimento della cute. Che cosa influenza la RUV sulla terra? La frazione di radiazione ultravioletta che raggiunge la superficie terrestre è influenzata da vari fattori quali l angolo di elevazione solare, cioè l angolo compreso fra il piano orizzontale e la direzione dei raggi solari, la latitudine, la copertura nuvolosa. Gli andamenti giornalieri e annuali dei valori di RUV incidenti sono legati alle variazioni della posizione del sole all orizzonte che, a sua volta dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dall ora della giornata - perché con essa cambia lo spessore dello strato di atmosfera e delle sostanze assorbenti che i raggi UV devono attraversare: più è alta l elevazione solare, maggiore è l intensità della radiazione UV misurata a terra. Per questo motivo i valori massimi si registrano ai Tropici, in estate e verso mezzogiorno. I valori di RUV al suolo aumentano con l altitudine (perché lo strato di atmosfera è più sottile) di circa un 10% - 12 % per ogni 1000m di quota. L irradianza è maggiore in condizioni di cielo sereno; la nuvolosità può attenuare la radiazione ultravioletta, a seconda dello spessore, dell estensione e del tipo di nube: le nubi sottili e sparse sono attraversate dalla RUV senza che questa subisca fenomeni di assorbimento, anzi, in alcuni si registra un incremento della radiazione incidente. Per valutare i valori di esposizione dell uomo a RUV si deve tener conto, oltre che della radiazione che arriva direttamente dall atmosfera, anche di eventuali contributi dovuti a fenomeni di riflessione che dipendono dalle caratteristiche della superficie: i prati, il suolo nudo e l acqua riflettono meno del 10% della radiazione incidente, la sabbia arriva ad un 25%, mentre la neve anche ad un 80%.
Un altro importante fattore di variazione dei livelli di RUV è l assottigliamento della fascia di ozono che filtra i raggi UV B B responsabili delle gravi patologie prima citate. Lo strato di ozono stratosferico confinato tra circa 10 e 40 km di quota (stratosfera) assorbe la radiazione ultravioletta (UV) e quindi protegge la superficie terrestre da possibili danni al DNA degli organismi viventi. Si è ormai certi che la sua distruzione sia causata dai composti del fluoro, del cloro e del bromo, gas denominati Clorofluorocarburi (CFC) e Idrofluoruri (HCFC), prodotti ed immessi in atmosfera dall uomo, capaci di distruggere molecole di ozono anche a distanza di molti anni data la loro stabilità. Il primo effetto della distruzione dello strato di ozono è un aumento della radiazione UV B B di origine solare che raggiunge la bassa atmosfera e la superficie terrestre. Dalla letteratura si possono ricavare alcune informazioni che vengono di seguito sintetizzate: La radiazione UV che raggiunge l'atmosfera è circa il 9% (circa 120 Wm -2 ) della radiazione solare prima di entrare nell atmosfera ed il suo valore massimo al suolo (sull Equatore, a mezzogiorno di un giorno sereno intorno al solstizio d estate) è circa il 5% (circa 55 Wm -2 ) della radiazione solare che ha attraversato l atmosfera (irradianza solare al suolo 1100 Wm -2 ). Questa irradianza è distribuita tra UVA (90%) ed UVB (10%), in particolare la radiazione UVB massima che raggiunge il livello del mare è circa 5.5 Wm -2 cioè lo 0.5% di tutta l irradianza solare che raggiunge il livello del mare. Questo valore massimo diminuisce all aumentare della latitudine e con la stagione dell anno. Alle nostre latitudini verso i primi di giugno a mezzogiorno i valori sono compresi tra 4.5 e 5.0 Wm -2.
Come si misura la RUV? Gli strumenti per eseguire misure di radiazione ultravioletta sulla terra possono essere di due tipologie diverse: spettroradiometri e radiometri a banda larga. Lo spettroradiometro consente di misurare l intensità della radiazione per ciascuna lunghezza d onda emessa da una sorgente luminosa, mentre un radiometro a banda larga misura l intensità della radiazione in un certo intervallo di lunghezza d onda, integrando sull intera banda. Esistono pertanto radiometri UV-C, UV-A, UV-B ecc. Poiché i sensori utilizzati per la misura della radiazione UV-B sono soggetti a modificare la loro risposta nel tempo, si rendono necessarie frequenti calibrazioni utilizzando strumenti di riferimento. Misure effettuate presso la Sezione di Rimini Le rilevazioni della radiazione UV di origine solare, vengono eseguite a partire dal 1997 dalla stazione di monitoraggio ubicata presso la sede ARPA Sezione provinciale di Rimini. La stazione di monitoraggio è attrezzata per misurare sia l irradianza spettrale [200 800]nm con una risoluzione di 4.25 nm sia l irradianza dovuta alla radiazione UV A o UV B. Spettroradiometro Sensori UVB- A Il sistema in continuo del monitoraggio ambientale della radiaziazione UV di origine solare al suolo effettua circa circa 50 campionamenti ogni 60 e registra il livello UV (massimo minimo e medio) ogni minuto. Locale in cui è localizzato il sistema di acquisizione dati del monitor UV. Di seguito è rappresentato il giorno tipico medio e giorno tipico massimo registrato nella seconda quindicina di aprile 2006
Altresì sono rappresentati, per lo stesso periodo del mese, gli andamenti del livello UV a parità di orario.