UV-Strahlung & Erdoberfläche

Wolken über der Erdoberfläche
Die Atmosphäre umgibt den Globus

Die Intensität der UV-Strahlung auf der Erdoberfläche hängt von zahlreichen Faktoren ab

Um die Intensität der UV-Strahlung  auf der Erdoberfläche abzuschätzen, muss man mehrere Einflussfaktoren berücksichtigen:

 Atmosphäre

Zwischen der Sonne, als natürlicher Quelle für alle 3 Arten der UV-Strahlung (UV-A, UV-B, UV-C) und der Erdoberfläche, auf der wir uns bewegen, liegt die Atmosphäre. Diese gasförmige Umhüllung des Erdballs beinhaltet nicht nur den Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen, sondern stellt auch ein wirksames Schutzschild vor diversen elektromagnetischen Schwingungen und massehaltigen Teilchenstrahlen der Sonne dar.

Die Erdatmosphäre wirkt  durch Absorption und Streuung wie ein schützender Filter:

  • UV-C wird vollständig von der Atmosphäre aufgehalten. Es erreicht die Erdoberfläche nicht.
  • UV-B wird zu 90% von der Ozonschicht zurückgehalten. Von der Wärmestrahlung der Sonne werden ca. 25 % zurückgehalten.
  • Nur UV-A und sichtbares Licht kommen mit nahezu 100% auf der Erdoberfläche an.

Die Filtereigenschaften der Erdatmosphäre sind im Jahresrhythmus weitestgehend konstant. Die größten Schwankungen in der Atmosphäre werden durch die Menge an Wasserdampf hervorgerufen. Dieses Phänomen bezeichnen wir dann als Wolkenbildung.

Allerdings hat die Atmosphäre im Laufe der Erdgeschichte schon vielfältige Veränderungen erfahren, wie z. B. die Anreicherung mit Sauerstoff nach "Erfindung" der Photosynthese durch die Pflanzen. Davor gab es tatsächlich kaum freien Sauerstoff in der "Luft". Wenn man längere Zeiträume betrachtet, gibt es durchaus große Schwankungen in der Zusammensetzung der Erdatmosphäre.

Bekanntes Beispiel ist das Ozon. Es ist nicht gleichmäßig um den Globus verteilt. Darüber hinaus wurde es aufgrund von menschlichen Aktivitäten, durch die Freisetzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW; genutzt als Kühlflüssigkeit), reduziert. Unter dieser Situation leiden heute die Lebewesen in Südamerika und auf dem australischen Kontinent, die unter dem veränderlichen "Ozonloch" leben. Der Anteil der UV-B Strahlen, die die Erdoberfläche unter dem "Ozonloch" erreichen ist erhöht. Dies bedeutet u. a.,  dass man dort verstärkt seine Haut/Augen schützen muss, bzw. dass die Hautkrebsrate in Australien jährlich ansteigt [1].

Tageszeit bzw. Sonnenstand

In Abhängigkeit von der Tageszeit steht die Sonne um die Mittagszeit eher senkrecht, morgens und abends schräg über uns. Dies bedingt, dass die Wegstrecke der UV-Strahlen durch die teilweise absorbierende Atmosphäre mittags kürzer ist als morgens oder abends. Aufgrund der geringeren Absorption ist die UV-Strahlung mittags deshalb am intensivsten.

Geografische Breite

Die geografische Breite beeinflusst ganz wesentlich die Intensität der UV-Strahlen. Die Breitengrade des Globus verlaufen parallel zum Äquator. Sie geben an, wie weit nördlich bzw. südlich des Äquators ein Ort liegt. Abhängig davon fällt der Sonnenstand (üblicherweise angegeben als Winkel) - und damit die Intensität der Sonnenstrahlung - unterschiedlich aus. Da die Erdachse bezogen auf die Planetenebene (Ekliptik: Ebene auf der die Planeten die Sonne umkreisen) um ca. 23˚ gekippt ist, pendelt der Sonnenstand im Laufe eines Jahres zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin und her. So entstehen in unseren Breiten die Jahreszeiten mit unterschiedlichen Tageslängen und Sonnenhöchstständen. Eine anschauliche Darstellung finden Sie hier.

Wie unterschiedlich der Winkel des Sonnenstandes an verschiedenen Wohnorten auf dem Globus sein kann, sehen Sie in folgender Tabelle am Beispiel der Sonnenstände in München und Singapur.

DatumSonnenstand München
Lage: 48 ° nördl. Breite
Sonnenstand Singapor
Lage: 1 ° nördl. Breite
Frühlingsbeginn 21.3.42 °90 °
Sommersonnenwende
21.6.
65 °68 °
Herbstbeginn
21.9.
42 °90 °
Wintersonnenwende
21.12.
18 °64 °

Wir sehen, dass an Orten wie München der tägliche Sonnenstand und damit die Weglänge der UV-Strahlen durch die Atmosphäre im Jahresverlauf sehr unterschiedlich sind. Zur Wintersonnenwende steht die Sonne über dem südlichen Wendekreis und folglich nur in einem flachen Winkel über den Münchnern. Hier gilt, wie für die Abhängigkeit von der Tageszeit, je länger die Wegstrecke, desto stärker die Absorption durch die Atmosphäre, desto schwächer die UV-Strahlung.

Vergleiche dazu Singapur: Nahe am Äquator ist der Sonnenstand ganzjährig höher und die Schwankungen im Jahresverlauf sind insgesamt geringer. Dies bedeutet eine ganzjährig intensive UV-Strahlung.

Bewölkung

Wolken, diffuse Bewölkung und die Anwesenheit von Aerosolen (heterogenes Gemisch aus festen und flüssigen Schwebeteilchen) z. B. Smog in der durchstrahlten Luftsäule absorbieren die UV-Strahlung ebenfalls. Achtung: manchmal unterschätzt man die UV-Strahlung bei Bewölkung; durch Streuung kann sie u. U. durch die Bewölkung sogar erhöht sein!

Höhenlage

In Abhängigkeit von der Höhenlage des Aufenthaltsortes unterscheidet sich die UV-Strahlung ebenfalls. Im Gebirge ist sie stärker als im Tal, da in großen Höhen die absorbierende Luftsäule etwas dünner ist. Im Gebirge bräunt man schneller!

Reflektierende Flächen

Wasseroberflächen, Schnee und Eis reflektieren die UV-Strahlung. Deshalb zieht man sich beim Plantschen auf der Luftmatratze schnell einen Sonnenbrand zu. Hier ist man, aufgrund von Reflexion, von allen Seiten der UV-Strahlung ausgesetzt. Durch das Phänomen der Reflexion wird man auch im Schatten braun. Auch kleine Sandpartikel am Strand, oder Grashalme auf der Wiese werfen - wie kleine Spiegel - einen Teil der UV-Strahlen in den Schattenbereich.

UV-Strahlen und Fensterglas

Die Scheiben des Autos verhindern das Eindringen von UV-B Strahlen. Sie können im geschlossenen Auto also keinen Sonnenbrand bekommen. UV-A Strahlen durchdringen das Glas allerdings und treiben die Hautalterung voran bzw. erhöhen das Hautkrebsrisiko. Wenn Sie sich schützen möchten, verwenden Sie aufklebbare UV-Schutzfolien oder Sonnenschutzblenden.

Take home message: Die Intensität der natürlichen UV-Strahlung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst:

  • Tageszeit: Die UV-Strahlung ist zwischen 11 – 15 Uhr am höchsten

  • Bewölkung: Eine dünne Wolkendecke kann UV-Strahlung kaum abhalten, bestimmte Bewölkungssituationen können die UV-Strahlung sogar erhöhen

  • Art der Strahlen: UV-A Strahlung durchdringt Fensterglas, d. h. wir sind ihr auch im Auto ausgesetzt

  • Reflexion: Heller Sand reflektiert bis zu 25 %, Schnee bis zu 80 % , eine Wasserflächen bis zu 95% und eine Grasfläche bis zu 8% der UV-Strahlung

  • Schatten kann die UV-Strahlung reduzieren. Verbringen Sie Ihre Zeit überwiegend in Gebäuden, haben Sie eine UV-Belastung von 10 – 20 % gegenüber Personen, die hauptsächlich im Freien arbeiten.

  • Höhenlage: Vorsicht im Gebirge! Hier kann die UV-Intensität pro 1000 Höhenmeter um ca. 20% zunehmen.

  • Geografische Breite: in den südlichen Urlaubsländern oder gar in "exotischen" Reisezielen kann die UV-Intensität deutlich stärker sein, als in Nordeuropa. 

Beachten Sie: in die Vorhersagen zum UV-Index fließen wohl die generelle Wetterlage, Jahreszeit und geografische Breite ein. Die örtlichen Gegebenheiten, ob Sie z. B. am Strand sitzen, im Hochgebirge wandern oder eine dicke Wolke über Sie hinwegzieht, können natürlich nicht in den allgemeinen Angaben des UV-Index berücksichtigt werden. Hier ist Ihr Wissen um die eben erörterten Einflussfaktoren gefragt!

Literatur:

[1]          R. Marks, “The changing incidence and mortality of melanoma in Australia,” Recent Results Cancer Res. Fortschritte Krebsforsch. Prog. Dans Rech. Sur Cancer, vol. 160, pp. 113–121, 2002.

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    Hallo, ich bin promovierte Diplom-Biologin mit langjähriger Berufserfahrung im Bereich der Lebenswissenschaften, Sachbuchautorin und Bloggerin.