抵禦夏天烈日下紫外線的「黑魔法」,從入門到精通!
2020年07月22日10:06

  來源:返樸

  美好的夏日時光已經到來,太陽日日都是大大的笑臉相迎,哇哦,此時不浪更待何時?等等……即將飛奔出門的你做好防曬了嗎?紫外線的“黑魔法”你真的不怕嗎?為了避免還沒嗨夠便早早有了“明媚的憂傷”,我們在出門之前很有必要充分瞭解下紫外線這個“大魔王”,學會用知識來武裝自己、打敗紫外線,保護自己不被太陽“黑”。

  說起紫外線對人類的影響,我的心情有些複雜:沒有它,我們無法生存,但是每年又有太多不幸的人因為它而失去生命。

  紫外線的“威力”幾何?

  紫外線的能量來自它極短的波長。赫歇爾發現的紅外線波長最長1毫米——大約一根針粗細。它們每秒至少振動30000億次。紫外線的波長最短只有幾十納米,這樣小的尺度需要通過電子顯微鏡才能觀察到。每秒鍾至少有750萬億個紫外光波經過你身邊。波長較長的光(例如紅外線、微波、無線電波和可見光)能夠振動整個原子,甚至讓活體組織溫度略微升高,但是它們的能量非常微弱,不足以破壞原子結構。而紫外線的超高頻率賦予了它從原子中剝離電子的能力,它可以讓原子分裂,發生電離。

  正是這種電離能力讓紫外線變得異常危險。如果關乎人體健康的原子(例如組成DNA的原子)被電離,那麼人受到的傷害很可能是致命的,這可能意味著基因和細胞突變——癌變前兆。美國每年有8000多人死於黑色素瘤(皮膚癌),誘因幾乎都是紫外線照射。另一方面,人體在受到紫外線照射時會產生維生素D,這可能是已知的最有效的防癌物質。2016年,某大型醫學雜誌宣稱,照射紫外線有助於預防胰腺癌。

  在大氣層之外,陽光中10%的能量位於紫外線的波段。但是大氣能夠非常有效地阻擋它們,使得77%的紫外線無法到達地表。因此,在地面測量到的看不見的陽光中最多隻含有3%的紫外線,其餘成分包括44%的可見光和53%的紅外線。地球表面的紫外線強度還會隨著時間和季節變化。在一天之中,太陽直射頭頂的時候紫外線最強;在四季之中,夏天的紫外線最強。

  UVA、UVB、UVC,傻傻分不清楚?

  紫外線並不是一個樣兒。照射在人體上的紫外線95%是長波紫外線(UVA),這是能量最弱、波長最長(3200 ~ 4000埃)的一種紫外線,我們有時甚至能看到它呈現出紫色。用棱鏡將陽光色散形成七彩光譜,邊緣處看起來紫色最深的部分(也就是紫光馬上消失之前,顏色稍微變暗的地方)就是UVA。從理論上講,UVA與惡性黑色素瘤有關,但是總的來說它還算安全。然而,只要波長再稍微短一點點,危險的程度就會大幅上升。就算人眼能看到紫外線,我們也難以從外觀上區分波長3000埃與波長3200埃的紫外線。波與波之間的距離只不過縮短了那麼一點點,波長3000埃的紫外線曬傷速度就比波長3200埃的要快80倍!

  短波紫外線(UVC)波長極短(2000 ~ 2800埃),是最強大、最致命的一種紫外線。UVC不僅致癌,還能快速滅菌(見文章《除了紫外線,這些光也可以殺死病毒》)。幸運的是,大氣層非常有效地阻擋了UVC,每3000萬年才會有一個UVC光子到達地球表面,所以我們不必擔心它會危害我們的健康。(那些熱衷於幻想未來人類開拓外星殖民地的人應該多瞭解一下UVC的特性,任何宇航員在任何地方都沐浴在超強的UVC之下,不論是在火星還是月球。)

  我們的頭號公敵其實是中波紫外線(UVB,波長範圍2800 ~ 3200埃),它是導致曬傷和各種皮膚癌的罪魁禍首。UVB是紫外線中的“金鳳花女生”注[1] ,它的波長不長不短,既具有電離能力,又能穿透大氣層。此外,UVB還有一項看家本領,就是誘導皮膚每分鐘產生1000個國際單位的維生素D。這是非常驚人的速度,而且對我們大有裨益,因為這樣一來,我們用不著在紫外線下暴露太久,也能獲得足量的維生素D。

  如何躲過紫外線的傷害?

  人體接收到的光中,大約1%是紫外線,如果陽光直射頭頂,那麼這個比例還會更大。這聽起來似乎不算什麼,但事實上,這意味著每秒鍾人體要接收100萬兆個紫外線光子。紫外線光子可是個個都有可能導致基因突變的。流行病學家已經發現了一種令人不安的聯繫:一個人終生受到的紫外線照射每增加1%,他患上皮膚癌的可能性就會增加1%,儘管真正致命的皮膚癌似乎主要源自嚴重的曬傷,而不是普通的陽光照射。很顯然,預防的關鍵在於避免曬傷。

  這比聽上去困難得多。紫外線實在是令人難以捉摸,所以充分瞭解紫外線,用知識來武裝自己、保護自己是很重要的。僅僅躲在沙灘傘下面是遠遠不夠的,因為1/3的紫外線會在大氣中發生散射,所以它會從四面八方來到我們身上。由於大氣的散射,你所接觸的紫外線中有一半並非直接來自太陽,那些已經被散射在空中的紫外線防不勝防。如果你在戶外,那麼躲在陰涼處是不足以防止曬傷的,所以,在夏季,很多自以為足夠小心的沙灘遊客還是會把肩膀和臉曬得通紅。不論你是在太陽下還是在陰涼處,周圍的環境都有可能讓你曬黑或者曬傷。乾燥的沙子會反射12%的紫外線,潮濕的沙子會反射5%的紫外線,所以挑選到合適的地點鋪沙灘墊,你就能大大降低被曬傷的可能性。漲潮的地方有海浪,周圍的沙子是潮濕的,所以在這種地方待著不容易被曬傷。植被能夠吸收幾乎所有的紫外線,將很少的一部分反射出去。因此,和在海灘上玩耍時相比,你在草地上野餐的時候能暴露在較少的紫外線下,另外,你需要應付的是螞蟻而不是沙蠅。你可能已經注意到了,人在颳風的天氣里更容易被曬傷。這是因為水在平靜的時候通常會吸收紫外線,然而一旦有起伏波動,水對紫外線的反射效果就會變得更顯著。因此,在湖邊或者河邊野餐的時候,風平浪靜的日子更加安全。

  提到紫外線和暴曬,我們馬上就會聯想到海灘,然而事實上積雪對紫外線的反射率更高,甚至是乾燥沙子的6倍。照在積雪上的紫外線80% ~ 90%會被反射,這麼一說,你肯定會覺得滑雪的人容易被曬傷。其實也不一定,這和他們滑雪的時間有關。

  在一天之中,紫外線的強弱取決於時間和太陽高度。太陽下山時,光線穿過的空氣量會增多。這是因為下層大氣比上層更加稠密,視線較低時,下層大氣對我們的影響很大。我們用具體的數字來看一看:以光從正上方直射穿過的空氣量為參照,位於天空三分之一高度(30度)的光要穿過雙倍的空氣量,而落日的餘暉則要穿過14倍的空氣量。因為大氣能夠過濾紫外線,所以空氣越稠密,通過的紫外線就越少。每年4月下旬到8月中旬的上午11點到下午3點都是太陽高度很高的時間段,你可能會在一個小時甚至更短的時間內被曬傷。

  在春季和夏季,一天當中紫外線強度最低的時間段是早上5點到9點,以及下午5點到8點。和正午陽光相比,這7個小時里的UVA強度減少了一半,UVB至少下降了80%。雖然這時候的陽光給人的感覺依然強烈,但是並不容易把人曬傷。這段時間里,陽光中紅外線的強度沒有減弱,所以你的皮膚可能暫時被曬紅,但是紫外線很弱,所以你不會受傷,除非你非常白嫩。如果你出身於一個藍眼金髮的家族或者紅髮之家,受到輕微刺激就會被曬傷的話,那麼對你來說,夏天最安全的戶外活動(前提是不需要戴帽子或者塗防曬霜)就是在傍晚時分,在有植被覆蓋的環境中野餐。草叢能夠吸收紫外線,僅將其中的3%反射到你身上。

  讓我們回過頭來聊聊滑雪。因為11月到次年2月這段時間里,太陽高度一直很低,所以就算在外面待一整天,你接收的紫外線的量也是非常少的。但是再往後,太陽的正午高度便日漸上升,每週上升的高度(看起來)相當於兩個太陽的寬度。從3月中旬開始,正午時分的積雪會反射大量的紫外線,所以晚春季節滑雪很容易會造成嚴重曬傷,這在3月下旬尤其明顯。這個時期積雪反射的紫外線導致人體曬傷的速度比12月快了3倍。

  在大霧濛濛的天氣里,紫外線的量會減少一半。當空氣非常潮濕時,曬黑或者曬傷所需要的時間是平時的兩倍。棉質T恤和汗衫能夠阻擋90%的有害紫外線,但是防紫外線效果最好的面料是密織布(例如牛仔布)。儘管顏色的影響不大,但是明亮的螢光黃阻擋的紫外線總歸比柔和的顏色(例如灰色)多一些。

圖1 由於地平線附近的空氣稠密,太陽落山的時候,照在我們身上的可見光和紅外線都會減少,紫外線含量基本降低為零。所以,在太陽下山前的兩個小時里,你不用擔心自己被曬黑或者曬傷 | 圖源:鮑勃·博曼
圖1 由於地平線附近的空氣稠密,太陽落山的時候,照在我們身上的可見光和紅外線都會減少,紫外線含量基本降低為零。所以,在太陽下山前的兩個小時里,你不用擔心自己被曬黑或者曬傷 | 圖源:鮑勃·博曼

  單層玻璃窗能夠阻擋從外面照射而來的半數紫外線,標準的雙層玻璃窗效果更好。假設在戶外1小時就能讓你曬黑,那麼有了普通窗戶的遮擋,陽光想曬黑你就需要15個小時。所以,盡情在家裡享受你夢寐已久的全裸室內日光浴吧,只是要當心附近有沒有猥瑣的鄰居。減少紫外線暴露的辦法用得越多,你就越安全。當冬天太陽高度很低的時候,身處溫室中的你起碼要經過160個小時的正午陽光照射才會被曬傷。

  出行的目的地當然也會影響紫外線暴露的程度。低緯度地區紫外線最強,因為那裡一年四季太陽高度都很高;濕度較低的地方,例如澳州的大部分地區,紫外線也是非常強烈的。你可能還不知道,去海拔高的地方就能多遇到很多紫外線,每上升305米,紫外線強度就會增加4%。因此,儘管科羅拉多的萊德維爾(Leadville)和華盛頓位於同一緯度,太陽高度相同,但是前者所獲得的紫外線照射比後者要多40%。

  雲層在很大程度上也能夠過濾紫外線,這沒什麼可驚訝的。“烏雲密佈的天氣裡通常沒有紫外線,”美國國家航空航天局(NASA)大氣物理學家傑伊·赫爾曼(Jay Herman)在發給我的一封電子郵件中寫道,“正因如此,居住在晴朗的澳州的人患皮膚癌的概率比大多數美國人高很多。”在這裏,雲層的厚度非常重要。陰沉昏暗的雲層可以擋住所有紫外線,又高又薄的卷雲層則對紫外線束手無策。

  其實,保護我們免遭紫外線傷害的最大功臣聚集在10 ~ 56千米高空,它們是由3個氧原子組成的淡藍色氣體分子。臭氧層是地球抵禦紫外線的主要屏障,在海拔24千米處最為稠密。但是這道屏障令人難以置信地嬌貴:空氣中所有的臭氧都沉澱在地球表面,也只有兩枚疊起來的硬幣那麼厚。

  破壞臭氧的化學產品——例如氯氟烴(CFCs,用於氣溶膠噴霧器和製冷劑)和鹵代烷(用於滅火器)——已經被禁用了,但是曾經被釋放出來的有害分子還會在未來幾十年里繼續對臭氧層造成破壞。NASA的物理學家用特殊的衛星監測臭氧層對紫外線的作用,他們預測,臭氧層要到2050年才能回歸正常的水平。在那之前,皮膚白嫩的人要記得遠離正午的陽光,千萬不要在烈日當空的正午跑出去 。其他人也要判斷每天太陽的變化情況,適當考慮塗抹防曬霜。防曬係數(Sun Protection Factor,SPF)代表了這類產品的有效程度。一款防曬乳液上標明SPF10,那就表示,如果當前紫外線的強度能在1小時內曬傷皮膚,那麼塗上它之後,就可以在10小時內阻止曬傷。

圖2 太陽風——太陽上層大氣中帶電粒子的連續流動——激發了距離地球表面將近160千米的空氣原子,形成了美麗的極光。你可以在阿拉斯加中部看到它。無論你身在何處,天空每晚都會發出可見光(由大氣中受太陽激發的原子發出紫外線形成),不過要比白天的光昏暗一些。天空總是在發光!所以,在遠離人造光的鄉村,只要上方沒有葉子遮擋住天空,夜間徒步旅行的人就能夠看清腳下的路 | 圖源:安賈利·貝爾曼
圖2 太陽風——太陽上層大氣中帶電粒子的連續流動——激發了距離地球表面將近160千米的空氣原子,形成了美麗的極光。你可以在阿拉斯加中部看到它。無論你身在何處,天空每晚都會發出可見光(由大氣中受太陽激發的原子發出紫外線形成),不過要比白天的光昏暗一些。天空總是在發光!所以,在遠離人造光的鄉村,只要上方沒有葉子遮擋住天空,夜間徒步旅行的人就能夠看清腳下的路 | 圖源:安賈利·貝爾曼

  大多數防曬霜中含有二氧化鈦或者氧化鋅,這些化學成分能夠反射、散射或者吸收紫外線,並將其作為熱量消耗掉。實際上,SPF30的防曬霜能夠達到SPF90的產品96%的防護效果,也就是說,只要在白天按照需要反複塗抹,使用SPF30的防曬霜也是可以的。

  如果你是長時間在室內工作的人,那麼你也許會慶幸自己幾乎曬不到太陽,進而徹底避免了紫外線所帶來的困擾,但事情並沒有你想的這麼簡單。雖然紫外線對我們的健康存在威脅,但是它也在維持著我們的生命,它還能治癒疾病。不過,生活方式的改變使我們越發難以獲取人體必需的紫外線了。

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