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紫外線相關資訊

紫外線是什麼

太陽光與紫外線

太陽光是地球上絕大部分生物能量的來源,也是形成臭氧層的原動力,在討論臭氧層的形成以前,對包括太陽光在內的各種射線先加以說明。不同性質的射線在物理學上來說,主要是由於波長不同,從波長最短的宇宙射線(Cosmic Rays)起,依次為加瑪線(γRay)、愛克斯光(X Ray)、紫外線(Ultraviolet Ray, UV)、可見光線(Visible Light)、紅外線(Infrared)、微波(Microwave,也就是家電微波爐所用射線)、無線電短波、中波和長波等。太陽光的光譜從紫外線一直延伸到紅外線,最長波長約為4,000nm。不過以能量分佈來說,主要是在狹窄的可見光線波段約佔50%。其他則為紫外線約佔7%,紅外線約佔43%。

紫外線分類

紫外線係來自太陽輻射電磁波之一,通常按照波長把紫外線分為3類如下:

紫外線分類 波長(nm)
UV-C 100-280
UV-B 280-315
UV-A 315-400

天氣與紫外線

隨著季節不同太陽照射的角度在各地均不一樣,因此紫外線到達地面的強度也會有所不同。最強指數發生在夏季,最弱指數則發生在冬季。同樣地,因太陽照射角度不同,愈靠近赤道區域紫外線指數會越高。

至於天氣而言,雲層是阻擋紫外線到達地面之良好屏障,因此,雲層愈厚紫外線愈難穿透到達地面。

變動中的臭氧層

何謂臭氧層

(一)地球大氣層

地球周圍的大氣層並沒有一定的界限,離地球愈遠,大氣逐漸變為稀薄,以至於近似真空,進入星際太空。1962年世界氣象組織將大氣層依照溫度平均分布劃分為4層,包括對流層、平流層、中氣層及增溫層等。

對流層包括地面附近因不規則地面摩擦產生的邊界層約1.5~2.0公里,由邊界層向上伸展,對流層高度在極區上空約7~8公里,赤道上空可達16~19公里。對流層內,溫度向上遞減,平均每公里約減6.5℃,幾乎所有人類活動及大氣現象均集中在這一層。

平流層的厚度大約在離地面15~50公里左右,平流層下部的等溫現象終止於對流層頂,自此向上,溫度緩慢上升。

平流層向上為中氣層,約在離地面50公里~100公里,溫度隨著高度下降。再往上為增溫層,約在離地面100公里~400公里,溫度再度隨著高度增加。

(二)什麼是臭氧

臭氧(O3)是一種具有刺激性氣味,略帶有淡藍色的氣體,臭氧分子含有3個氧原子,分子式為O3。在平流層中,氧分子因高能量紫外線輻射分解成氧原子(O),而氧原子又與另一氧分子(O2)結合生成臭氧。平流層中,臭氧生成的過程如下:

  1. O2+UV(波長小於240nm)→O+O(產生氧原子)
  2. O +O2 →O3 (生成臭氧)

在對流層中,臭氧可能由於人為污染物的排放,包括氮氧化物、碳氫化合物等,經過日光照射後產生光化學反應,生成臭氧。此外亦可以在空氣中或純氧氣中供給高電壓,以人工方式製造臭氧。

由於臭氧具有很強的氧化能力,因此有人用於淨化空氣或飲用水等殺菌消毒及除臭。但因臭氧會刺激上呼吸道黏膜、眼睛、氣喘及造成肺功能減退等,對人體健康有不良影響,因此由空氣污染物二次反應產生的臭氧,已成為環保單位管制的對象,管制的方法包括削減氮氧化物及碳氫化合物等,所以在使用人造臭氧時,必須留意控制,不要讓過量的臭氧逸入空氣中,以免影響人體健康。

(三)臭氧層與紫外線

平流層中氧分子吸收了紫外線而分解為氧原子,氧原子再與氧分子結合成臭氧。此時臭氧再吸收紫外線分解成氧原子與氧分子,氧原子再與氧分子結合形成臭氧。整個臭氧吸收反應過程,臭氧並未消耗,只是把紫外線吸收後變成熱能,這也是為什麼在平流層裡,溫度會隨高度而上升的主要原因。臭氧吸收紫外線轉成熱能的過程,也就是保護地球表面免受紫外線過度傷害的機制,我們稱平流層中的臭氧為臭氧層。

那麼臭氧層有多厚呢?據估計如果把平流層的臭氧放在0℃及一大氣壓下,這時候得到臭氧層的厚度不過數公釐而已。因此在計算臭氧層厚度係以0℃及一大氣壓下0.01公釐厚度稱為1DU(Dobson Unit),1DU約為2.7×1016分子/平方公分。

 

臭氧層破洞

根據調查顯示,自1978年開始的10年內,全球各緯度平流層的臭氧含量降低約1.2%至10%不等,南極上空則是臭氧被破壞最嚴重的地區,甚至在春季期間更會出現所謂的「臭氧洞」(Ozone Hole)。

若因人為活動及工業污染等造成臭氧層破洞因素持續存在,在21世紀末,平流層臭氧含量將大為降低,屆時,人類將會面臨一場空前的浩劫!

(一)臭氧層破壞的情形

從世界氣象組織研究報告中發現:位於加拿大、中歐、日本的臭氧觀測儀器在過去20年來,每年平流層的臭氧含量平均遞減約1%,且不同高度的臭氧遞減率並不相同。1995年在南極圈上形成了一個和歐洲一樣大的臭氧層破洞;1996年3月的報告指出,北半球的臭氧濃度也正急速在下降中;1996年9月至10月間的南極曾出現一個臭氧層破洞,其面積超過了2,200平方公里,約歐洲面積二倍的臭氧破洞;1997年4月的報告指出,北極臭氧層比前一年同期約減少了15%~25%,受害最深的區域包括了北極與西伯利亞。臭氧層是地球的防護面紗,當它越來越薄,破洞也越來越大的時候,地球上的生物與環境會受到多大的影響呢?

(二)為什麼臭氧層會有破洞?

臭氧於平流層中,藉由紫外線照射而產生,形成可以保護地球的臭氧層,但臭氧層高高在上為什麼會受到破壞呢?

1970年荷蘭科學家郭祿貞(Paul Crutzen)指出有些耐久的人造物質很可能損害臭氧層。1974年美國科學家馬林納(Mario Molina)及勞倫(Sherwood Rowland)證實噴霧罐及家電中如冰箱等所用的氟氯碳化合物(Chlorofluocarbons,簡稱CFCs)足以嚴重破壞臭氧層。以常用做冰箱和冷氣機冷媒的Freon-12為例,分子式為CCl2F2。經太陽光分解後會產生氯原子 (Cl)如下:

CCl2F2 +hν→CClF2+Cl

氯原子破壞臭氧後產生一氧化氯如下:

Cl+O3→ClO+O2

這個一氧化氯和氧原子經下列反應後,回復成為氯原子,又可以重覆破壞臭氧工作:

ClO+O→Cl+O2

據估計每一個氯原子,在它的平均壽命中,約可破壞十萬個臭氧分子。如果照現況延續下去,到2050年時臭氧層預估將減少16%,地球上因強烈紫外線肇致的疾病將大量增加。如臭氧層破壞達30%,前面提到過的各類紫外線都能夠達到地面,後果將不堪設想。

表一顯示目前使用中的CFCs及其相關性質。以壽命來說,最長的是Freon115,長達380年,壽命較短的Halon-1211也有52年,飄浮到臭氧層絕對是足夠有餘。如表2.2.2所示這些化合物對臭氧的破壞力,也不儘相同,相差可達10倍以上。

CFCs主要是由北半球工業國家所排出,在北半球大氣中的CFCs濃度也高於南半球,但為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在其他地方?顯然南極特殊的地理環境和氣候狀況,與臭氧洞的形成有密切關聯。

冬季在極區上空平流層形成的渦旋阻斷了空氣的交換,造成極低溫狀態(低於-80℃),這種極低溫有助於極性冰晶雲產生。氟氯碳化物經過化學反應形成ClONO2、BrONO2和HCl等化合物,被吸附在冰晶表面。當早春陽光出現時,這些化合物被轉換成化性活潑的Cl、Br或ClO、BrO以驚人的效力造成O3大量損耗。雖然自1988年起,北極地區冬春季期間亦出現類似O3破壞情形,但沒有南極嚴重,原因有二:

  1. 北極地區平流層溫度很少低於-80℃ 。
  2. 北極地區平流層氣旋在陽光出現前通常已經消散,帶著O3的空氣可進來,補充流失的O3

(三)什麼是氟氯碳化合物(CFCs)

氟氯碳化合物就是破壞臭氧層的元凶。俗稱的氟利昂(Freon),約在1930年代開始製造,由於穩定性高,具有不自燃、不助燃也不易起化學變化,以及對人體傷害較小等優點,因而使用遍及各種工業及日常生活用品。然而也因其化性穩定,因此必須上升到平流層後才會分解,造成臭氧層的破壞。

氟氯碳化合物最大的用途是作為冷媒,如冷氣機及冰箱等電氣產品;另一用途則用作噴霧罐推進劑,如美髮用品、殺蟲劑或油漆等;亦可用作發泡劑,如保麗龍;或電子產品零件之清潔劑。使用量最大者,包括CFC-11、CFC-12及CFC-113等三種原料,使用範圍包括:

  1. 發泡劑:
    硬質PU發泡、軟質PU發泡、聚苯乙烯(PS)發泡及PE發泡等,如CFC-11。
  2. 冷媒:
    冷凍機、冰箱、汽車、空調用冷媒,如CFC-11、CFC-12。
  3. 清洗劑:
    印刷基體電路板、半體導體材料等電子零件及光學零件清洗劑,如CFC-113。
  4. 噴霧劑:
    化粧品、醫藥品、清潔用品等需要推進之噴霧裝置,如CFC-11、CFC-12。

此外,海龍(Halon)也是全鹵化氟氯碳化物,因具有特別的防火效果,常作為許多需要防火安全場所的滅火劑。然而,由於海龍破壞臭氧的能力更甚於CFCs,所以在使用上更值得關切。

(四)蒙特婁公約

基於繼續使用CFCs等化學物質,將導致地球臭氧層被破壞之共識,聯合國環境規劃署(UNEP)召集世界各國共商對策,1985年共有28個國家於維也納達成保護臭氧層協議(Vienna Convention),並決定研議一國際管制公約以補該協議之不足。1987年9月16日再於加拿大蒙特婁市舉行國際會議,並由全世界26個國家共同簽署「蒙特婁破壞臭氧層物質管制議定書(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)」,管制氟氯碳化物使用之國際公約,於1989年1月起正式生效。而後,為挽救日益惡化之臭氧層,於1990年6月在倫敦召開之蒙特婁議定書締約國第二次會議,對議定書內容作了大幅修正,其中最為重要者即為擴大列管物質,除原先列管之CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項及三項海龍外,另增加CFC-13等10種,四氯化碳及三氯乙烷,計12種化學物質,並加速管制時程,提前於2000年完全禁用氟氯碳化物、海龍及四氯化碳。由於臭氧層仍日趨惡化,1992年11月在丹麥哥本哈根召開之第四次締約國大會,決議將氟氯碳化物禁產時程提前於1996年1月起實施,而消費量除必要用途外應減為零。我國身為國際社會的一份子,已訂定管制削減時程,加強列管化學品之管制使用,並積極研發替代品以順應此一世界性的環保潮流。

由於政府及產業的共同努力,使得我國列管物質消費量削減情形,一直符合蒙特婁議定書的規定。1994年開始,已將海龍的消費量降為零,而1996年開始,亦成功地將其他CFCs列管物質消費量降為零。

 

人類活動與環境變遷

自從工業革命以來,經濟發展一日千里,人類生活水準亦不斷提高,對於能源的需求也大幅增加。各種工業產製過程或使用後棄置等造成的污染,卻也不斷破壞了人類賴以生存的環境生態,前面我們介紹氟氯碳化合物的使用,造成臭氧層的破壞,使得紫外線到達地面的強度增加,已成為全球人類所必須面對的問題。事實上,肇因於人類所產生污染排放的全球性環境問題,還包括溫室效應及酸雨等,值得大家深入關心。

(一)溫室效應

所謂溫室效應係指大氣中溫室氣體,主要包括二氧化碳、甲烷、氟氯碳化合物等,據估計約有1/2到3/4的溫室效應來自二氧化碳。1980年開始,科學界逐漸証實,由於人類長期使用化石燃料,使得溫室氣體在大氣中的濃度逐年上升,破壞地球自然熱的平衡,使得平均氣溫昇高,致使氣候改變,南北極冰層溶解,海水水位隨之上升,沿海陸地,城鎮或島嶼將遭受海水淹沒的威脅。聯合國於1992年通過「氣候變化綱要公約」,同年在巴西里約「地球高峰會議」上,有155個國家簽署,並於1994年3月生效。目前已有超過165個締約國認可。接著於1995年及1996年在德國柏林與日內瓦召開第一次及第二次締約國大會,而最近1997年在日本京都召開的第三次締約國大會所提出的「京都議定書」,則將所有人為溫室氣體排放納入要求削減,以遏止全球氣候繼續惡化。

(二)酸雨

雨水酸化的問題在我國早已不陌生。正常的雨水酸鹼值大約在5.6,然而受到人類排放空氣污染物中氮氧化物及硫氧化物氧化後產物之影響,使得雨水pH值低於5.6,稱之為酸雨。酸雨可能造成地面水酸化,魚貝類死亡;土壤酸化,影響植物生長,造成森林受損;建築物腐蝕及變色等。據估計造成雨水酸化主要原因有2/3來自二氧化硫,1/3來自氮氧化物。除了以酸化的雨水降落地面外,空氣中酸性物質也可以其他形態降落地面或水面。因此,一般以酸性沈降來包括所有酸性物質之沈積。因為酸性沈降會隨大氣移動,造成跨國性的環境問題,因此需要國際間互相合作,共同減少空氣污染物的排放。一般而言,減少二氧化硫較容易進行,成本亦低,而控制氮氧化物排放則較為困難。

其他如熱帶雨林減少、沙漠化、有害物質流布及生物多樣化減少等,均為人類活動所造成全球性環境問題,有待全體人類不分國界共同努力,以求世代永續發展。

 

常用的CFCs性質

名稱 生命期(年) 相對臭氧破壞係數
冷媒Freon11(CFCl3) 62 1.0
 Freon12(CF2Cl2) 130 1.0
 Freon113(C2F3Cl3) 90 0.8
 Freon114(C2F4Cl2) 180 1.0
 Freon115(C2F5Cl) 380 0.6
海龍Halon1211(CF2BrCl) 52 3.0
 Halon1301(CF3Br) 110 10.0

紫外線與健康關係

身體成長

(一)維他命D3

適當的紫外線照射,對健康有正面的影響,那是因為紫外線會和儲存在皮膚裏的膽固醇發生反應,而產生維他命D3;那維他命D3可以做什麼呢?維他命D3可以增強我們對鈣和磷的吸收,這二種元素都是構成我們骨骼的重要成份,所以一個缺少維他命D3的人(光合成維他命),也就是白白的,很少曬太陽的人,骨頭就不好了,可能太軟,也可能很容易就發生骨折!所以少量的照射反而是好的哦!你有沒有記得要去曬太陽呀?

醫學用途

紫外線亦可作為醫學上使用,例如利用紫外線殺菌、消炎,可幫助傷口復原、治療結核病等用途。通常利用短波長的紫外線(波長約在250~260nm),可以破壞染色體的特性,來消毒或殺菌。部分飲用水,也可以利用紫外線來消毒,就是利用紫外線的這個特性。

 

皮膚

(一)皮膚曬傷

臭氧層的持續破壞,造成有害的紫外線(UV-B)增強,在澳洲、美國等地區皮膚癌的病患愈來愈多。在沒有任何的防護措施下,皮膚經紫外線直接照射,當紫外線指數達過量級標準時,假設你在太陽下活動,穿著短袖衣服而沒有使用防曬乳液、戴上帽子或撐傘等防護措施,那麼在20分鐘之內就可能曬傷;然而,皮膚對紫外線的反應會因人而異,一般而言,膚色愈淺的白種人愈容易受紫外線傷害。1997年5月美國大力提倡「兒童時期的太陽,成人時期的皮膚癌」的觀念,原因是18歲時太陽光對肌膚所造成的傷害已然形成,並將成為日後皮膚病變之原因。

(二)皮膚病變

在陽光曝曬下,紫外線容易引起皮膚細胞的病變,造成日光性角質化,使皮膚變厚、變紅及變得粗糙,容易發生的部位為手、手前肘及頸部,在曝露的時間及次數持續加長下,則可能導致日光性角化或更進一步產生鱗狀上皮細胞癌、基底細胞癌甚至黑素瘤的產生。

 

眼睛

(一)眼睛的防護作用

就眼睛方面而言,基本上紫外線對眼睛沒有任何益處,但是許多長期與急性的影響是可以預防的。眼睛有天然的保護紫外線輻射的作用,眼球的棋向排列方式,眼窩的凹陷構造,可以有效的減少全天域的紫外線輻射量。當眼臉遇到強光,會有自然的貶眼反射動作,提供進一步的保護作用。

(二)眼睛的傷害

紫外線對眼睛的傷害大多發生於水晶體及眼部周圍,容易導致眼部周圍皮膚癌、視網膜的變質與退化,嚴重者更可能造成水晶體透明度損害,可能造成失明。

紫外線造成急性角膜表皮性點狀病變,通常在曝露6小時內發生。例如電焊工作時沒有戴用適當的防護鏡,或者長期在雪地或海濱紫外線反射光強烈的地方活動,眼睛會有疼痛、流淚、畏光、紅腫及視力模糊等症狀。

(三)白內障

紫外線與白內障的關聯性是最常被相提並論的,白內障係指水晶體混濁的現象,引起視力障礙。過度的紫外線曝曬會導致眼球內水晶體蛋白質氧化變性,造成水晶體混濁而影響視力。

白內障手術後的患者,由於少了原有的水晶體過濾紫外線的作用,更容易引起視網膜及黃斑部的病變,雖然現在有可以抗紫外線的人工水晶體植入眼內,手術的病患仍然應隨時注意紫外線的防護。

 

免疫系統

紫外線會抑制細胞的免疫能力,造成DNA破壞、氨基酸同質異構與維他命快速代謝。在陽光的曝曬下,紫外線會導致白血球的抵禦功能降低,造成免疫系統傷害。即使是深色肌膚的人亦容易損傷其身體的免疫機制。

免疫系統的傷害會局部性地出現在皮膚,也會有系統地出現在全身,嚴重者會造成癌症的發生。

如何避免紫外線傷害

紫外線指數

(一)紫外線指數

由於紫外線的輻射量與太陽的角度有密切的關係,在日正當中(太陽天頂角為0度)時,紫外線輻射的強度最大,為保護民眾免於紫外線的傷害,目前將每日的「紫外線指數」定義為午時所計算出來的輻射量。

(二)紫外線指數分級

目前我國依據紫外線對人體健康的影響將紫外線指數(UVI)分級:其中指數小於等於2的為低量級、指數3~5為中量級,指數6~7為高量級,指數8~10為過量級,指數大於等於11以上則為危險級。

 

天氣與紫外線指數

(一)影響紫外線強度的因素

太陽照射的角度因季節而不同,夏天太陽入射角度較高,輻射較強。以北半球為例,最強的紫外線強度發生於6月至8月。最弱的紫外線強度發生於12月至2月。依地理位置,由於太陽角度的不同,愈靠近赤道的區域,紫外線級數愈高;此外雲量、臭氧層厚度及空氣污染等因素亦會影響紫外線強度。

(二)雲量與紫外線指數分級

依據紫外線長期監測結果顯示,夏季白晝天氣與紫外線指數大致的簡易辨別關係為,大雨至陰天紫外線指數屬於低量級,陰到密雲天氣紫外線指數屬中量級,密雲至裂雲的天氣紫外線指數屬高量級,裂雲至疏雲的天氣屬過量級,疏雲之晴朗無雲的天氣則屬危險級。春季及秋季由於太陽入射角度較大關係,紫外線輻射強度較夏季弱,各等級及辨別關係則需再下降1-2個指數;冬季則約略向前下降一個等級,大雨至密雲紫外線指數屬低量級,密雲至裂雲的天氣紫外線指數屬中量級,餘類推。

 

紫外線防曬措施

(一)紫外線等級與防護措施

紫外線指數在低量級及中量級間,在1-2小時內的戶外活動並無須採行防護措施,高量級紫外線指數在30分鐘內將對人體造成傷害,如皮膚及眼睛等器官,必須戴帽子、撐洋傘、戴太陽眼鏡或塗抹防曬乳液,盡量待在陰涼處;過量級至危險級紫外線指數在15-20分鐘內將對人體造成傷害,除採行上述的防曬措施外,應避免皮膚直接曝曬,穿著長袖衣物,在上午10時至下午2時最好不要外出。

行政院環境保護署利用紫外線指數UVI來區分紫外線強度,以便於民眾了解,並自1998年7月開始預報隔日紫外線指數,以提醒民眾採取適當防護措施。

(二)紫外線防護常識

中午是紫外線指數最強時候,戴上帽子、穿上T恤或厚衣服等,可減低90%紫外線;此外,在沙灘海邊從事戶外活動時,即使塗抹高指數防曬乳液,亦必須每隔一段時間補抹防曬油或避免長時間於戶外活動。

戴帽或撐傘、太陽眼鏡、長袖的衣服是防止紫外線的最佳穿著,在豔陽下工作, 避免皮膚直接曝曬,請穿長袖衣服及戴有帽簷的帽子以抵禦紫外線的攻擊;另外,防紫外線之太陽眼鏡是保護眼睛的最佳利器,尤其是需要長期在陽光下工作。

當你在豔陽天外出時, 記得一定要用防曬油,若需在豔陽下持續活動,應每2~3小時再抹一次,此外,流汗會讓防曬效果降低﹐儘量定時補抹﹐特別是在海邊的時候,應持續使用防曬油。任何防止傷害的東西都只有部分功效,防曬油亦只有短時間防護效果,應注意防曬或儘量避免在烈日下活動。

雪地和沙灘所反射的紫外線對眼睛傷害更大,雪地反射80%而沙灘也有17%,戴太陽眼鏡需有濾掉紫外線功能,讓眼睛免於紫外線的傷害。

(三)紫外線個人風險評估

俗語說「預防勝於治療」,如何在皮膚發生病變前即透過自我檢查方法,瞭解在陽光曝曬下對自己健康之影響,作為紫外線防曬措施之參考。

【紫外線個人風險評估表】

罹患皮膚癌的風險因個人的皮膚型態、在陽光下曝曬的程度及總量而異。想瞭解自己的皮膚敏感度嗎?請就下列問題回答「是」或「否」。

  1. 我的皮膚很白 是□ 否□
  2. 我很容易長雀斑 是□ 否□
  3. 小時候有兩次以上因曬傷而長水泡的經驗 是□ 否□
  4. 小時候多半住在中南部 是□ 否□
  5. 我曾當過兵,當兵常到戶外 是□ 否□
  6. 我曾需要幫忙種田 是□ 否□
  7. 我是一個戶外工作者 是□ 否□
  8. 我從事很多戶外活動 是□ 否□
  9. 我總是盡我所能地曝曬陽光 是□ 否□
  10. 我的家人患過皮膚癌 是□ 否□

*答「是」的一題給10分。

*如果你做過增黑術或使用太陽燈再加10分。

  • 80~100分 高危群
    建議日後少曝曬陽光,在戶外要塗防曬乳液,並穿戴避免曝曬的衣帽
  • 40~70分 危度略高
    應經常使用防曬乳液,戴帽子,並避免曝曬正午陽光
  • 10~30分 稍具危險性
    應經常注意紫外線指數報導。
     

 

(四)抗紫外線保養品

紫外線中UV-B因會引起皮膚曬傷紅腫,一般防曬化妝品的防曬係數多為延長UV-B造成皮膚曬傷時間的能力來表示;最近則因UV-A可穿透皮膚真皮層而造成皮膚變黑、老化、失去彈性以及易生皺紋等,對於UV-A的防護也愈來愈重視;至於UV-C則幾乎無法到達地面,並未受到重視。

市面上抗紫外線的保養品,依照作用機制可分成二大類。化學性防曬成份為對胺基苯甲酸酯類、水楊酸酯,肉桂酸酯及二苯基酮等,主要作用為吸收紫外線;物理性防曬成份常用二氧化鈦及氧化鋅等,主要作用為反射或散射紫外線。物理性防曬成時,皮膚刺激小,較適合兒童使用,惟市售產品單純使用物理性防曬成份者仍為少數,大多與化學性防曬成份混合使用,以提高防曬效果及增加產品對UV-A的阻隔效果。

各國對防曬係數及標準測定方法尚無統一標準,選購時可多加留意,以下為常見防曬品防曬係數說明:

  1. SPF:太陽防護因子(Sun Protection Factor)為美國系統的防曬係數。防曬效果為SPF*10(分鐘),故SPF15為15*10=150分鐘。
  2. IP:防護指標(Indicia Protection),歐洲防曬係數的標示,IP*1.5=SPF,即IP10=SPF15。
  3. PA+:Protection Grade of UVA,日本厚生省要求日本國產品必須標示其可防止UVA的效能。PA+表輕度遮斷,PA++表中度遮斷,PA+++表高度遮斷。

 

紫外線在自然界中的角色

透過衛星遙測發現,地球上空的臭氧量在最近二十年明顯下降,此現象造成地球大氣圈內紫外線輻射增加,破壞了原始平衡狀態,除了對人類身體健康產生直接威脅外,有害紫外線的增加,已逐漸影響到自然界中生態平衡。

 

紫外線指數分類、曬傷時限與建議防護措施一覽表

紫外線指數 曝曬級數 曬傷時限 防護措施
0~2 低量級    
3~5 中量級    
6~7 高量級 30分鐘內 帽子/洋傘 +防曬液 +太陽眼鏡 +盡量待在陰涼處
8~10 過量級 20分鐘內 帽子/洋傘 +防曬液 +太陽眼鏡 +陰涼處 +長袖方物 +上午10時至下午2時最好不外出
≧11 危險級 15分鐘內 帽子/洋傘 +防曬液 +太陽眼鏡 +陰涼處 +長袖衣物 +上午10時至下午2時最好不要外出

紫外線在自然界中的角色

紫外線指數

(一)動物防護措施

人類為避免紫外線的曝曬,可以採取必要的防護措施,雖然其他陸地上的動物不具備人類的防曬知識,但是牠們亦可採取躲避在洞穴中或地底下、適應環境或演化成在身體表面上帶有鱗片、毛皮等防護措施,以阻擋紫外線。

(二)紫外線對動物的傷害

紫外線對於動物身體影響大多僅於上表皮細胞部分而無法穿透太深的生物組織。一般而言,細胞在照射紫外線後,正常狀況下細胞均有修復的能力,所以不用擔心,但是照射過量的紫外線時,細胞中的DNA修復能力會受到破壞,造成細胞老化,癌化或死亡。大氣中另存在有些化學物質如多環芳香烴化物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs),這些毒性物質在與紫外線產生光化學反應後造成所謂光毒現象,動物長期曝露在此光毒的環境中,亦會導致動物病變或死亡。因此紫外線對動物不止有直接影響亦有間接的傷害。

(三)紫外線對動物的益處

紫外線雖然會對動物產生傷害,但是並非完全有害。如動物受傷時,傷口易受細菌感染,紫外線可以殺死傷口上的細菌減少感染;有些昆蟲眼睛對於光波的感受範圍較廣,因此,紫外光對牠們而言仍是可見光,有助於牠們尋找獵物,而人類也利用紫外光此種特牲,製作紫外光燈來誘捕昆蟲。

 

紫外線對植物的影響

(一)紫外線對光合作用過程的影響

植物在生長過程中必須不斷的進行光合作用以製造養分,在進行光合作用時無可避免地也會接受到紫外線的照射,在正常的環境中植物可以適應這些紫外線的照射,但是自然界中的紫外線若不斷增加,或有害的紫外線強度增加,將會影響植物生化及生理功能而阻礙生長。紫外線並非全是破壞,植物會利用此類輻射,改變生長型態及生理過程,如植物的葉子在經過紫外線的曝曬後,在葉子表面會出現具紫外線吸收與保護的混合物。

(二)紫外線對植物的傷害

紫外線可藉其能量影響生物體遺傳物質DNA結構,引起不正常的結合,如此種異常結構持續存在於DNA中,則會導致細胞分裂受阻而抑制生長。就紫外線波長而言,波長愈短對植物生長影響愈大。

(三)植物對紫外線的防護措施

既然植物在進行光合作用時會受到紫外線的照射,為適應這種環境,一般會採取若干的適應方式。在自然界中,植物經由型態上的改變,如植株高度降低、葉片變厚、葉面面積縮小等,減少對紫外線的接觸與吸收,達到防護的目的。

(四)紫外線下植物的形態

在晴朗的天氣下,觀察室外植物常可見到植物形態有所改變,如植株高度降低,葉片表面面積及氣孔數目減少與葉片彎曲等,在葉片上,也可發現上表皮細胞增厚、色素分子濃度增加及葉綠素分佈改變等現象。

(五)紫外線對作物的影響

紫外線增加對植物的生長可造成許多負面的影響,農業專家較關心作物的栽培是否會因紫外線的增加而影響產量,以國人的主食水稻為例,根據目前的田間試驗結果顯示,紫外線對水稻的產量影響並不大。但須注意的是,田間的生態環境如雜草、病蟲生態也可能因紫外線增加而改變,間接會影響到作物的生產。

 

紫外線對水中生物的影響

(一)水中生物生活形態

水覆蓋地球表面面積約70%,在此廣大的範圍內,水面下的生態比起陸地上應更多采多姿。大氣層內紫外線也會對水中生物生活形態產生影響,如無脊椎的水生動物常於夜間活動,推測此類生物因為對紫外線傷害的修護能力較差,所以多在夜間活動;而對於紫外線傷害有較強修復能力的生物如吳郭魚,大多在水層表面活動,反之如泥鰍多生活在水底泥水中,以避免紫外線傷害。

(二)水中生物的防護

部分水生動物可以利用夜間活動或躲避到陰暗處以減少紫外線的曝曬,有些生物如珊瑚、海葵或水母可經由共生藻或食物中獲得吸收紫外線的物質,避免紫外線的傷害,但是也有部分的生物如蚯蚓對於紫外線相當敏感,只要紫外線的強度稍微增加,即會造成大量的死亡。

(三)紫外線增加造成水中生物減少

浮游生物在生態上屬於生產者,是魚、蝦等水生動物食物的來源,但紫外線增加會造成浮游生物明顯減少,使得魚、蝦等因食物缺乏而減產,許多的海藻亦因紫外線強烈照射抑制光合作用進行,阻礙其生長。根據研究,人類所攝取的動物性蛋白質中,至少有30%是來自海洋生物,如魚、蝦、貝類等,假如因紫外線增加而影響到水中生物減少現象未改變,將會影響到人類營養分的來源。



紫外線對材料物質的影響

我們常可在戶外發現塑膠製品在太陽下曝曬一段時間後,發生變形的現象,表示物質的內部結構已經發生變化。根據目前一些研究發現,太陽輻射對於戶外聚合物的破壞具有相當大的影響,對於高溫地區如沙漠,其破壞速度更快,研究亦發現,聚乙烯在經由紫外線照射後,會降低其拉伸強度,關於這方面的研究,科學家目前仍繼續進行實驗中。

紫外線監測

(一)紫外線儀器監測原理

在太陽輻射中,紫外線的波長是在400nm以下,分成三類包括UV-A,可自由穿透大氣層不受臭氧層的影響; UV-B,臭氧在此波段有很強的吸收帶,若大氣中臭氧減少,則到達地面的UV-B將會增加; UV-C,此段波長完全被大氣吸收,故無法在地面監測到。由於太陽到達地球的短波輻射中,其能量主要集中於可見光的波段中,紫外線波段只佔不到1/10的能量,而地面監測的大部分紫外線輻射能量是屬於UV-A波段的,其能量從400nm起開始緩慢下降至UV-B波段,從315nm起由於臭氧的吸收,能量非常急速下降至UV-C的波段,在280nm時其能量已減少好幾個數量級,只剩下趨近於零的能量。由於紫外線能量小且變化大,故欲長期精密地測量大氣中各波段紫外線輻射能量,是非常的不容易。

量測紫外線的儀器包括2個基本方式,其一為能配合特殊作用光譜而反應,比較實用且可直接提供民眾參考;其二為精確量測各光譜之真正輻射量,則是比較偏向學術研究用途。目前發展出來量測紫外線輻射的儀器,依其感應器之不同,可分為掃描式光譜儀、不連續光譜儀、以及寬波段儀器3類。國內已裝設的監測儀器包括第一類及第三類。

(二)掃描式光譜儀

目前世界各地使用的掃描式光譜儀,以布魯爾分光光譜儀為例,它利用臭氧對紫外光範圍的吸收特性,根據地面觀測的太陽輻射中紫外輻射的強度,可以推算出空氣柱臭氧總量,亦可加裝紫外線監測器配件,進行290nm至325nm各波段紫外線輻射之監測。

此儀器可對紫外線290nm至325nm的波段進行詳細的觀測。作業時利用軟體的控制,從290nm起每隔0.5nm做一個觀測,到達325nm時,再以每0.5nm的間隔遞減回來,所得到各波長的輻射通量密度,經過紅斑作用光譜(Erythema Action Spectrum)的加權計算及積分後,即求得到「危險紫外線輻射量」(Damaging UV values簡稱DUV)。280nm至298nm是紅斑作用光譜中,皮膚致紅最主要的紫外線波段,其加權數值為1,當波長大於298nm時其加權數值快速減少,至400nm時則只剩約萬分之一,所以紫外線的輻射通量密度經由紅斑作用光譜計算後所得之DUV,其值應比原來的輻射值小。而DUV輻射值中,則以UVB波段最為重要。

由於此儀器相當精密,其波譜間隔只有0.5nm,故可以準確的得到各波段的觀測值,但儀器掃描來回一次的觀測需花費數分鐘之久,有時遇到雲層快速移動,則明顯影響觀測所得之波譜分布。由於布魯爾分光光譜儀,在不同的時間可分別進行臭氧總量、紫外線的觀測,每天亦可自動進行水銀燈的波長校驗及標準燈的強度校驗,故此儀器售價頗高,且因操作、校正及維護儀器等所費不貲,因此不適合大量設站,目前全世界約裝置有一百餘套,我國則在臺北及成功各設有一套儀器,並定期與位於加拿大的世界臭氧及紫外線中心交換資料。

(三)寬波段紫外線輻射監測儀

使用普遍的寬波段紫外線輻射監測儀器可用作測量紅斑反應的紫外線波譜儀器。此種寬波段紫外線儀器具有簡便、易於操作及價格低廉等優點。此外,其快速的反應時間(0.1秒左右)亦使其可在任何天氣狀態下進行觀測。然而,此儀器有易受溫度影響且穩定度較差的缺點。此套儀器其測定之原理為光波通過晶體圓罩(Quartz dome)及過濾器後,使欲測的紫外線進入感應器內量測,經過增幅器及溫度訂正後,以直流電壓輸出。此儀器內設計有溫度穩定器,故在攝氏-40至50度的環境溫度下,每度的反應偏差約為1%內。此儀器波譜反應範圍為280nm至400nm,且與皮膚致紅的反應曲線相當一致,所以是量測皮膚致紅之紫外線輻射量的實用工具。

行政院環境保護署於民國1997年已完成5套寬波段紫外線輻射監測儀,預計在1998年再增設10套監測儀器,同時利用2套監測設備進行巡迴檢校,以確保數據品質。

(四)最新紫外線監測結果

紫外線的能量小且受時空變化的影響很大,故欲長期準確地測量大氣中各波段紫外線輻射能量是相當困難。我國已累積10多年的紫外線指數監測結果,已可初步顯示紫外輻射的長期趨勢。

2015年1月~11月間之UVI逐月平均,大致上,冬季時,臺灣北部的UVI偏低,而隨著氣候變暖,南部的UVI明顯增加;夏季則全島出現顯著增加情形。逐漸危險級 (UVI≧11) 出現機率, 用以觀察高UVI的出現情形,其結果顯示:1月無危險級UVI出現,逐漸進入春季,首先以山區的危險級UVI出現較多,主因與紫外線強度會與海拔高度增加有正比關係,隨之出現的為南部及東部地區,北部較無高值可能與東、春季臺灣北部受大陸高壓南下影響。夏季時,全島各地都易出現危險級,以高屏、東部地區出現機率較高。

各測站平均累積輻射量以夏季最高,秋季及春季次之,冬季最低。日累積輻射量以五月至八月較強。在春、秋、冬三季午時工作者所接受的累積輻射量占每日累積輻射量的比率大約為64%~72%,一般上班族(上午8~10時與下午16~18時搭車時間在外活動者)大約為15%~24%,晨跑者(上午6~8時在外活動者)大約為3%~1%;在夏季一般上班族與午時工作者所接受的輻射量十分接近,晨跑者則略低前二者。以整年情況而言,午時工作者平均接受了約60%左右的日累積輻射量,一般上班族20%左右,晨跑者則因地理位置而略有不同的比率,一般為北部低南部高且平地低於高山。

(五)紫外線監測站分布

目前國內紫外線監測共分有環保署與交通部中央氣象局分別辦理,雙方於102年4月底整併監測站,全臺共計34站,環保署所屬測站計有板橋、淡水、桃園、苗栗、沙鹿、彰化、斗六、南投、阿里山、鹿林山(塔塔加)、朴子、新營、橋頭、屏東等14站;交通部中央氣象局所屬測站計有基隆、臺北、鞍部、新屋、新竹、臺中、日月潭、嘉義、臺南、高雄、恆春、玉山、宜蘭、花蓮、成功、臺東、蘭嶼、馬祖、金門及澎湖等20站。

紫外線指數預報自105年1月起由中央氣象局發布,請參閱該局網站(http://www.cwb.gov.tw/V7/forecast/UVI/UVI.htm)。

 

如何取得最紫外線資訊

(一)環保署資料發佈時間

  1. 實際值
    每日環保署會在網路上公布即時紫外線指數監測結果,供民眾查詢。
  2. 預報值
    紫外線指數預報自105年1月起由中央氣象局發布,請參閱該局網站(http://www.cwb.gov.tw/V7/forecast/UVI/UVI.htm)。

(二)紫外線資訊取得方式

  1. 環保署全球資訊網網頁,網址為 http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/UvMap.aspx
  2. 中央氣象局網頁,網址為 http://www.cwb.gov.tw/V7/observe/UVI/UVI.htm
  3. 在智慧型手機或平板電腦等裝置,安裝「環境即時通」App服務。
  4. 報紙、廣播及電視等媒體。

 

曬不到陽光是否就無紫外線

紫外線係來自太陽輻射電磁波之一,若接觸不到陽光應無紫外線(不含人工製)。至於遮光窗廉是否抗uv部份,涉及紫外線強度及穿透能量差異性,也要考量窗廉材質、厚度等,整體而言,應能用來阻隔紫外線。

更新日期:2017/12/04

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