充满杀机的明媚阳光

2017-07-13 02:28魏科

百科知识 2017年13期

魏科

蓝色纯净天空在我们的眼中，具有一切美好的象征和寓意，常会令人觉得心情舒畅。然而，你不知道的是，抬头看到的蓝天，其实充满了危险。

致命的太阳光

6亿年前，太阳照射着的地球一片死寂，没有鸟鸣没有花香，更没有狼虫虎豹，实际上，连成片的森林和草地都没有，荒凉沉寂，站在海边也看不见鱼群遨游、鸥鸟飞翔。甚至可以说，那时候的地球是个危险的星球，即便是今天的人类回到當初，也难以生存，可能还会认为它不是一个宜居星球。

造成这一局面的元凶来自于我们头顶的天空——太阳光线直接照射地面和海洋，所到之处几乎没有生命可以幸存下来。当时，大气中的臭氧层还未形成，太阳光穿过大气层，其中的紫外线几乎未经任何阻拦和削弱，也正是这些强烈的紫外线对生命构成巨大威胁和挑战，引起了生命的消亡。

我们知道，太阳光包含了极为宽广的连续光谱，是多种不同波长的电磁波的混合，其中99.9%的能量集中在可见光、红外和紫外的波段区域，顾名思义，可见光是我们肉眼可见的光线，紫外和红外都是肉眼不可见部分，正是紫外线的过量照射会对人类健康造成极大威胁。

研究表明，紫外线辐射能够破坏皮肤细胞的DNA，过量的紫外线辐射可引起皮肤细胞基因变异和皮肤癌。世界卫生组织和美国卫生及公共服务部都把紫外线辐射作为致癌物来看待。紫外线辐射被看作是引起非黑色素瘤细胞性皮肤肿瘤（NMSC）的主要诱因，这一系列皮肤癌包括基底细胞癌（BCC）和鳞状细胞癌（SCC）。对于白色人种而言，紫外线辐射是皮肤恶性黑色素瘤的主要诱发因素，这是皮肤癌里最致命的一种。

对人类而言，紫外线辐射过度暴露的主要健康风险包括以下几种：

第一，造成太阳灼伤或引起皮肤的其他变化，也即太阳灼伤引起皮肤变红、脱皮、严重和疼痛的水泡;第二，导致人眼晶状体白内障，最终使得晶状体浑浊而致视力下降及失明;第三，引起皮肤癌。紫外线辐射可以造成几种非黑色素型的恶性皮肤肿瘤;第四，使人罹患皮肤恶性黑色素瘤。这是一种非常严重的癌症，可在过度暴露于太阳之后的许多年里发生。

太阳辐射的紫外线波长范围可以分为三个波段：紫外线A（UVA，波长为320～400nm）、紫外线B（UVB，波长为280～320nm）和紫外线C（UVC，波长为100～280nm），波长越短，对生命的威胁和损伤越大。紫外线在短波方向的邻居是我们都很熟悉的X射线。X射线照射后的生物体会出现细胞受损或坏死等情况，所以医院里的X射线胸透间有层层保护，并且照射从来都是短时、瞬时，因为长期照射会引起机体生理和病理等的改变，最终导致生物体死亡。与X射线相比，紫外线照射是长期的，累计效应非常强：在紫外线C所照射之处，几乎没有生命。

在紫外线的三个波段中，除了UVC具有致命的危险外，UVB和UVA对健康的危害同样不可小觑。UVB作用于皮肤表层，时间稍长，就会引起皮肤发红、晒伤、脱皮，甚至诱发皮肤炎症反应，造成皮肤表皮层细胞的损伤。UVB是引起皮肤癌的关键因子。UVA穿透表皮的能力比UVB强，可以穿过表皮，到达真皮层甚至皮下组织层，因此是引起皮肤晒黑、老化和起皱纹的主要辐射因素。晒黑的皮肤源自于紫外线对皮肤DNA的损伤，皮肤变黑主要是身体主动调节阻止进一步DNA损伤的策略，这些变化都有可能引起皮肤癌的发生。这是科学家不久前才认识到的，UVA可能会在皮肤基底层引起角质细胞的损伤，UVA对皮肤癌的发展可能也有促进作用，有助于扩大UVB的影响，因此也是触发皮肤癌的因子。

臭氧层保护伞

虽然紫外线如此危险，地球上的生物却是幸运的，因为在我们头顶有一个遮阳伞——臭氧层。大概在6亿年前，地球大气形成了可以有效保护生物的臭氧层。当时，大气中的氧气含量只是现在大气氧含量的10%左右。尽管氧气稀薄，臭氧层薄弱;但是，依然为生命提供了最基本的保证。生命终于可以从深海走向浅海，从浅海走向陆地，并迅速在陆地上繁盛起来。之后，绿色植物疯狂占领了地球陆地的所有可能区域，强烈的光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，使得大气中的氧气含量逐渐增长。这些增加的氧气通过光化学作用，进一步提高了平流层的臭氧浓度。

目前，臭氧层在平流层（10～50千米范围内），其中在20～30千米的大气中存在臭氧浓度最大区域。经过高层大气和臭氧层，100%的致命UVC被滤除;绝大多数（95%）具有危害性的UVB得到滤除，只有少部分到达地面;而UVA基本上不受臭氧层的影响，95%的UVA最终可以达到地球表面。

随着臭氧浓度增加，臭氧层的保护作用不断增强，更多的致命性紫外线被挡在臭氧层之外，地表日渐成为宜居之所，这为地球生物的繁盛创造了条件。在距今大约5.41亿年前，地球几乎突然地在短时间内出现门类众多的生物，地球历史上第一次出现了生物繁荣的景象。在此之前，地球上的主导生物是海洋里的三叶虫;在此之后，节肢、软体、腕足、环节、蠕形、海绵、脊索动物等大量出现，开启了地球上的生命大爆发阶段，地球上的生物一发不可收拾，进入快速演化阶段，这一过程被称为“寒武纪生命大爆发”。到距今4亿年左右的时候，海洋已经是鱼类的世界;到距今3.8亿年左右时，海洋里出现顶级掠食者——邓氏鱼，这种鱼长达10米，长着液压钳般的嘴巴，一时绝无对手。与此同时，蕨类植物走向陆地，两栖动物开始拓展生命空间。到了距今2.4亿年前，恐龙横空出世。而在距今6500万年前，一颗小行星撞击墨西哥湾的犹卡坦半岛，恐龙灭绝，哺乳动物开始崛起。将近1000万年前，人类开始出现;8万年前，人类走出非洲。

回顾地球的历史，我们会发现，生命的演变是不断加速的，而这个加速的起点，很有可能就是6亿年前臭氧层的形成，生命开始离开深海，开拓包括陆地和海洋在内的整个地球。随着飞行器和空间运载工具的出现和发展，人类开启了探索宇宙的旅程……从这个意义上说，有无臭氧层决定了生命的空间和形态。

身为现代人类的我们如果回到6亿年前，会发现，那时候大气中氧气的含量很低，我们不仅需要携带吸氧设备，还需要给予全身良好的防护，才能抵御强烈的紫外线辐射。尽管那时的地球上存在液态水，温度可能也合适，人类依然有赖于特殊的宇航服才能在当时的地球上长期生存，并且需要花大力气改造地球大气层，或者等待数千万年至数亿年，让地球大气缓慢演化出臭氧层出来。

事实上，即使有地球大气和臭氧层的保护，紫外线也依然对人类的健康构成极大威胁。世界卫生组织一份名为《太阳紫外线辐射的全球疾病负担》的报告显示，每年有约200万～300万人患非黑色素瘤细胞性皮肤肿瘤，大概有13.2万人患皮肤恶性黑色素肿瘤，每年大概有6.6万人死于皮肤恶性黑色素肿瘤和各种皮肤癌（包括鳞状细胞癌和基底细胞癌）。全球每年大概有1200万～1500万人因为白内障致盲，其中有20%可能是由于強太阳光辐射导致或者加剧的。

对人类而言，头顶的天空依然危险重重。

紫外线辐射量是变化的

紫外线的辐射强度是不断变化的，一天之中，UVB辐射最大的时间段是10～14时之间，尤其是在每年4～10月，以夏季的紫外线辐射特别强。受UVB过度照射后，人体皮肤容易产生红斑，表皮增厚并老化，甚至出现皮肤癌;受UVA的过度照射后，皮肤弹性降低，皱纹增加，老化加速。这些都属于不可复原的损伤。

研究显示，紫外线强度随着海拔升高而增大——海拔高度每上升300米，紫外线辐射强度增加4%。紫外线不仅仅存在于直射的日光中，还存在于下垫面的反射光中，积雪和沙滩的反照率比绿地更强，在雪面和冰面上80%的紫外线被反射，因此人体受到日光和下垫面反射光的同时照射，相当于照射皮肤两次。在积雪覆盖的高山、雪原上如果不加保护，容易引起结膜炎、角膜炎、雪盲症等。虽然云层对紫外线有一定阻挡作用，但是阴天依然有约60%～80%的紫外线能穿透云层，到达地面，即使在雨天，还有20%～40%的紫外线可以到达地表。

图7为我国夏季紫外线辐射量分布图。从该图不难看出两点：其一，紫外线辐射自南向北逐渐减少。在我国东部，南方的海南、两广和台湾地区是夏季紫外线辐射最强的区域，夏季海南的紫外线辐射量比长江下游的上海、南京高30%左右，比华北地区的北京高40%左右，比东北的哈尔滨高出80%。其二，我国紫外线辐射自东向西逐渐增加。同纬度相比，东北没有西北紫外线辐射高，东南没有西南的紫外线辐射数值高，其中青藏高原区域是我国紫外线辐射最强的地区。在青藏高原南部，紫外线辐射比同纬度的长江中下游高85%以上。在太阳辐射最强的7月份，太阳直射北半球，青藏高原南部的紫外线辐射持续飙升，其辐射量会达到长江中下游的两倍以上，高原上的天空澄澈，却也危机四伏。

夏季，我国长江流域雨水充沛，同时云量也大，这些对紫外线辐射有一定遮挡作用;但是，季风降水的特点是年际变化非常大，很有可能今年雨水充沛，明年同期则可能艳阳高照，所以在考察紫外线辐射的年际变率时，人们常发现长江流域是全国年际变率最大的区域：当某年天气晴好干旱的时候，这一区域的紫外线辐射堪比两广和海南;当雨量多云层厚的时候，这一区域的平均紫外线辐射数值与东北相当，所以，这一区域的人们在进行紫外线防护时，最需要看天气预报。

保护伞的破损

过去6亿年里，地球高等生物基本上完全适应了地球上的环境，紫外线也在这些生物的生存中起到重要作用。对人类而言，适量照射紫外线，有助于促进维生素D的合成和钙质吸收，对佝偻病和软骨病有预防和治疗作用，对预防老年人骨质疏松症也有积极作用，所以适当晒晒暖阳也是应该的。

另外，紫外线有杀菌作用，可以直接杀灭病原体，所以在大太阳下晾晒被褥成为南方潮湿天气和梅雨季间隙里最健康的一件事情。适当照射紫外线还有助于增强皮肤的耐晒能力，提高人体对紫外线的抵抗，对白癜风的治疗也有好处。另外还有报道认为，紫外线可以促进皮下瘀斑吸收，防治褥疮、冻疮，治疗营养不良性溃疡。此外，适度照射紫外线还有促溶栓效果，有助于防治早期血栓性闭塞性脉管炎等。所以紫外线在如今成为一种疗法。

人类社会的加速发展，给臭氧层带来了新的挑战。20世纪80年代，英国科学家约瑟夫·法曼首次发现南极臭氧层空洞。这一发现震惊世界，随后的观测进一步证实，臭氧层损耗逐年增加。到了1994年秋季，南极臭氧层空洞的最小值降到92DU，而正常的臭氧读数一般在300DU左右。这意味着，南极臭氧量只有原来的30%。如果按照这一趋势发展，地球上的臭氧层终有一天要彻底消失。

基于对臭氧层重要性的认识，国际社会于1987年9月16日在加拿大东部城市蒙特利尔签订了《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》（简称《蒙特利尔议定书》）。根据该协议，全球政府、企业和社会应通力合作，对可以造成臭氧损耗的物质，主要是CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等5项氟氯碳化物及3项哈龙（HALON，有溴的卤化烷）的生产进行了严格的管制规定。这些物质主要应用于空调制冷、喷雾剂、灭火器等方面。此项国际合作随后不断扩大限制物质清单，并不断加强国际合作，签署了一系列补充协议和修正。今天看来，关于抑制臭氧损耗的国际合作可能是人类历史上最成功的国际合作，目前已基本遏制住了臭氧损耗情况的恶化，并开始有“触底反弹”的迹象。据估计，到本世纪中叶以后，臭氧水平有可能恢复正常。

我国区域紫外线辐射的变化趋势

臭氧层的损耗必然使得更多的紫外线辐射到地表。我国的紫外线辐射也受到臭氧变化的影响。2006年的一项研究显示，臭氧总量与紫外线辐射呈负相关，即臭氧量减小时，紫外线辐射量增加;反之，当臭氧量增加时，紫外线辐射量随之减小。该研究还表明，我国北方、中部和西南大部分地区的紫外线辐射量呈增加趋势。这与臭氧量的损耗密不可分。

此外，由于紫外线辐射的变化受降水和云量的影响，当降水和云量增加时，到达地表的紫外线辐射量减少。在UV与降水云量和臭氧的关系中，越往东和南，也就是降水越多的区域，紫外线辐射越受降水和云量的影响;越往西和北，也就是降水越稀少的区域，紫外线辐射越容易受臭氧变化的影响。

以华南地区为例，这一区域年平均降水超过1200毫米，在1979～2001年间，该地区7月份的紫外线辐射量降低了约10%。同期，该地区臭氧量降低，降水量几乎增加了47%，紫外线和臭氧之间的相关系数只有-0.21，而与降水之间的相关系数达到了-0.87，降水几乎解释了这一地区紫外线变率的75%。但到了华中和江淮流域，降水量降低到800～1000毫米，降水与紫外线辐射之间的相关系数降低到了-0.74，降水只能解释紫外线变率的约50%左右。

由此看来，降水越多的地区，到达地表的紫外线辐射越取决于天气和云量，云量增多、降水增多，紫外线辐射量受到阻挡;而当云量减少、晴天到来之时，紫外线辐射量会急剧增加。在这一区域，要想防晒做得好，看天气预报和紫外线指数预报应该成为每个人的基本技能。

预防太阳辐射

东亚黄色人种和欧美的白色人种对紫外线辐射的敏感程度略有差别，白色人种对紫外线辐射的UVB波段更为敏感。生活习惯和审美上，欧美人喜欢日光浴，喜欢晒黑成小麦色皮肤，然而很大的可能是，还没晒黑，皮肤已经被晒红晒伤了。与欧美人羡慕我们健康的小麦色相反，东亚的美女们喜欢白色肌肤，所谓“一白遮百丑”，但是黄色人种对UVA更为敏感，所以晒了太阳之后，更容易皮肤变黑变老，在太阳照射下，这两种人都觉得自己很受伤。

与此对应，市场针对防晒开发出来各种各样的防晒产品，有些是基于物理原理的，有些是基于化学原理的，大多数是两者并用：基于物理防晒的产品中，通常包含了一些能够反射紫外线的不溶解物质;而基于化学防晒的产品，则通过乳液涂层吸收一部分紫外线。

欧美人为了晒黑，常常会选择把UVB吸收掉，而把引起皮肤晒黑的UVA保留;对于亚洲美女而言，选择防晒产品则需要全波段都反射或者吸收掉。这在防晒产品说明书中可以看出来，如果写着“multi spectrum”“broad spectrum”或者“UVA/UVB protection”，基本上提供UVA和UVB的全覆盖。如果写着“UVB-Screening”，那很大可能是吸收掉UVB，让UVA可以把人晒黑，这种产品可是“日光浴党”的最爱。

在防晒产品上，一般会印有防晒指数（Sun Protection Factor，SPF），其含义是与不涂抹防晒产品相比，涂抹后需要多少倍时间可以使得皮肤被晒红晒伤。涂抹SPF值为15的产品，与不涂抹任何防晒产品相比，需要15倍的时间才可以使得皮肤晒红晒伤。因此，SPF数值为15的产品，能够滤掉93%的UVB;一个SPF数值为30的产品，可以滤掉95%的UVB;如果SPF数值达到50，则98%的UVB会被滤除。各种皮肤癌研究机构推荐产品SPF值起码达到15以上，才能提供基本保护。

以上只是针对UVB，东亚女性更关注把人晒黑的UVA，日本科学家最早研发出专门针对UVA的防晒产品，并发明了相关的防晒指数PA（Protection UVA），防晒效果的高低以“+”来表示，引入“最小持续性黑化量”的概念。与不涂抹任何防晒产品相比，PA+表示需要2～4倍的时间才可以达到最小持续性黑化量，PA++则需要4～8倍的时间，PA+++表示需要8倍以上的时间。在笔者看来，日本科学家发明的这个表达形式还不够好，每次选择前需要先数加号，并且最多只有三个等级，远远满足不了爱美人士的需求，女性朋友们希望“+”越多越好，有需求就会有供给，这几年一大堆PA++++的产品正在汹涌袭来。

所以选择防晒产品，得看好上面注明的是SPF还是PA，如果只有SPF，那很有可能即使涂抹了SPF数值50的产品，也依然会被晒黑。