La radiazione solare: i raggi ultravioletti e l'indice UV

Cos'è l'Indice UV? Come funziona la radiazione ultravioletta?

| Redatto da Daniele Izzo

La radiazione proveniente dal Sole è costituita da un lato da un flusso di particelle altamente energetiche costituito principalmente da protoni, elettroni e nuclei di elio (la cosiddetta “radiazione cosmica” o “vento solare”) e dall'altro da onde elettromagnetiche.

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La quasi totalità (circa il 99%) della radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole è composta in larga misura da raggi visibili (la luce), da un’apprezzabile quantità di radiazioni nell'infrarosso (quelli che danno la sensazione di calore) e da una piccolissima frazione di raggi ultravioletti (UV).

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I raggi UV sono la parte più piccola dell’energia in arrivo dal Sole ma è la componente solare più dannosa per gli esseri viventi. Riescono infatti a penetrare in profondità nei tessuti, fino a interferire con il codice genetico contenuto nel DNA delle cellule, con il conseguente sviluppo di forme tumorali, specie della pelle come il melanoma. Ma attenzione perché da quando l’abbronzatura è diventata tanto di moda anche gli occhi sono altrettanto a rischio: possono insorgere infiammazioni dolorose ma reversibili quali cheratiti o congiuntiviti ma anche problemi più seri quali la cataratta che è la principale causa di cecità trattabile. Infine è sempre bene ricordare che esporsi troppo ai raggi UV porta a eritemi (arrossamenti della pelle), a scottature profonde come ustioni e invecchiamento precoce della pelle. In dosi giuste i raggi UV hanno però anche effetti benefici sull'uomo: produzione di vitamina D (è sufficiente esporre le mani per pochi minuti al giorno per stimolare la produzione di una quantità sufficiente di vitamina D in grado di prevenire l’osteoporosi, il diabete di tipo 1 e diversi tipi di tumori), produzione di serotonina (previene la depressione), effetto disinfettante in quanto viene limitata la proliferazione di batteri, cura di alcune patologie dermatologiche (psoriasi, vitiligine, dermatite atopica). Analizziamo ora più da vicino le caratteristiche della radiazione ultravioletta. I raggi UV cadono in una banda dello spettro elettromagnetico con lunghezza d’onda compresa tra 100 e 400 nm (nanometri, 1 nm = 10-9 m) o, equivalentemente, tra 0,1 e 0,4 µm (micron, 1 µm = 10-6 m).

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In funzione della loro energia e quindi della loro capacità di penetrazione nella cute i raggi UV sono suddivisi in:

• UVA:
400-315 nm;
• UVB: 315-280 nm;
• UVC: 280-100 nm.

I più penetranti, e quindi i più pericolosi per gli esseri viventi, sono quelli con lunghezza d’onda più corta, ossia gli UVC e gli UVB, detti anche raggi ultravioletti "duri".

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Grazie all'atmosfera ma soprattutto per merito dell’ozono gran parte dei raggi UV provenienti dal sole vengono assorbiti e retro-diffusi verso la spazio. L’ozono è una molecola composta da tre atomi di ossigeno (O3) che si trova per il 90% nella stratosfera, lo strato atmosferico compreso tra circa 11 e 50 km di altezza. Se portassimo tutto l’ozono presente in atmosfera al livello del mare, ad una temperatura di 0 °C e alla pressione di 1 atmosfera, otterremmo uno strato spesso appena 3 millimetri; ciò nonostante riesce a proteggere la salute degli esseri viventi.

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I raggi UVC sono completamente assorbiti nell'alta atmosfera dall'ozono e dall'ossigeno; la quasi totalità dei raggi UVB (circa l’80-90%) viene assorbita dall'ozono presente in stratosfera mentre la maggior parte dei raggi UVA riesce a passare indenne attraverso l’atmosfera. In sostanza, la radiazione ultravioletta che raggiunge la superficie terrestre è costituita in larga quantità da UVA e solo in piccola parte da UVB.

È chiaro che una diminuzione della concentrazione di ozono avrebbe come impatto negativo un aumento della quantità di radiazione UV in arrivo sulla superficie terrestre e quindi un maggior rischio per la salute dell’uomo. È quanto avvenuto negli anni ’80 quando si scoprì il “buco dell’ozono” ossia un assottigliamento dell’ozonosfera sulle zone polari, dapprima al Polo Sud (nel 1985) e poi qualche anno dopo (1990) anche sul Polo Nord. Le ricerche misero in evidenza che la riduzione dello strato di ozono stratosferico era causata dai composti del fluoro, del cloro e del bromo, gas denominati Clorofluorocarburi (CFC) e Idrofluoruri (HCFC). Tali gas erano prodotti e immessi in atmosfera dall'uomo e sono capaci di distruggere le molecole di ozono anche a distanza di molti anni data la loro stabilità e il loro lungo periodo di permanenza nell'alta atmosfera. Grazie ai provvedimenti adottati a livello internazionale in seguito al protocollo di Montreal del 1987, che imponeva la progressiva riduzione della produzione di CF, il problema della riduzione dello strato di ozono è in via di soluzione. Le previsioni al riguardo stimano che intorno al 2040-2050 dovremmo tornare ai livelli antecedenti agli anni ’80. I raggi UVA rappresentano il 95% degli ultravioletti che colpiscono la pelle, sono presenti tutto l’anno, a tutte le latitudini ed attraversano sia le nuvole che il vetro. Arrivano a penetrare l’epidermide in profondità. Sono i principali responsabili dell’invecchiamento prematuro della pelle: rughe, macchie solari, perdita di elasticità, secchezza. Sono inoltre responsabili di forme cancerogene come il melanoma e il carcinoma cutaneo a cellule basali. Di fatto non provocano eritemi e scottature ma sono in grado di causare danni a lungo termine. Stimolano la riattivazione della melanina preesistente riattivando la reazione dell’abbronzatura. I raggi UVB costituiscono il 5% della radiazione ultravioletta in arrivo sulla Terra, sono più energetici rispetto agli UVA e sono concentrati soprattutto nel periodo estivo, in particolare nelle ore centrali della giornata. Sono loro i responsabili degli eritemi e delle scottature ma causano danni anche a lungo termine aumentando il rischio di tumori della pelle. È possibile conoscere la quantità di radiazione ultravioletta in arrivo su una determinata area della superficie terrestre consultando l’indice UV (sigla internazionale UVI, Ultra Violet Index). L'Indice UV è stato concepito nell'ottica di aumentare la consapevolezza della popolazione sui rischi di una eccessiva esposizione alla radiazione solare ed è stato sviluppato nell'ambito di una collaborazione tra l'Organizzazione Mondiale della Sanità, il Programma per l'Ambiente delle Nazioni Unite (UNEP), l'Organizzazione Meteorologica Mondiale e la Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non-Ionizzanti (ICNIRP). Più è alto il valore dell´indice, maggiore è il potenziale di danno per la pelle e per gli occhi e minore è il tempo necessario perché detto danno si verifichi. L'Indice UV varia da 0 (durante la notte) a 15 o 16 (ai tropici con sole allo Zenit). Alle nostre latitudini la scala si ferma a 10. Il Centro Epson Meteo elabora quotidianamente una previsione sull'Italia dell’Indice UV.

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Ovviamente la frazione di raggi UV che raggiunge la superficie terrestre subisce una notevole variazione sia nel tempo e nello spazio, anche e soprattutto in funzione delle condizioni meteorologiche. Ecco, al riguardo, un elenco dei fattori dai quali dipende la dose di raggi ultravioletti in arrivo al suolo:

• 
ora del giorno: il 20-30% circa degli UV arriva tra le 11 e le 13 locali mentre il 75% del totale è concentrato tra le 9.00 e le 15.00. Quando il Sole è alto sull'orizzonte i raggi compiono infatti un percorso più breve dentro l’atmosfera, minimizzando in tal modo l’assorbimento da parte dell’aria;
• stagione: nelle regioni temperate gli UV raggiungono la massima intensità in estate e la minima in inverno; quando il sole è più alto nel cielo il tasso di raggi UV è maggiore mentre è decimante trascurabile quando il sole è basso all'orizzonte;
• latitudine: il flusso annuale di raggi UV è massimo all'Equatore e minimo ai poli;
• nuvole: in generale le nubi diminuiscono la quantità di energia solare in arrivo. Un cielo con nuvole sparse o velato da nubi alte e sottili, attenua appena del 10% l’intensità dei raggi UV. La frazione in arrivo al suolo si riduce del 25 % circa con cielo molto nuvoloso ma con cielo coperto l’attenuazione raggiunge il 70 % circa;
• altitudine: con la quota la radiazione ultravioletta aumenta notevolmente di intensità. Ad esempio, in estate a 2000 metri la radiazione UV “scotta” quasi il triplo rispetto alle aree di pianura, mentre in una settimana trascorsa sempre a 2000 metri in luglio si riceve la stessa dose di UV assorbita in tre mesi al mare. In inverno gli UV si riducono, rispetto all'estate, di otto volte circa in montagna e di sedici volte in pianura;
• riflessione: la parte riflessa dalla superficie terrestre e dai mari è generalmente bassa (inferiore al 7%), tuttavia il tipo di superficie può fare davvero la differenza: manti erbosi e specchi d’acqua riflettono meno del 10% della radiazione in arrivo, la sabbia riflette circa il 25% dei raggi UVB incidenti, mentre la neve fresca arriva a riflettere circa il 80%.

Ecco perché in montagna i raggi ultravioletti sono particolarmente insidiosi: all'effetto riflessione da parte della neve si aggiunge infatti anche l’effetto altitudine. Nella comunicazione dei valori assunti dall'indice UV, vengono usualmente definite delle categorie di esposizione a cui è associata una scala cromatica.

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È bene sottolineare che non è sufficiente conoscere il valore dell´indice UV per una corretta valutazione del rischio del danno alla pelle perché l’altro fattore fondamentale da tenere in considerazione è il proprio fototipo, come viene evidenziato nel nostro approfondimento del nostro meteorologo Daniele Izzo:


Indice UV e fattore di protezione delle creme solari

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