Введение
Жизнь на Земле возникла и существует благодаря лучистойэнергии солнечного света. Если бы на нашей планете не было атмосферы, котораялишь частично пропускает энергию Солнца к земной поверхности, то в полдень наповерхность земного шара падало бы 8,37 Дж на 1 см2 за минуту. Этавеличина называется солнечной постоянной и определена по измерениям внеатмосферы с помощью приборов, установленных на ракетах.
Можно подсчитать, что за одну секунду свет приносит на нашупланету энергию, которая выделилась бы при сгорании 40 млн. т каменного угля.[1]
Костер первобытного человека, нефть, сгорающая в двигателяхмашин, топливо космической ракеты — все это световая энергия, запасеннаякогда-то растениями и животными. Остановись солнечный поток, и на Землю выпадутдожди из жидкого азота и кислорода. Температура приблизится к абсолютному нулю.Семиметровый панцирь из замерзших атмосферных газов покроет земную поверхность.Только иногда в этой ледяной пустыне встретятся лужицы жидкого гелия. [1]
Не только энергию несет на Землю свет. Благодаря световомупотоку мы воспринимаем и познаем окружающий мир. Лучи света сообщают нам оположении близких и отдаленных предметов, об их форме и цвете. [1]
Свет, усиленный оптическими приборами, открывает человеку дваполярных по масштабам мира: космический мир с его огромными протяженностями имикроскопический, населенный не различимыми простым глазом мельчайшимиорганизмами. [1]
Когда великий итальянский ученый Г. Галилей направилпостроенный им телескоп в небо, он открыл мир громадных, ни с чем до того несравнимых протяженностей. Сопоставив движение спутников Юпитера, которое оннаблюдал с помощью телескопа, с движением планет, Галилей на опыте убедился вправильности предсказанной Коперником «системы» мира. Ему удалосьувидеть фазы Венеры, различить отдельные звезды Млечного Пути. [1]
Сегодня построены совершенные телескопы, в которые виднызвезды, светящиеся в миллион раз слабее звезд, различимых невооруженным глазом;найдены способы узнавать по характеру светового потока, какие химическиеэлементы содержатся в излучающем теле, какова его температура, магнитное поле,скорость. [1]
Получается так, что в звездном свете содержатся данные остроении звезды, о составе космического вещества и о многом другом, с чемсоприкасался свет. Разлагая собранный телескопом свет на отдельныесоставляющие, астрономы расшифровали разнообразные сведения, записанные насветовой волне, обнаружили в космосе раньше, чем в земных лабораториях, двахимических элемента — солнечный гелий и звездный технеций. Был установлензамечательный факт. Оказалось, что звездное вещество состоит из точно таких жеатомов, как и земное. [1]
Анализ состава света, испускаемого отдаленными скоплениямизвезд — галактиками, привел к неожиданному открытию: галактики «разбегаются»друг от друга с очень большой скоростью, а это означает расширение нашей Вселенной!
Почти через 50 лет после первых астрономических открытийГалилея голландец А. Левенгук заглянул в каплю воды через изготовленные иммикроскопы и открыл удивительный микроскопический мир. [1]
Почти 300 лет с момента открытия Левенгука световая волна служитдля исследования не видимых простым глазом мельчайших объектов. За это времяученые поняли значение бактерий и зеленого вещества — хлорофилла для жизни,доказали клеточное строение живых организмов, открыли вирусы, создали целыеразделы наук, которые мы смело можем назвать микроскопическими, как, например,наука о клетке — цитология. [1]
Конечно, не только проникновению в космический имикроскопический миры мы обязаны свету. Ничуть не меньше значение световоголуча и в других областях деятельности человека. Оптические приборы, даже еслиони установлены на летящем высоко самолете, определяют сорт нефти, разлитой поповерхности моря. В руках хирурга лазерный луч становится световым скальпелем,пригодным для сложных операций на сетчатке глаза. Этот же луч наметаллургическом заводе режет массивные листы металла, а на швейной фабрикераскраивает ткани. Световой луч передает сообщения, тонко и деликатно управляетхимическими реакциями. [1]
Что такое свет
Свет — это электромагнитное излучение, невидимое для глаза.Свет становится видимым при столкновении с поверхностью. Цвета образуются изволн разной длины. Все цвета вместе образуют белый свет. При преломлениисветового луча в призме или капле воды весь спектр цветов становится видимым,например, радуга. Глаз воспринимает диапазон т.н. видимого света, 380 — 780 нм,за пределами которого находятся ультрафиолетовый (УФ) и инфракрасный (ИК) свет.[1]
Глаз хорошо приспособлен к встречающимся в природе большимколебаниям освещения, таким как, свет луны = 1 люкс, яркий свет солнца = 100000 люкс. При искусственном освещении нам приходится, как правило,довольствоваться меньшими колебаниями, такими как, общее освещение ок. 1 — 200люкс, рабочее освещение 200 — 2000 люкс (для офисного освещения рекомендуетсяне менее 500 люкс). [2]
Видение основывается на свете, глаз любопытен, он ищет света,чтобы видеть. Из всей информации мы принимаем 80% через глаза. Поэтому можносказать, что свет всегда о чем-то повествует. При входе в помещение, наш взглядобходит его под руководством света, и он рассказывает нам о помещении, егоформах, цветах, архитектуре, интерьере, предметах декорации и т.д. При хорошемосвещении глазу легко и приятно видеть. [2]
С точки зрения видения качественные свойства света частоважнее, чем количественные. Качественные свойства света: не ослепляет — прямоеослепление — косвенное ослепление = блеск — хорошее воспроизведение цвета — блестящий контраст — правильная цветовая температура — не сверкающий свет. [2]
В отношении ослепления можно говорить о хороших и плохихлюксах. Например, при езде на машине, свет собственных фар — «хорошиелюксы», потому что он помогает нам видеть, а свет фар встречной машины — «плохие люксы», поскольку он мешает нам видеть (ослепление).Ослепление не зависит напрямую от количества света, а от разной яркостиповерхностей, например, яркое освещение на темной поверхности. Косвенноеослепление имеет место при неправильном направлении поступления света. Чтениюжурнала может, например, воспрепятствовать блеск, заставляющий изменитьположение по отношению к направлению поступления света. [2]
Степень воспроизведения цвета характеризуется индексом Ra.Индекс Ra у ламп накаливания, к которым относятся также и галогенные лампы, — 100. Спектр у лампы накаливания, так же как и у солнечного света, сплошной.Цветопередача у люминесцентной лампы варьируется в зависимости от качества.Индекс Ra у высококачественных люминесцентных ламп — 90. Индекс Ra лучшей изгазоразрядных ламп — металлогалогенной — превышает 80. Хорошее воспроизведениецвета существенно, например, при освещении людей, яркого произведения искусстваи т. п.[2]
Цветовая температура выражается в кельвинах K. В натурецветовая температура меняется в зависимости от времени суток: Утренняя ивечерняя заря могут быть весьма теплыми, например, 2500 K, а полуденное небовесьма холодным (синеватым), например, 8000 K. В домашнем освещении применяютсяобычно источники света теплых тонов, 2700 — 3000 K. На рабочих местахприменяются слегка более холодные тона, 3000 — 4000 K. [2]
Примеры цветовых температур: стандартная лампа накаливанияок. 2700 K, галогенная ок. 3000 K, люминесцентные лампы 2700 — 8800 K. Выборцветовой температуры имеет существенное влияние на атмосферу в помещении. Еслив одном помещении, например, горят одновременно источники света разных цветовыхтемператур, получается сумбурное впечатление. При слабых освещенностяхприменяются более теплые тона, при сильных — более холодные, как в природе. [2]
Свет как экологический фактор
Свет является одним из важнейших абиотических факторов.Солнце излучает в космическое пространство громадное количество лучистойэнергии. 42% всей падающей радиации (33% + 9%) отражается атмосферой в мировоепространство, 15% поглощается в толще атмосферы и идет на нее нагревание только43% достигает земной поверхности. Эта доля радиации состоит из прямой радиации(27%) – почти параллельных лучей, идущих непосредственно от солнца и несущихнаибольшую энергитическую нагрузку, (16%) – лучей, поступающих к земле со всехточек небосвода, рассеянных молекулами газов воздуха, капельками водяных паров,кристалликами льда, частицами пыли, а также отраженных вниз от облаков. Общуюсумму прямой и рассеянной радиации называют суммарной радиацией. [3]
Свет для организмов служит с одной стороны первичнымисточником энергии, без которого невозможна жизнь, а с другой стороны — прямоевоздействие света на протоплазму смертельно для организма. Таким образом,многие морфологические и поведенческие характеристики связаны с решением этойпроблемы. Эволюция биосферы в целом была направлена главным образом на «укрощение»поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих иослабление вредных или на защиту от них. Следовательно, свет — это не толькожизненно важный фактор, но и лимитирующий, как на минимальном, так имаксимальном уровнях. С этой точки ни один из факторов так не интересен дляэкологов, как свет! [3]
Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, навидимый свет приходится около 50% энергии, остальные 50% составляют тепловыеинфракрасные лучи и около 1% — ультрафиолетовые лучи. [3]
Видимые лучи («солнечный свет») состоят из лучейразной окраски и имеют разную длину волн.
В жизни организмов важны не только видимые лучи, но и другиевиды лучистой энергии, достигающие земной поверхности ультрафиолетовые,инфракрасные лучи, электромагнитные (особенно радиоволны) и некоторые другиеизлучения. [3]
Влияние света на человека
Все знают, что сила солнечного света столь велика, что онспособен контролировать циклы природы и биоритмы человека. Свет, вдействительности, связан с нашими эмоциями, с ощущением комфорта, безопасности,а также тревоги и беспокойства. Однако, во многих областях современной жизнисвету не уделяется нужное внимание. [5]
На вопрос о том, что самое важное в жизни, большинство людейотвечают — здоровье. В то время, как здоровое питание, фитнесс и вопросыэкологии широко освещаются на страницах газет, журналов и интернет-сайтов,вопросы правильного и здорового освещения не затрагиваются вовсе. Наиболееизвестные аспекты освещения — это влияние УФ-излучения в летнее время, а такжеего способность бороться с зимней депрессией и некоторыми кожнымизаболеваниями. Остальные вопросы освещения обсуждаются лишь в узком кругупрофессионалов, а большинство людей не задумываются о широких возможностяхвлияния света на наше физическое и моральное состояние. [4]
Отношения между светом и человеком претерпели значительныеизменения за последние 100 лет с началом индустриализации. Сейчас мы проводимбольшую часть своего времени в закрытых помещениях с искусственным светом.Многие составные части спектра естественного света важные для нашего здоровья,теряются, проходя через стекло. По мнению светотерапевта Александра Вунша,человек на протяжении всей эволюции приспосабливался к спектру солнечногоизлучения и для хорошего здоровья ему необходимо получать именно полный спектр.Многие возмещают недостаток солнечного света прогулками в парке, по пляжу илиотдыхом на балконе. Впервые эффект сезонного расстройства описал доктор НорманнРозенталь. Позднее был проведен эксперимент среди жителей Норвегии, где 49 днейв году длится ночь. Люди, живущие в таких условиях, часто чувствуют себяуставшими, им трудно просыпаться и приниматься за работу, многих преследуют депрессиии апатичные состояния. Зато день, когда возвращается солнце, отмечается какпраздник «День Солнца» и встречается слезами радости. [4]
Наблюдения показывают, что существует специфическая связьмежду освещением и чувством комфорта. Также они показывают, что естественноеосвещение всегда более благоприятное и удобное для всех обычных видовдеятельности. Многие архитектурные проекты демонстрируют абсолютноепренебрежение дневным светом. Офисные и торговые здания без окон, в которыхлюди проводят многие часы, не видя солнца и не понимая какое время суток и годаснаружи. Увеличивая проникновение дневного света в офисы можно, в конечномсчете, сократить число пропусков из-за болезней сотрудников и улучшить рабочуюатмосферу в офисе. [4]
Постепенно ситуация со световыми аспектами в архитектуре улучшается,однако, ввиду недостаточно качественного образования в этой области, многиеархитекторы не в полной мере учитывают важность работы и планированияосвещенности. По мнению профессора Университета Прикладных Наук Hildesheim вГермании, Андреаса Шульца, все зависит от архитектора, однако, подавляющеебольшинство проектов, строится без привлечения специалиста по дизайнуосвещения. [4]
Поскольку внутри зданий количество дневного светанедостаточное для того, чтобы удовлетворять потребности человека в нем,электрические источники призваны компенсировать этот недостаток. Все источникиискусственного света в той или иной степени пытаются имитировать дневной свет,некоторые делают это очень хорошо. Александр Вунш изучал влияние различногосвета на человека и пришел к выводам, что любое отклонение от спектраестественного света несет в себе вредный для здоровья потенциал. Экспериментына эту тему проводились уже давно, в 1973 году Джон Отт изучал две группыдетей, занимающихся в комнатах без окон. В одной комнате освещение быломаксимально приближенным к естественному, за счет использования ламп полногоспектра, а в другой использовались обычными люминесцентные лампы. В результате,дети, занимающиеся в комнате с люминесцентными лампами, были сперва гиперактивны,а затем сильно уставали и теряли способность к концентрации, также отмечалось иповышение давления. [4]
Александр Вунш недавно протестировал ряд современныхискусственных источников света на предмет биологического влияния, которое ониоказывают на человека в сравнении с естественным светом. Профессор пришел квыводу, что наиболее близким к естественному спектром, обладает лампанакаливания. [4]
Результаты подобных исследований редко становятся известныширокой публике. Дело в том, что большинство людей мало понимают в такихвопросах. Кроме того, в разных культурах по-разному ценят окружающую среду и еедары. Для большинства из нас свет настолько привычное сопровождение нашейжизни, что мы не задумываемся над его разнообразными свойствами, которые влияютна нашу жизнь в моральном и физическом плане. Подобно воздуху, который мы незамечаем, свет воспринимается как данность, до тех пор, пока мы не почувствуемего недостаток или дискомфорт при контакте, например, со слишком яркойлампочкой. Многие не отдают себе отчета, что испытывают усталость на рабочемместе из-за плохой освещенности, поскольку это не всегда очевидно. [4]
Общая неграмотность в вопросах качественного освещенияобсуждается профессионалами, в том числе, в дискуссиях по поводу необходимостизапрета традиционных ламп накаливания. В свете актуальных вопросовэнергосбережения, традиционная лампа накаливания не выдерживает никакой критикии все идет к тому, чтобы запретить ее использование. Однако, мало кто говорит оплохих спектральных и токсикологических показателях компактных люминесцентных(энергосберегающих) ламп, которые должны будут прийти на смену лампенакаливания. Среди подобных дискуссий все-таки слышны голоса тех, кто выступаетне только за экономию энергетических ресурсов, но также говорит о здоровьелюдей и качестве жизни. [4]
Немецкий дизайнер света Инго Маурер говорит: «Свет — эточувство, и чувство должно быть правильным. Плохой свет делает людейнесчастными» по словам Инго Маурера «лампочка Эдисона — это символпромышленности и поэзии». Ничто не может заставить дизайнера отказаться отиспользования ламп накаливания. [2]
«На лампочке накаливания не заработать большихденег» — говорит представитель компании Philips Берн Глэйзер. Ему вторит ипредставитель Osram: «Люминесцентные лампы намного более прибыльны длякомпании». Конечно, производители стремятся увеличить свои доходы и сэкономической точки зрения это совершенно понятно. Но все-таки, компанииреагируют на спрос, который диктует потребность в более эффективной продукции.И только наше желание получать более качественное и здоровое освещение можетповлечь за собой производство таких источников освещения массовымипроизводителями. Все это, впрочем, не умаляет экономичных свойств современныхламп, которые во много раз лучше, чем у лампы накаливания. [4]
В любом проекте, будь то квартира, магазин или офис,освещение во многом определяет атмосферу и ощущение, которое вызывает у насинтерьер. Поскольку световые эффекты воспринимаются подсознательно, мы часто неотдаем себе отчета, откуда берется то или иное ощущение. Те, кто осознанноприменяет свет, получают инструмент для моделирования чувства комфорта, чтоособенно ценно в местах с угнетающей атмосферой, например в тоннелях. [2]
Многие люди чувствуют дискомфорт, двигаясь в тоннеле. В одномиз самых длинных туннелей в мире, 24,5 километровом Laerdal Tunnel междуБергеном и Осло дизайнеры применили интересное решение. Дизайнер Эрик Сэлмерразделил тоннель на три участка, в конце каждого путешественника ждет имитацияпещерных стен с освещением, напоминающим скандинавский восход. Таким образом,складывается ощущение, что ты проезжаешь три тоннеля, а не один, а картинапрекрасного восхода солнца успокаивает и вызывает приятные ассоциации. Наостальных участках было использована обычная схема освещения. Многие не могутобъяснить феномен естественного света, но эффект, который мы ощущаем, когдавидим картину-иммитацию, всегда срабатывает, потому, что взывает к тем жечувствам. По словам Эрика Сэлмера: «Все были в восторге, и никто не мог объяснитьэто логически. Получилась просто потрясающая атмосфера». [4]
Существует масса областей знаний, в которых профессионалыосвещения могут черпать информацию. Знания о свете можно приобретать в областибиологии, физики, медицины и других. Иногда специалисты этих областейвстречаются на конференциях, но зачастую с трудом могут быть полезными другдругу, поскольку не имеют общего языка и слишком мало общаются друг с другом. [4]
Одна группа экспертов заняты в своих лабораториях разработкойновых источников света, которые становятся все меньше и эффективнее.
Другая группа работает над применением инноваций вархитектурных проектах.
Есть, однако, еще одна многочисленная группа, котораяиспытывает преимущества и недостатки качества освещения на себе — потребители.
В то время как, ученые понимают под светом определенную длинуволны, которую можно измерить, дизайнеры и архитекторы говорят о восприятии ипсихологии. Однако для эффективного и благотворного развития светодизайнанеобходимо учитывать знания из всех областей во время работы над продуктами иинтерьерами. [4]
Влияние света на животные
Как уже было сказано, живая природа не может существовать безсвета, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, являетсяпрактически единственным источником энергии для поддержания теплового балансапланеты, создания органических веществ биосферы, что в итоге обеспечиваетформирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живыхсуществ. [4]
Правильно подобрав режимы освещения, температуры и другиефакторы, наиболее соответствующие биоритмам, можно заметно повыситьжизнедеятельность и продуктивность разводимых животных и растений, причем безкаких-либо дополнительных затрат. Например, благодаря увеличению в теплицах,оранжереях и парниках светового дня до 12-15 ч зимой выращивают овощныекультуры и декоративные растения, ускоряют рост и развитие рассады. Максимальнопродлевая световой период, можно увеличить яйценоскость кур, уток, гусей,регулировать размножение пушных зверей на зверофермах, удои и прирост крупногорогатого скота. [4]
Фактор естественной освещенности оказывает благоприятноевлияние на жизнедеятельность животных, их рост и продуктивность. Под влияниемсвета у животных возрастает активность ферментов, улучшается работа органовпищеварения, усиливается отложение в тканях протеинов, жиров, минеральныхвеществ. [4]
Солнечное освещение улучшает бактерицидные свойства крови,ослабляет и разрушает продукты жизнедеятельности микробов и их самих.
Нормальное естественное освещение способствует повышениюсопротивляемости организма животных заболеваниям. По усредненным даннымувеличение естественного освещения в помещениях для крупного рогатого скотаспособствует повышению молочной продуктивности примерно на 5%, а привесов — на10%. Более высокое содержание жира в коровьем молоке вечернего удоя (посравнению с утренним) связано с влиянием света. [4]
Особенно эффективно сказывается на функции молочных желез укоров одновременное увеличение интенсивности света до 100-300 лк ипродолжительности до 12-20 ч освещения в сутки. Это дает возможность в зимниемесяцы повысить удои молока на 10-20%, снизить затраты кормов.
Способность воспринимать длину дня и реагировать на неешироко распространена в мире живых существ. Это означает, что живые организмыспособны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами.Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные,приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться кпредстоящим изменениям среды. При отсутствии источников натурального светаестественные ритмы нарушаются, что приводит к негативным последствиям в той илииной степени. [4]
Влияние света на растения
Для зеленых автотрофных растений свет является одним изважнейших факторов жизни, поскольку представляет им необходимую лучистуюэнергию для фотосинтеза, т. е. участвует в образовании органических веществ,необходимых для роста и развития. [7]
Кроме того, свет оказывает непосредственное влияние на рост,на многие процессы дифференциации в клетках и тканях, на самоорганообразование. Для жизни растений важно, что в процессе фотосинтеза онипродуцируют больше веществ, чем необходимо для покрытия расходов на дыхание, т.е. образуется положительный баланс веществ, без которого немыслим рост исуществование растения: Как и при каких условиях образуется положительныйбаланс веществ, эта проблема подлежит экологическому исследованию. Практиковсельского или лесного хозяйства интересует урожай, т. е. продуктивность самогофотосинтеза.
А эколог должен изучить и понять причины различнойпродуктивности фитоценозов (в связи с различной интенсивностью света) в разныхусловиях. Кроме того, весьма важен вопрос, как распределяются ассимиляты, какони используются самим растением и в фитоценозе в целом, т. е. как свет влияетна продуктивность растительного покрова. В противоположность теплу и воде светраспределен более или менее равномерно, т. е. на Земле фактически нет такойзоны, где бы рост растения не был возможен из-за недостатка света. [6]
Если в полярных областях, где господствует длительная ночь,растения Отсутствуют вовсе или их рост очень затруднен, то это связано не снедостатком света, а в первую очередь с неблагоприятными температурнымиусловиями. Поэтому для расчленения растительности на зоны и подзоны свет играетподчиненную роль. [6]
Но его значение особенно велико в распределении растений намалых площадях, в местообитаниях, т. е. в определении структуры сообщества.Когда мы сравниваем флоры солнечного и теневого местообитаний, то их различиявызываются в первую очередь условиями освещения, хотя тепловой и водный режимыиграют здесь тоже немаловажную роль. [6]
Влияние света на другие организмы
Световоеизлучение не способно оказывать летальное (смертельное) действие на все живыеорганизмы. Летальный эффект у высокоорганизованных многоклеточных (птиц,млекопитающих и т. д.) при облучении светом в реальных дозах практически ненаблюдается. Световое излучение в больших дозах оказывает летальное действие восновном на вирусы и одноклеточные организмы (микробы, бактерии и простейшие).Причиной гибели клетки является утрата способности к многократномувоспроизведению. Поэтому самым распространенным тестом на летальное действиеслужит потеря клетками способности формировать колонии. [7]
Заключение
Изучив работы ученых и дополнительную литературу о светеможно сделать следующие выводы:
1. Свет — этоэлектромагнитное излучение, невидимое для глаза.
2. Свет –абиотический фактор, оказывающий как благоприятное, так и неблагоприятноевоздействие на живой организм.
3. Свет влияет нафизическое и психологическое здоровье человека, здоровье и продуктивностьживотных, продуктивность растений и в целом на продуктивность экосистемы.
4. Свет в большихдозах губителен для микроорганизмов.
Литература
1. В.И. Кузнецов «Свет»- М.: «Педагогика», 1977.
2. www.lightpark.ru(«Свет-дизайн-интерьер»).
3. А.С. Степановских«Общая экология» Москва – Курган, 1996.
4. www.solar-info.blogspot.com («Магическийсвет»).
5. С.М. Усманов «Ритмыокружающего мира и человек» — Уфа: Китап, 2007.
6. www.tdruv.ru («СтепьРоссии»).
7. www.eco.nw.ru («Внешкольнаяэкология»)