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Radiación ultravioleta

Radiación ultravioleta (UV).
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Concepto:Energía electromagnética emitida a longitudes de onda menores.

La radiación ultravioleta (UV) es la energía electromagnética emitida a longitudes de onda menores que la correspondiente a la visible por el ojo humano, pero mayor que la que caracteriza a los rayos X, esto es, entre 100 y 360 nm. La radiación de longitud de onda entre 100 y 200 nm se conoce como ultravioleta lejano o de vacío. Comunmente proviene del Sol o de lámparas de descarga gaseosa. La radiación ultravioleta es tan energética, que su absorción por parte de átomos y moléculas produce rupturas de uniones y formación de iones (reacciones fotoquímicas), además de excitación electrónica. La exposición prolongada de la piel humana a los rayos ultravioletas predispone al desarrollo de cáncer de piel.

El oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera absorben virtualmente la totalidad de la radiación ultravioleta lejana proveniente del Sol, transformando su enorme energía en reacciones fotoquímicas e impidiendo, en consecuencia, que llegue a la superficie terrestre, donde destruiría las moléculas complejas, y por lo tanto imposibilitaría la existencia de vida.

Descubrimiento

La radiación ultravioleta.

En 1801 el físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubrió que los rayos invisibles situados justo detrás del extremo violeta del espectro visible eran especialmente efectivos oscureciendo el papel impregnado con cloruro de plata. Denominó a estos rayos "rayos desoxidantes" para enfatizar su reactividad química y para distinguirlos de los "rayos calóricos" (descubiertos por William Herschel) que se encontraban al otro lado del espectro visible. Poco después se adoptó el término "rayos químicos". Estos dos términos, "rayos calóricos" y "rayos químicos" permanecieron siendo bastante populares a lo largo del siglo XIX. Finalmente estos términos fueron dando paso a los más modernos de radiación infrarroja y ultravioleta respectivamente.

Subtipos

Según su longitud de onda, suelen diferenciar tres bandas de radiación ultravioleta: UV-A, UV-B y UV-C.

  • UV-A.- Banda de los 320 a los 400 nm. Es la más cercana al espectro visible y no es absorbida por el ozono.
  • UV-B.- Banda de los 280 a los 320 nm. Es absorbida casi totalmente por el ozono, aunque algunos rayos de este tipo llegan a la superficie de la Tierra. Es un tipo de radiación dañina, especialmente para el ADN. Provoca melanoma y otros tipos de cáncer de piel. También puede estar relacionada, aunque esto no es tan seguro, con daños en algunos materiales, cosechas y formas de vida marinas.
  • UV-C.- Banda de las radiaciones UV menores de 280 nm.. Este tipo de radiación es extremádamente peligroso, pero es absorbido completamente por el ozono y el oxígeno.

Radiación ultravioleta que llega a la superficie

El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben entre el 97 y el 99 % de la radiaciones UV de entre 150 y 300 nm, procedentes del Sol. La cantidad de radiación UV-B recibida en la superficie depende mucho de la latitud y la altura sobre el nivel del mar del lugar. Cerca de las zonas polares el Sol está siempre bajo en el horizonte y los rayos solares atraviesan capas más espesas de atmósfera por lo que la exposición a UV-B es, de media, unas mil veces menor en las zonas polares que en el ecuador. También influye la cubierta de nubes que protege más cuanto más gruesa es y la proximidad a las zonas industriales porque la contaminación con ozono troposférico típica del smog fotoquímico filtra estas radiaciones.

Usos

La luz ultravioleta tiene diversas aplicaciones. Una de las aplicaciones de los rayos ultravioleta es como forma de esterilización, junto con los rayos infrarrojos (pueden eliminar toda clase de bacterias y virus sin dejar residuos, a diferencia de los productos químicos). Está en estudio la esterilización UV de la leche como alternativa a la pasteurización.

Luminaria fluorescente

La luminarias fluorescentes producen radiación UV a través de la ionización de gas de mercurio a baja presión. Un recubrimiento fosforescente en el interior de los tubos absorbe la radiación UV y la convierte en luz visible. Parte de las longitudes de onda emitidas por el gas de mercurio están en el rango UVC. La exposición sin protección de la piel y ojos a lámparas de mercurio que no tienen un fósforo de conversión es sumamente peligrosa. La luz obtenida de una lámpara de mercurio se encuentra principalmente en longitudes de onda discretas. Otras fuentes de radiación UV prácticas de espectro más continuo incluyen las lámparas de xenón, las lámparas de deuterio, las lámparas de mercurio-xenón, las lámparas de haluro metálico y la lámpara halógena.

Lámparas fluorescentes

Producen radiación UV a través de la ionización de gas de mercurio a baja presión. Un recubrimiento fosforescente en el interior de los tubos absorbe la radiación UV y la convierte en luz visible. Parte de las longitudes de onda emitidas por el gas de mercurio están en el rango UVC. La exposición sin protección de la piel y ojos a lámparas de mercurio que no tienen un fósforo de conversión es sumamente peligrosa.

La luz obtenida de una lámpara de mercurio se encuentra principalmente en longitudes de onda discretas. Otras fuentes de radiación UV prácticas de espectro más continuo incluyen las lámparas de xenón, las lámparas de deuterio, las lámparas de mercurio-xenón, las lámparas de haluro metálico y la lámpara halógena.

La luz ultravioleta también es conocida coloquialmente como luz negra. Para generar este tipo de luz se usan unas lámparas fluorescentes especiales. En estas lámparas se usa sólo un tipo de fósforo en lugar de los varios usados en las lámparas fluorescentes normales. También se reemplaza el vidrio claro por uno de color azul-violeta, llamado cristal de Word.

El vidrio de Wood contiene óxido de níquel, y bloquea casi toda la luz visible que supere los 400 nanómetros. El fósforo normalmente usado para un espectro de emisión de 368nm a 371nm puede ser tanto una mezcla de europio y fluoroborato de estroncio o una mezcla de europio y borato de estroncio mientras que el fósforo usado para el rango de 350nm a 353nm es plomo asociado con silicato de bario.

La radiación ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, se hace visible debido al fenómeno denominado fluorescencia. Este método es usado comúnmente para autenticar antigüedades y billetes, pues es un método de examen no invasivo y no destructivo. En estructuras metálicas, se suele aplicar líquidos fluorescentes para después iluminarla con una luz negra, y así detectar grietas y otros defectos.

En ciencia forense, la luz negra se usa para detectar rastros de sangre, orina, semeny saliva (entre otros), causando que estos líquidos adquieran fluorescencia. Usando esta misma técnica, algunos reporteros han revelado la falta de higiene en las habitaciones de los hoteles, o manchas en ropa que de otra manera serían más difíciles de detectar.

Control de Plagas

Las trampas de moscas ultravioleta se usan para eliminar pequeños insectos voladores. Dichas criaturas son atraídas a la luz UV para luego ser eliminadas por una descarga eléctrica o atrapadas después de tocar la trampa.


Espectrofotometría

La espectometría UV/VIS (de luz ultravioleta y visible) es ampliamente usada en química analítica. Láseres como los excímeros y el de nitrógeno (TEA) radian a longitudes de onda cortas, con suficiente energía como para atomizar las muestras y obtener espectros de emisión atómica.

La mayor parte de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra lo hace en las formas (UV-C) (UV-B) y (UV-A); principalmente en esta última, a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre. Estos rangos están relacionados con el daño que producen en el ser humano: la radiación UV-C (la más perjudicial para la vida) no llega a la tierra al ser absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera; la radiación UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y sólo llega a la superficie de la tierra en un porcentaje mínimo, pese a lo que puede producir daños en la piel.

Entre los daños que los rayos ultravioleta pueden provocar se incluyen el cáncer de piel, envejecimiento de ésta, irritación, arrugas, manchas o pérdida de elasticidad. También pueden desencadenar lupus eritematoso sistémico. La radiación UV es altamente mutagénica,es decir, que induce a mutaciones. En el ADN provoca daño al formar dímeros de pirimidinas (generalmente dímeros de timina) que acortan la distancia normal del enlace, generando una deformación de la cadena.

Visión Ultravioleta

Los humanos al igual que la mayoría de los mamíferos somos incapaces de identificar el color ultravioleta. Ello se debe a la razón de que nuestros primeros ancestros mamíferos del Cretácico eran principalmente nocturnos con el objeto de pasar inadvertidos y huir del gran poder de depredación de los dinosaurios. Ese patrón hizo perder a nuestros antepasados los fotoreceptores ultravioleta y rojo. Antiguamente habían poseído los cuatro fotorreceptores distintos, como es propio de peces, anfibios y reptiles e incluso aves. Con el transcurso de la evolución y la masiva extinción de los dinosaurios, los mamíferos empezaron a colonizar el planeta y lógicamente modificaron sus patrones de conducta. Se volvieron diurnos, y algunos órdenes, como los primates, recuperaron el fotorreceptor rojo, muy importante si un animal debe comer frutos maduros. Otros órdenes, como el orden carnívora, recuperaron el fotorreceptor ultravioleta, de vital importancia para marcar el territorio pues la orina y las heces son una importante fuente de radiación ultravioleta. En el caso de peces la comunicación ultravioleta, sobre todo en el caso de osteictios, resulta de vital importancia para huir del depredador que no puede verla.

Luz ultravioleta

La luz ultravioleta también es conocida coloquialmente como luz negra. Para generar este tipo de luz se usan unas lámparas fluorescentes especiales. En estas lámparas se usa sólo un tipo de fósforo en lugar de los varios usados en las lámparas fluorescentes normales. También se reemplaza el vidrio claro por uno de color azul-violeta, llamado cristal de Wood. La radiación ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, se hace visible debido al fenómeno denominado fluorescencia. Este método es usado comúnmente para autenticar antigüedades y billetes, pues es un método de examen no invasivo y no destructivo. En estructuras metálicas, se suele aplicar líquidos fluorescentes para después iluminarla con una luz negra, y así detectar grietas y otros defectos. En ciencia forense, la luz negra se usa para detectar rastros de sangre, orina, semen y saliva (entre otros), causando que estos líquidos adquieran fluorescencia. Usando esta misma técnica, algunos reporteros han revelado la falta de higiene en las habitaciones de los hoteles, o manchas en ropa que de otra manera serían más difíciles de detectar.

Control de plagas

Las trampas de moscas ultravioleta se usan para eliminar pequeños insectos voladores. Dichas criaturas son atraídas a la luz UV para luego ser eliminadas por una descarga eléctrica o atrapadas después de tocar la trampa.

Espectrofotometría

La espectrometría UV/VIS (de luz ultravioleta y visible) es ampliamente usada en química analítica. Láseres como los excímeros y el de nitrógeno (TEA) radian a longitudes de onda cortas, con suficiente energía como para atomizar las muestras y obtener espectros de emisión atómica.

Efectos sobre la salud

En cantidades pequeñas, las radiaciones ultravioleta son beneficiosas para la salud y desempeñan una función esencial en la producción de vitamina D. Sin embargo, la exposición excesiva a ellas se relaciona con diferentes tipos de cáncer cutáneo, quemaduras de sol, envejecimiento acelerado de la piel, cataratas y otras enfermedades oculares. También se ha comprobado que estas radiaciones aminoran la eficacia del sistema inmunitario.

Efectos sobre la piel

La exposición excesiva a las radiaciones ultravioleta ocasiona varias alteraciones crónicas de la piel.

Peces con cáncer de piel

En Australia, en la Gran Barrera de Coral, se ha reportado el primer hallazgo de cáncer de piel en pescados salvajes. Tres clases de trucha con manchas oscuras y lesiones que serían el equivalente al Melanoma cutáneo. El hallazgo se produce justo debajo del mayor agujero de la Capa de ozono del planeta, razón por la cual es el punto donde se recibe mayor radiación ultravioleta.[1]

Efectos sobre los ojos

Las radiaciones ultravioleta ocasionan los efectos agudos conocidos como fotoqueratitis (inflamación de la córnea) y fotoconjuntivitis (inflamación de la conjuntiva). Estos efectos desaparecen por completo, se previenen fácilmente usando gafas protectoras y no se acompañan de lesiones a largo plazo.

Carga de morbilidad

En 2000, la exposición excesiva a las radiaciones ultravioleta causó la pérdida de aproximadamente 1,5 millones de años de vida ajustados por discapacidad (AVAD) y 60 000 muertes prematuras.

Entre el 50 y el 90 % de los cánceres de piel están causados por las radiaciones ultravioleta. En 2000, hubo 200 000 casos de melanoma maligno y 65 000 defunciones vinculadas con este cáncer en todo el mundo. Además, solo en 2000 hubo 2,8 millones de casos de carcinoma espinocelular y 10 millones de casos de carcinoma basocelular. A escala mundial, cerca de 18 millones de personas han quedado ciegas como consecuencia de las cataratas; hasta el 5 % de estas pueden estar causadas por las radiaciones ultravioleta. Se calcula que en 2000 las cataratas atribuibles a las radiaciones ultravioleta causaron la pérdida de aproximadamente 500 000 AVAD.

Grupos vulnerables

Los niños y los adolescentes son particularmente vulnerables a los efectos nocivos de las radiaciones ultravioleta. La exposición excesiva de los niños a estas radiaciones probablemente intervenga en la aparición del cáncer de piel en etapa posterior de la vida. Aún no se conocen los mecanismos que intervienen, pero puede ser que la piel sea más susceptible a los efectos nocivos de las radiaciones ultravioleta durante la niñez.

El tipo de piel también es importante. Las personas de piel clara sufren más quemaduras solares y tienen un riesgo más elevado de cáncer de piel que las de piel oscura. Sin embargo, a pesar de que la incidencia de cáncer de piel es menor en las personas de piel oscura, los cánceres suelen detectarse más tarde, en un estadio más peligroso. El riesgo de lesiones cutáneas, envejecimiento prematuro de la piel e inmunodepresión es independiente del tipo de piel.

Medidas protectoras

La OMS recomienda las siguientes medidas para protegerse de la exposición excesiva a las radiaciones ultravioleta:

  • Limitar el tiempo que se pasa bajo el sol de mediodía.
  • Preferir la sombra.
  • Usar prendas protectoras, como un sombrero de ala ancha para proteger los ojos, el rostro y el cuello.
  • Usar gafas de sol cerradas a los lados que den una protección de 99% a 100% contra las radiaciones ultravioleta A y B.
  • En las zonas de la piel que no estén cubiertas por la ropa, untar abundantemente y renovar con frecuencia un filtro solar de amplio espectro con un factor de protección solar (FPS) de 30+. La mejor protección se logra resguardándose a la sombra y vistiendo ropa protectora en vez de aplicar filtros solares. Estos no deben usarse con la idea de prolongar el tiempo que se pasa al sol, y las personas que se untan filtro solar para broncearse deben ser conscientes de la necesidad de limitar el tiempo que se exponen al sol.
  • Evitar las camas bronceadoras: el uso de estos aparatos antes de los 35 años de edad se acompaña de un aumento de 75 % del riesgo de melanoma maligno. Las camas y las lámparas bronceadoras no deberían usarse a menos que sea bajo supervisión médica. La OMS recomienda prohibir su uso en los menores de 18 años.
  • Proteger a los bebés y los niños pequeños: siempre se debe mantener a los niños a la sombra.
  • Estimular a los niños para que tomen las precauciones sencillas descritas anteriormente evitará lesiones a corto y a largo plazo sin impedir que disfruten el tiempo que pasan a la intemperie. Los mayores deben procurar que los niños estén debidamente protegidos.

Referencias

Enlaces relacionados

Fuentes

  • Colectivo de autores (1978): Manual de física nuclear. La Habana, 1978.
  • Hockberger, P. E. (2002): «A history of ultraviolet photobiology for humans, animals and microorganisms», artículo en la revista Photochemical Photobiology, 76, págs. 561-579; 2002.
  • Ciencia de la Tierra y del medio ambiente (libro electrónico).