تعد شدة الأشعة فوق البنفسجية في فصل الصيف في نيوزيلندا متطرفة وبعيدة عن مقياس مؤشر الأشعة فوق البنفسجية الدولي (UVI) في كندا، ولكنها تعكس خطر الإصابة بالتهاب احمرار الجلد (Erythema). تم استخدام تقديرات تم جمعها على مدار سبع سنوات للأشعة فوق البنفسجية السطحية، وذلك لمراجعة شدة الذروة العالمية، ولتحديد مكان الأشعة فوق البنفسجية الأعلى على سطح الأرض. تتجاوز قيم الأشعة فوق البنفسجية 20 في جميع أنحاء منطقة ألتيبلانو في بيرو وبوليفيا وتشيلي والأرجنتين. أعلى مؤشر للأشعة فوق البنفسجية هو 25 في الخلية الشبكية المتمركزة في كوزكو، في جنوب بيرو. تتجاوز قيم الذروة على حافة هضبة القارة القطبية الجنوبية أيضًا أعلى نسبة من الأشعة فوق البنفسجية في نيوزيلندا، ويمكن مقارنتها بتلك الموجودة في مستوى سطح البحر في المناطق الاستوائية. يختلف وقت السنة في ذروة الأشعة فوق البنفسجية بدرجة بسيطة من الربيع في القطب الجنوبي، حتى فصل الصيف في مناطق خطوط العرض، ومن مارس إلى أبريل في المناطق الاستوائية.

ذروة الأشعة فوق البنفسجية

مع معدلات الإصابة بسرطان الجلد الأعلى في العالم، ينبغي على النيوزيلنديين أن يدركوا المخاطر الصحية الناجمة عن التعرض المفرط للأشعة فوق البنفسجية. وتقوم خدمة استشارية للأشعة فوق البنفسجية منذ أمد طويل بالإبلاغ بشكل منتظم عن المخاطر، والتي تزداد بشكل ملحوظ لدى الأشخاص ذوو البشرة البيضاء (الفاتحة) وفي نمط حياة الخارجي والمناخ الذي يشجع على التعرض للشمس بصفة مستمرة. عادة ما يتم التعبير عن شدة الأشعة فوق البنفسجية بمؤشر الأشعة فوق البنفسجية (UVI)، وهو مقياس تم استخدامه لأول مرة في كندا ويتم تعريفه على المدى من 1 إلى 10. ولقد أظهرت دراسة حديثة أن قيم ذروة الأشعة فوق البنفسجية في نيوزيلندا تزيد بحوالي 40٪ عن خطوط العرض المماثلة في أمريكا الشمالية.

بالمقارنة مع المناطق الاستوائية، الأشعة فوق البنفسجية ليست قوية بشكل خاص في نيوزيلاندا-على عكس الأدلة القصصية من المسافرين. العوامل الرئيسية التي تتحكم في الأشعة فوق البنفسجية، حسب الترتيب من الأكثر أهمية هي:

• زاوية ارتفاع الشمس التي تحدد الاختلافات اليومية والفصلية والجغرافية.
• الغيوم التي تعكس وتشتت الإشعاع. يمكن أن تؤدي الظروف الملبدة بالغيوم الكثيفة إلى تقليل كثافة الأشعة فوق البنفسجية بأكثر من 90٪، في حين أن السحب القريبة من الشمس يمكن أن تسبب زيادات في الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الأجل تصل إلى 20٪ تقريبًا. ونجد أنه في المتوسط، تقلل السحب من الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 30٪ تقريبًا عن السماء الصافية.
• طبقة الأوزون التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية. تنخفض الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 1٪ تقريبًا عن كل زيادة بنسبة 1٪ في طبقة الأوزون، والتي تتراوح بين ما لا يقل عن 100 وحدة دوبسون (DU) داخل فتحة الأوزون في أنتاركتيكا إلى حد أقصى (موسمي) يبلغ حوالي 500 DU في خطوط العرض الوسطى. يبلغ متوسط عمود الأوزون العالمي حوالي 300 DU، وبعيدًا عن ثقب الأوزون، تميل طبقة الأوزون إلى أن تكون أقل (حوالي 200 DU) في المناطق الاستوائية.
• يمكن أن يقلل فناء الإيروسولات من الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 20-30 ٪. (وهي الجزيئات الصلبة والدقيقة والقطرات السائلة المعلقة في الهواء، مثل الضباب والدخان ونفايات الغابات)
• الارتفاع يقلل من عمود الهواء الذي يعمل على التشتت وامتصاص الأشعة؛ حتى في أكثر طبقات الهواء نقاءً، تزداد الأشعة فوق البنفسجية بحوالي 5٪ لكل كيلومتر.
• الثلج يعكس الأشعة فوق البنفسجية للارتداد مرة أخرى للهواء، وهذا يمكن أن يضيف 20-40 ٪ إلى مؤشر الأشعة فوق البنفسجية (UVI)، ولكن تكون تلك النسبة أقل على علو مرتفع.
• المدار الإهليلجي للأرض حول الشمس مهم أيضًا؛ فمع اقتراب أوائل شهر يناير، تزيد كثافة الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في الجزء العلوي من الغلاف الجوي بنسبة 7٪ عن شهر يوليو.

إذن، أين يمكن أن نتوقع أن تكون الأشعة فوق البنفسجية أقوى على سطح الأرض؟ استنادًا للعوامل التي سبق ذكرها، فبالطبع يجب أن تحدث ذروة الأشعة فوق البنفسجية في المناطق الاستوائية (حيث أشعة الشمس العالية، والأوزون المنخفض)، في موقع مرتفع، في نصف الكرة الجنوبي او بالقرب من مدار الجدي، حيث تحدث خلال الفترة التي تكون فيها المسافة الفاصل بين الأرض والشمس كحد أدنى.

أرصاد الأقمار الصناعية

للإجابة على السؤال، تم استخدام علم المناخ لبيانات الأشعة فوق البنفسجية الشبكية المقاسة بواسطة مطياف مراقبة الأوزون الكلي (TOMS) التابع لناسا على متن قمر (Earth Probe) خلال فترة 7 سنوات بين عامي 1997 و 2003. وقد أظهرت الدراسات السابقة أنه على رغم من وجود مشاكل مع البيانات تحت الظروف الملوثة، فإن النتائج موثوقة للجو السفلي النظيف المتوقع لقيم ذروة الأشعة فوق البنفسجية (UVI) اليومية.

الدقة المكانية للبيانات هي 1 خط عرض × 1.25 خط طول (حوالي 100 كم × 100 كم) وبالتالي فإن النتائج تمثل متوسطًا فوق هذه المساحة. تشمل البيانات تصحيحات لغطاء السحب، وامتصاص طبقة الأوزون، وارتفاع التضاريس، وغطاء الثلج، والإيروسولات الجوية الممتصة. وتعطي البيانات قممًا يومية للأشعة فوق البنفسجية بالميلي وات في المتر المربع، والتي تقسم على 25 لإعطاء الـ (UVI).

يوضح الشكل 1 أن الألوان القياسية الدولية لمؤشر الأشعة فوق البنفسجية ليست كافية لهذا الغرض. وليست كذلك أيضا لإظهار خطر الاصابة بالتهاب احمرار الجلد (Erythema) وتلف الجلد المرتبط، تم اختيار مقياس UVI لإظهار حدود نطاق الأقمار الصناعية في كندا. جميع القيم الأعلى ، كما اختبرها أكثر من 90% من سكان العالم فى أيام الصيف الصافية، تقع فوق هذا النطاق.

الشكل 1. خريطة ذروة الأشعة فوق البنفسجية. لا يسمح رمز اللون القياسي لـ UVI بتحديد قيم الذروة. جميع المواقع بين حوالي 50 درجة جنوبا و 40 درجة شمالا تعاني من الأشعة فوق البنفسجية القصوى (> 10) في مرحلة ما من السنة.

يستخدم الشكل 2 مقياسًا لونيًا معدلًا ويوضح أن أعلى قيم للأشعة فوق البنفسجية تحدث في جبال الأنديز في بيرو وفي جميع أنحاء منطقة ألتيبلانو. الحد الأقصى للأشعة فوق البنفسجية (25)، يوجد في المساحة الجغرافية 13.5 درجة جنوبًا، 172 درجة غربًا ، وتتركز على كوزكو في بيرو. تقع المدينة على ارتفاع 3360 مترًا، وتمتد التضاريس المحيطة بها إلى أكثر من 6000 متر، كعاصمة لإمبراطورية الإنكا.  يبدو أن مدينة كوزكو في موقع جيد لعبادة الشمس!!

الشكل 2. خريطة لذروة الأشعة فوق البنفسجية، وذلك باستخدام مقياس اللون المعدل لتسليط الضوء على القمم المطلقة.

كانت هناك نقطة بيانات واحدة تشير إلي ارتفاع أعلى في شدة الأشعة فوق البنفسجية (UVI=29) إلى الجنوب مباشرة من مدار الجدي في الأرجنتين (23.5 درجة جنوبًا و 67 درجة غربًا) ، لكننا نشك في أن هذه نقطة انبثقت من مجرد بيانات خاطئة. يتم رسم سلاسل زمنية لمجموعات البيانات الكاملة من منطقة ألتيبلانو لكوزكو وهذا الموقع الخارجي في الشكل 3. وهي تُظهر التغيرات الموسمية المتوقعة، والتي تُعزى إلى تغيرات ارتفاع الطاقة الشمسية والأوزون والمسافة الفاصلة بين الأرض والشمس. بالإضافة إلى ذلك، في كوزكو على وجه الخصوص، هناك زيادة تدريجية في الأشعة فوق البنفسجية كل عام والتي تحدث في الخريف وربما يتم ربطها مع الزيادات في الانعكاس السطحية المتوقع من الغطاء الثلجي.

الشكل 3. مخططات السلاسل الزمنية للأشعة فوق البنفسجية اليومية القصوى لمنطقة ألتيبلانو في أمريكا الجنوبية. النقاط الحمراء مخصصة لمساحة كوزكو ، والتي تم تحديدها هنا على أنها تحتوي على الحد الأقصى من الأشعة فوق البنفسجية. النقاط الزرقاء هي للذروة الخارجية التي تمت مناقشتها في النص.

تبلغ قيم ذروة الأشعة فوق البنفسجية هذه حوالي ضعفين أكبر من نظيرتها في نيوزيلندا ، وحوالي 1.5 أضعاف تلك الموجودة على ارتفاعات منخفضة في المناطق الاستوائية.

من المثير للاهتمام مقارنة قيم ذروة الظهيرة اليومية المتوقعة من (UVI) مع القيم المقاسة. في نيوزيلندا، تبلغ ذروة UVI حوالي 14 (وعند خطوط العرض الشمالية المقابلة حوالي 10). يتم قياس قيم الذروة المشابهة لتلك الموجودة في كولورادو (40 درجة شمالا ،الارتفاع 1700 متر)، وفي مرصد مونا لوا في هاواي (19 درجة شمالا ، الارتفاع 3400 متر) ، تبلغ قيمة الذروة حوالي 20. يجب مقارنة قيم الذروة هذه بالقمم التي تحدث بالقرب من مستوى سطح البحر عند خط الاستواء (UVI=16)، والتي تشبه قيم الذروة المعززة بالثلوج التي لوحظت في أنتاركتيكا خلال فترة ثقب الأوزون. ونلاحظ رُغم ذلك أن جميع القيم صغيرة إذا ما تمت مقارنتها بـ(UVI=300) الموجودة خارج الغلاف الجوي للأرض.

تاريخ ذروة الأشعة فوق البنفسجية

أخيرًا، في الشكل 4، نعرض يوم السنة الذي حدثت فيه قيم ذروة الأشعة فوق البنفسجية. لاحظ أن ذروة الأشعة فوق البنفسجية في أنتاركتيكا تحدث في أوائل ديسمبر عندما لا تزال آثار ثقب الأوزون في أنتاركتيكا موجودة، ومن الشكل 2، تكون قيمة الذروة هذه أكبر بكثير من تلك الموجودة في خطوط العرض الوسطى مثل نيوزيلندا. علاوة على ذلك، خلال هذه الفترة، هناك 24 ساعة في وضح النهار في أنتاركتيكا، لذلك يمكن زيادة الجرعة اليومية الإجمالية مقارنة بالمواقع الأخرى.

الشكل 4. خريطة تبين يوم من السنة التي وقعت فيه ذروة الأشعة فوق البنفسجية. عادةً ما يتوافق هذا مع الفترات التي تكون فيها الشمس أعلى في السماء. خارج المناطق المدارية، يقع هذا بالقرب من 21 يونيو في نصف الكرة الشمالي، وبالقرب من 21 ديسمبر في نصف الكرة الجنوبي. ومع ذلك، في القارة القطبية الجنوبية، تحدث ذروة الأشعة فوق البنفسجية في وقت مبكر بسبب انخفاض قيم الأوزون بكثير في فصل الربيع.

البحث:

Liley, J. Ben, and Richard L. McKenzie. “Where on Earth has the highest UV.” UV Radiation and its Effects: an update 68 (2006): 36-37.