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Rayonnement IR et UV
Comprendre les rayonnements infrarouges (IR) et ultraviolets (UV ) est essentiel dans les sciences de l'environnement car ces deux types de rayonnements conséquents ont deseffets importants sur l'état de notre planète et de son atmosphère.
Lalumière visible est la plage de rayonnement électromagnétique (EM) allant de 380 nanomètres (nm) à 760 nanomètres (nm).
Le spectre du rayonnement électromagnétique peut être représenté sous la forme de différents types d'ondes transversales. Le rayonnement infrarouge va de 760 nm à environ 14 000 nm, et le rayonnement ultraviolet va de 380 nm à 200 nm.
Lalongueur d'onde est la distance entre chaque crête distincte d'une onde électromagnétique ou sonore.
Lesondes transversales (telles que les ondes électromagnétiques) agissent en deux dimensions, ce qui signifie qu'elles peuvent se déplacer dans plusieurs directions.
En revanche, les ondes longitudinales sont unidimensionnelles et n'agissent que dans une seule direction.
Différence entre la spectroscopie UV et IR
Jetons un coup d'œil aux rayonnements spectroscopiques UV et IR et comparons leurs différences plus en détail ci-dessous.
Rayonnement ultraviolet
Le rayonnement UV concerne la partie du spectre électromagnétique allant des rayons X à l'extrémité violette de la lumière visible. Le rayonnement ultraviolet n' est pas visible pour nous, les humains, mais lorsque des matériaux fluorescents absorbent le rayonnement UV, ils deviennent excités. La surface brûlante du soleil émet des rayons UV qui atteignent l'atmosphère terrestre.
Une trop grande quantité de rayons UV peut être dangereuse pour l'homme (elle peut provoquer des cancers et des anomalies oculaires), c'est pourquoi il est vital de se protéger, en particulier pendant les longues périodes d'exposition. Les humains peuvent porter de la crème solaire pour protéger leur peau des UV.
L'atmosphère terrestre possède sa propre protection contre les UV : la couche d'ozone.
Nous utilisons les rayons ultraviolets pour tuer les bactéries et les ampoules fluorescentes.
La partie du spectre électromagnétique relative au rayonnement ultraviolet est divisée en trois couches:
- Le rayonnementUVA (lumière noire) se situe entre 315 et 380 nm.
- Le rayonnementUVB se situe entre 280 et 315 nm.
- Le rayonnementUVC se situe entre 280 et 100 nm.
Les rayons UV decourte longueur d'onde sont absorbés par l'oxygène présent dans l'atmosphère. Comme l'oxygène est abondant (à cet effet), le rayonnement UVC n'atteint pas la surface de la Terre.
La couche d'ozone
La couche d'ozone est une sous-section de la stratosphère où se trouve la plus importante concentration de molécules d'ozone (O3). L'ozone se forme à partir de molécules d'oxygène qui sont divisées par le rayonnement ultraviolet de courte longueur d'onde émis par le soleil. Cela produit un atome d'oxygène et un radical libre d'oxygène, qui réagit avec une autre molécule d'oxygène et forme de l'ozone. Ces molécules d'ozone sont décomposées par les rayons UV de grande longueur d'onde, formant des molécules d'oxygène et un radical libre d'oxygène, qui reforme l'ozone ailleurs. Par conséquent, l'oxygène et l'ozone travaillent ensemble pour protéger la planète des rayons ultraviolets nocifs.
Un radical libre est une molécule très réactive qui possède un électron libre.
Les radicaux libres sont très dangereux dans la couche d'ozone et à l'intérieur du corps. Heureusement, grâce à notre alimentation, nous avons ces choses étonnantes appelées antioxydants (comme les vitamines C et E) qui travaillent sans relâche pour débarrasser notre corps des dangereux radicaux libres. Les antioxydants neutralisent les radicaux libres en leur fournissant un électron qui s'associe à leur électron de rechange réactif.
Rayonnement infrarouge
Lerayonnement infrarouge concerne la partie du spectre électromagnétique située entre l'extrémité rouge de la lumière visible et les micro-ondes. Le rayonnement infrarouge est également émis par des surfaces brûlantes comme le soleil. L'absorption du rayonnement infrarouge produit un effet de réchauffement sur une surface, et dans le cas de la mer, il peut pénétrer à des centaines de mètres de profondeur, mais avec peu d'effets de réchauffement dans les profondeurs des océans.
Lastratification thermique est la formation de couches descendantes d'une masse d'eau dont les températures baissent à mesure que les rayons du soleil ne pénètrent pas dans les profondeurs.
L'insolation est la quantité de rayonnement solaire qui atteint une zone donnée à un moment donné.
Le spectre du rayonnement infrarouge se divise également en trois parties:
- l'infrarouge decourte longueur d'onde, qui va de 780 à 2500 nm
- IR de longueur d'ondemoyenne allant de 2500 à 5000 nm
- IR degrande longueur d'onde allant de 5000 à 14000 nm.
Plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence des ondes porteuses d'énergie est élevée, ce qui signifie que plus d'énergie est transmise.
L'homme utilise le rayonnement infrarouge pour chauffer et sécher les produits.
Effets des IR et des UV sur la planète
Les infrarouges, les ultraviolets et les formes nocives de rayonnement, de sorte que lorsqu'une plus grande quantité de rayonnement atteint la planète, des dommages sont causés aux humains, aux écosystèmes et au climat. Voyons d'abord ce qui affecte la quantité de rayonnement qui atteint la surface de la Terre.
Les effets du rayonnement infrarouge : Les gaz à effet de serre
Les effets du rayonnement infrarouge du soleil sont essentiels au réchauffement de notre planète et au maintien d'un environnement tempéré permettant à la vie de survivre. Cependant, les émissions de gaz à effet de serre dues à l'activité humaine entraînent une augmentation de la quantité de rayonnement infrarouge absorbée par la surface de la Terre. Les gaz à effet de serre absorbent les rayons IR et les réémettent dans toutes les directions. Ainsi, lorsque les IR sont réfléchis ou réémis par la surface de la Terre, au lieu de retourner dans l'espace, une partie du rayonnement est absorbée par les gaz à effet de serre et réémise vers la surface de la Terre.
Cela provoque un réchauffement supplémentaire et la crise climatique à laquelle nous sommes confrontés aujourd'hui.
Les effets des rayons UV : L'appauvrissement de la couche d'ozone
La couche d'ozone est essentielle pour protéger notre planète des effets dangereux des rayons ultraviolets. Cependant, les émissions gazeuses issues de l'activité industrielle des années 1900 entraînent un appauvrissement de la couche d'ozone. Les molécules nocives telles que les chlorofluorocarbones (CFC) et les hydrochlorofluorocarbones (HCFC ) se divisent en dangereux radicaux libres de chlore. Ces radicaux libres réagissent avec les molécules d'ozone, formant des molécules d'oxygène et d'autres radicaux libres (comme le monoxyde de chlore). La capacité de la couche d'ozone à absorber les rayons UV s'en trouve réduite, et une plus grande quantité atteint la surface de la Terre.
Augmentation du rayonnement IR
Une augmentation de la quantité de rayonnement IR atteignant la surface de la Terre entraîne le réchauffement du système terrestre. Ce réchauffement a divers impacts négatifs, tels que :
la fonte des calottes glaciaires,
la sécheresse,
les incendies de forêt,
l'augmentation des précipitations,
et des phénomènes météorologiques violents de plus en plus fréquents.
Tous ces impacts entraîneront une fragmentation des habitats et des migrations massives d'espèces qui obligeront les écosystèmes à s'adapter. L'augmentation des températures mondiales rendra également les méthodes agricoles plus coûteuses et les pays moins développés situés dans des climats plus chauds devront faire face à des pénuries d'eau.
De nombreux mécanismes de rétroaction positive sont associés à l'augmentation du rayonnement infrarouge.
Ne te laisse pas abuser, ils ne sont pas positifs !
Lafonte des couches de glace diminuera la capacité de réflexion de la Terre, tandis que l'élévation du niveau de la mer engloutira ces couches et provoquera une fonte encore plus importante. L'augmentation des températures entraînera également une plus grande évaporation. Cela signifie qu'il y aura plus de vapeur d'eau dans l'atmosphère. La vapeur d'eau étant un puissant gaz à effet de serre, elle entraînera la réémission d' une quantité encore plus importante de rayons infrarouges vers la surface de la Terre.
Augmentation du rayonnement UV
Lerayonnement ultraviolet transmet beaucoup plus d'énergie que le rayonnement infrarouge et peut nuire directement aux humains et aux animaux.
Il a été démontré que lasurexposition aux rayons UV provoque diverses formes de cancer chez l'homme et des anomalies oculaires telles que la cataracte.
Une exposition accrue aux UV affecte également les populations productrices des écosystèmes. Moins d'énergie est disponible dans les environnements à fort taux d'UV, et les stades de développement des organismes photosynthétiques sont donc allongés.
Cela aura des ramifications pour l'ensemble de l'écosystème. Cela peut aller des pollinisateurs et herbivores dépendants aux micro-organismes qui ont besoin de la circulation de la matière organique pour survivre.
UV et IR - Points clés
Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique situé entre la partie violette de la lumière visible et les rayons X sur le spectre électromagnétique. Les rayons UV ont une longueur d'onde comprise entre 100 et 380 nm et sont émis par la surface du soleil.
Le rayonnement infrarouge (IR) se situe entre la partie rouge de la lumière visible et les micro-ondes sur le spectre électromagnétique. Il a une longueur d'onde comprise entre 760nm et 14000nm et est également émis par la surface du soleil.
La couche d'ozone est essentielle pour protéger notre planète des rayons UV. L'oxygène absorbe les UV de courte longueur d'onde, tandis que l'ozone absorbe les UV de grande longueur d'onde.
L'augmentation de l'exposition au rayonnement IR en raison des émissions de gaz à effet de serre entraîne un réchauffement de la planète et un changement climatique. Les changements climatiques comprennent l'élévation du niveau des mers, la fonte des calottes glaciaires, l'augmentation des précipitations et les incendies de forêt.
La surexposition aux rayons UV peut provoquer des cancers et des malformations oculaires chez l'homme et freiner la croissance des populations de producteurs.
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