Bienen können Ultraviolettes Licht sehen, wir nicht.
Ultraviolettstrahlung (auch ultraviolettes Licht, abk. UV-Licht, UV-Strahlung, ugs. auch Schwarzlicht) ist für Menschen unsichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die kürzer als die des (für Menschen) sichtbaren Lichtes, aber länger als die von Röntgenstrahlung ist. Die Bezeichnung ultraviolett (etwa „jenseits von Violett“) rührt eben daher, dass das UV-Spektrum mit etwas kürzeren Wellenlängen beginnt als jenen, die Menschen als die Farbe Blauviolett identifizieren. Daher ist der Name „UV-Licht“ irreführend.Die Entdeckung der UV-Strahlung folgte schnell aus den ersten Experimenten mit der Schwärzung von Silbersalzen im Sonnenlicht. Im Jahr 1801 machte der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter die Beobachtung, dass Strahlen gerade jenseits des violetten Endes im sichtbaren Spektrum unglaublich effektiv waren im Schwärzen von Silberchloridpapier. Er nannte die Strahlen zunächst „de-oxidierende Strahlen“, um ihre chemische Wirkungskraft zu betonen und sie von den infraroten „Wärmestrahlen“ am anderen Ende des Spektrums zu unterscheiden. Bis ins 19. Jahrhundert wurde UV als „chemische Strahlung“ bezeichnet. Heutzutage werden aber nur noch die Namen „Infrarotstrahlung“ und „Ultraviolettstrahlung“ verwendet. Spektrum Das ultraviolette Spektrum umfasst Wellenlängen von 1 nm bis 380 nm, die Frequenz der Strahlung reicht also von 789 THz (380 nm) bis 300 PHz (1 nm).Die Energie eines Ultraviolett-Lichtquants liegt im Bereich von ca. 3,3 eV (380 nm) bis ca. 1000 eV (1 nm). Unterteilung nach Wellenlänge Nach DIN 5031, Teil 7 wird Strahlung im ultravioletten Bereicht unterteilt in UV-A, UV-B und UV-C. Es existieren mehrere, sich überlappende und nicht genau definierte Unterteilungsmuster.
Name Abkürzung Wellenlängenbereich in nm Photonenenergie Nahes UV NUV 400−200 nm 3.10−6.20 eV UV-A oder Schwarzlicht 380−315 nm 3.26−3.94 eV
UV-B oder Dornostrahlung 315−280 nm 3.94−4.43 eV
UV-C 280−100 nm 4.43−12.40 eV Fernes UV, Vakuumstrahlung FUV, VUV 200−10 nm 6.20−124 eV
Extremes UV EUV, XUV 31−1 nm 40−1240 eV Eine vollständige Übersicht über die elektromagnetischen Wellenbereiche findet sich im Artikel Elektromagnetisches Spektrum.Unterhalb 200 nm ist Ultravioletstrahlung so kurzwellig bzw. energiereich, dass sie durch molekularen Sauerstoff (O2) absorbiert wird; dabei wird der molekulare Sauerstoff (O2) in zwei freie Sauerstoffatome (2 O) gespalten, die jeweils mit einem weiteren Molekül Sauerstoff (O2) zu Ozon (O3) weiterreagieren. Derart kurzwellige Strahlung wird von Luft (Sauerstoffgehalt etwa 21 %) absorbiert und kann sich folglich nur in einem Vakuum ausbreiten. Sie wird daher auch Vakuum-Ultraviolett (VUV) genannt. Ultraviolettstrahlungsquellen Bei Thermischer Strahlung wird der Anteil der UV-Strahlung durch das Plancksche Strahlungsgesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz bestimmt. Durch angeregte Elektronen kann dann UV-Strahlung generiert werden, wenn deren Energie oberhalb 3,3 eV liegt. Das ist auch bei der Temperatur der Glühwendeln von Glühlampen bereits in geringem Maße gegeben, weshalb insbesondere Halogen-Glühlampen auch etwas Ultraviolett aussenden. Veränderung der Intensitätsverteilung der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre, insbesondere die UV-Strahlung
Polarlicht über Jupiters Nordpol, vom Hubble Space Telescope im UV-Spektrum fotografiert Natürliche Quellen Ultraviolettstrahlung kommt in der Sonnenstrahlung vor. Wegen der Absorption in der Atmosphäre (besonders in der Ozonschicht) dringt jedoch vor allen Dingen UV-A- und wenig UV-B- Strahlung mit einer Wellenlänge oberhalb 300 nm bis zur Erdoberfläche vor. Bestimmte Gase, insbesondere FCKW, verschieben das Gleichgewicht in der Ozonschicht und führen zum Ozonloch − die UV-B-Exposition der Erdoberfläche nimmt dadurch zu. Auch andere kosmische Objekte wie Pulsare, hochangeregte Gasmassen sowie die meisten Fixsterne senden UV-Strahlung aus. Weiterhin enthält auch das Polarlicht Ultraviolettstrahlung. Weitere irdische natürliche Ultraviolettquellen sind Gewitterblitze und St.-Elms-Feuer. Künstliche Quellen Ultraviolettstrahlung kann künstlich hergestellt werden, häufig z. B. mit Quecksilberdampflampen: in industriellen UV-Strahlersystemen; Quecksilberdampf-Mitteldruck-, -Hochdruck- und -Höchstdrucklampen (Fotolithografie, Aushärten von Harzen und Lacken, Wasser-Desinfektion)
in der so genannten Höhensonne, einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe (früher zur Therapie u. a. von Akne und Rachitis verwendet) In Solarien, ausgestattet mit Quecksilberdampf-Niederdruck-Röhren (UV-A, Bräunung, jedoch umstritten aufgrund möglicher Hautschädigung)
in den sogenannten Schwarzlichtlampen: Glühlampen mit Filter oder Quecksilberdampf-Niederdrucklampen mit Filter und Leuchtstoff für UV-A (Deko-Zwecke, Disco, mineralogische Untersuchungen) Ultraviolett-Laser (Excimerlaser, neuerdings auch Diodenlaser)
UV-Leuchtdioden Weitere Quellen, deren Ultraviolett-Emission jedoch zweitrangig ist, sind Bogenlampen (veraltet), das Lichtbogenschweißen, die Koronabehandlung (siehe auch Ionisator) sowie alle Prozesse, bei denen ionisierte Gase oder sehr hohe Temperaturen auftreten (z. B. Laser-Materialbearbeitung, Ionenquellen, Funkenstrecken usw.) Wechselwirkung Ultraviolettstrahlung wird vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen, manche Tiere (Insekten, Vögel) können es jedoch teilweise sehen. Sie zählt neben dem sichtbarem Licht und der Infrarotstrahlung zur Gruppe der optischen Strahlung, da sie gebrochen, reflektiert, transmittiert, absorbiert und/oder gebeugt werden kann. Unterhalb einer Wellenlänge von ca. 200 nm ist die Energie eines einzelnen ultravioletten Lichtquants ausreichend, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen, d. h. diese zu ionisieren. Wie auch bei Gamma- und Röntgenstrahlung bezeichnet man daher kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb ca. 200 nm als ionisierende Strahlung. Physik [Normales Glas (Natron-Kalk-Glas) ist für Ultraviolettstrahlung unterhalb 320 nm nicht durchlässig, Borosilikatglas (Jenaer Glas) lässt dagegen UV-Strahlung bis etwa 290 nm passieren. Strahlung unterhalb von 290 nm transmittiert z. B. durch natürliche oder synthetische Quarzkristalle und auch Quarzglas (Kieselglas). Während natürlicher Quarz und auch gewöhnliches Kieselglas durch seinen Titangehalt keine UV-Strahlung unterhalb 200 nm transmittieren lässt, wird synthetisches hochreines Quarzglas verwendet (z. B. für ozongenerierende UV-Lampen (z. B. in der Aufbereitung hochreinen Wassers zur Oxidation der gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen oder für die ArF-Excimer-Laser-Wellenlänge 193nm). Für noch kürzere Wellenlängen (bis herab zu 45 nm) wird einkristallines Kalziumfluorid verwendet.
Kurzwelliges Ultraviolett hoher Intensität trübt Gläser und optische Komponenten; an Optiken (z. B. für Excimerlaser) werden daher hohe Reinheitsanforderungen gestellt. Ultraviolett regt viele Stoffe zur Fluoreszenz an. Der Äußere Fotoeffekt tritt bei Ultraviolett an allen Metalloberflächen auf; er wird in Photomultipliers u. a. an Szintillationsdetektoren zur Registrierung ultravioletter Strahlungsimpulse genutzt (Neutrinodetektor, Nachweis und Klassifizierung radioaktiver Strahlung. Chemie Ultraviolett vermag organische Bindungen zu spalten, aber auch zu schaffen. Es kann die Vernetzung von Momomeren initiieren oder organische Bindungen zerstören. Viele Plastwerkstoffe werden durch Ultraviolettstrahlung geschädigt (Trübung, Versprödung, Zerfall).Sauerstoff wird durch kurzwellige UV-Strahlung unterhalb 200 nm in atomaren Sauerstoff gespalten, es kommt zur Bildung von Ozon und einer Vielzahl anderer Folgereaktionen (siehe Ozonschicht). Biologie Obwohl die Ultraviolettstrahlung die niederenergetischste der ionisierenden Strahlungen ist, kann sie für den Menschen und andere Organismen gefährlich werden. Auch UV-Strahlung mit größerer Wellenlänge vermag bereits chemische Bindungen organischer Moleküle zu zerstören. Daher ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Sonnenlicht (Sonnenschutz) oder mit technischen UV-Quellen angebracht. Auch der übermäßige Besuch von Solarien ist aus diesem Grund umstritten. Die Wirkung der UV-Strahlung teilt sich wie folgt auf: Bereich Wellenlänge Biologische Wirkung UV-A 320–400 nm kurzfristige Bräune. Lange Wellen, auch direkte Pigmentierung genannt. Gelangt bis zur Lederhaut. Lässt die Haut durch die Schädigung der Kollagene altern, diese verliert dadurch an Spannkraft. UV-A-Strahlung ist für die kurzfristige, nur Stunden anhaltende Bräune verantwortlich, da sie die Pigmente in den unteren Hautschichten direkt betrifft (Konformationsänderung des Melanins). Hautalterung und Faltenbildung; nur gering erytheme (Sonnenbrand erzeugende) Wirkung, kaum Lichtschutz. hohes Melanomrisiko durch die Bildung von freien Radikalen (siehe indirekter DNA-Schaden)
UV-B 280–320 nm langfristige Bräunung (s. Hautfarbe)
Die kurzen Wellen der UV-B-Strahlung dringen in die Oberhaut ein. Man spricht dabei auch von indirekter Pigmentierung oder verzögerter Bräunung. Melanin entsteht ca. 72 Stunden verzögert direkt in der Oberhaut. Lichtschutz für die Haut; dringt in tiefere Hautschichten vor, hat einen stark erythemen Effekt. Bildung des anti-rachitischen Calciferol (Vitamin D) in der Haut. Da „Vitamin D“ im eigentlichen Sinne aber ein Hormon ist, welches UV-B bedingt produziert wird, kommt der UV-B Strahlung selbst Vitamincharakter zu. In dieser Rolle ist UV-B nicht nur lebensnotwendig, es wirkt auch vorbeugend gegen Krebs (paradoxerweise auch gegen Hautkrebs!).UV-C 100–280 nm sehr kurzwellig, gelangt nicht bis zur Erdoberfläche, Absorption durch die obersten Luftschichten der Erdatmosphäre, unterhalb etwa 200 nm durch Photolyse des Luftsauerstoffs ozongenerierend. UV-C-Strahlung (vor allem die bei n