Letní téma: Proč naše kůže při opalování tmavne?

Tmavé povrchy absorbují světlo lépe než světlé. Udělala příroda při vývoji této vlastnosti naší kůže chybu? (délka blogu 5 min.) 

Důvod proč se naše kůže v průběhu času při opalování mění, je jednoduchý. Určitá složka slunečního záření je pro nás škodlivá. Může poškodit strukturu buněk. Příroda tedy vybavila naši kůži ochranou - při opalování tmavne. Není to ale kontraproduktivní? Vždyť tmavé povrchy absorbují více vlnových délek než světlé? Neměla by být naše kůže více chráněna, kdyby … zesvětlala? 

Reakce fotonů a povrchu tělesa

Když se proud fotonů setká s povrchem nějakého tělesa, dochází hned ke třem různým jevům. Část fotonů se odrazí určitým směrem, daným zákonem dopadu a odrazu, část se rozptýlí mnoha nedefinovanými směry a další část se pohltí. Který z jevů nakonec převáží, záleží v konkrétním případě na materiálu povrchu a druhu fotonů. 

Příroda, která nás chtěla ochránit před určitou složkou slunečního záření (ta má název UV-a) měla tedy na výběr ze tří strategií. 

Pokud bychom se bránili proti vniknutí záření jeho odrazem, museli bychom mít nejspíš kůži, která by vypadala jako zrcadlo. 

Rozptyl by se dal řešit velice hladkým povrchem. Je totiž známo, že objekty s hrubým povrchem se zahřívají zářením více, než hladká tělesa. 

Naše kůže zjevně ani nezrcadlí ani není dokonale hladká. Příroda se totiž rozhodla pro nejjednodušší verzi - ochranu pomocí zabarvení. 

Absorpce

Absorpce světla na povrchu tělesa nebo při průchodu hmotou závisí na typu materiálu a vlnové délce světla. Jinými slovy - různé materiály pohlcují různé množství a druh vlnových délek bílého slunečního světla. 

Zelený předmět je například zelený proto, že absorbuje ostatní vlnové délky - a zelená mu “nechutná”. Když se to vezme doslova, je zelený předmět všechno jiné, jen ne zelený. I když je tato úvaha trochu zavádějící. Barva je výsledek reakce světla a materiálu. Kde není světlo, není ani barva. Uvažovat o prapůvodní barvě předmětu (nezávislé na světle) je tedy nesmyslné. 

Tmavnutí kůže při opalování 

Když kůže při opalování ztmavne, znamená to, že začne absorbovat více vlnových délek. V tmavě hnědém povrchu se absorbují prakticky všechny vlnové délky - i když se to v reálných podmínkách samozřejmě neděje úplně dokonale. 

To, že je výsledná barva tmavě hnědá a ne černá, je způsobeno tím, že existují dva různé způsoby skládání barev - aditivní a subtraktivní. 

Subtraktivní míchání barev je způsob míchání barev, kdy se s každou další přidanou barvou ztrácí určitý podíl původního světla. Pokud například skládáme na sebe barevné filtry nebo mícháme pigmentové barvy, mícháme je subtraktivní metodou. Čím více vlnových délek se pohltí, tím tmavší je výsledek. 

Pokud není pohlcení absolutní a malá část fotonů se účastní odrazu a rozptylu, přichází u rozptýlených fotonů ke slovu pro změnu aditivní míchání barev. Jednotlivé složky se sčítají a vytváří světlo vyšší intenzity. Barva pak odpovídá hnědé podobně, jako když smícháte všechny barvy vodových barev. Ani tam není výsledek úplně černý. 

Zdánlivý paradox

Před škodlivým zářením nás příroda chrání podpovrchovou temnou vrstvičkou, která se stará o absorpci UV-a záření, které se tak nedostane pod ni - a nemůže tam škodit. 

Není to ovšem kontraproduktivní? Nebylo by lepší mít kůži bílou a pigmentování přímo na jejím povrchu - a to takové, které by světlo nepohlcovalo ale odráželo nebo rozptylovalo? 

Otázka je oprávněná. 

Přesně takový způsob ochrany totiž vytváříme pomocí slunečních krémů s vysokým indexem ochrany. Ty obsahují oxid titaničitý v podobě jemně mletého prášku. Tento způsob ochrany zjevně funguje docela dobře. Krém se nanese na povrch kůže - a odráží pak značné množství škodlivých komponent slunečních paprsků.

Příroda zřejmě usoudila, že vytvořit tenkou vrstvu na povrchu těla není moc spolehlivé. Dala by se lehce zničit. 

Tmavá kůže (chráněná podpovrchovou vrstvou melaninu) se tedy opravdu zahřívá více než bílá, přesto je robustnější - a tedy lepší - variantou.