Na łamach pierwszych dwóch wpisów serii o ekstremalnych warunkach panujących za oknem samolotu omówiliśmy tematy ciśnienia oraz temperatury. Tym razem rzecz będzie o szeroko rozumianym promieniowaniu i jego potencjalnych skutkach dla zdrowia podróżnych. I nie są to zagadnienia pomijalne, czego wyrazem jest to, że podejmuje się w tym obszarze aktywne działania monitorujące oraz zaradcze. Temat jest ciekawy, ponieważ stewardesy przyjmują średnio więcej promieniowania niż piloci, ale w trakcie pandemii COVID-19 było wprost odwrotnie. Na niektórych trasach narażenie potrafi być kilkukrotnie większe, niż na innych. Istnieje też nieoczywisty skutek promieniowania, którego szkodliwe efekty… wdychamy w samolocie. Wspomnę też o pokładowych dozymetrach.

Na #drogadokokpitu opowiadam o swojej (nadal trwającej) historii zostawania pilotem samolotu pasażerskiego. Znajdziecie tutaj mieszankę typowego bloga, ciekawostek o #lotnictwo i #samoloty oraz praktycznych informacji dla osób, które również chciałyby podjąć takie wyzwanie, np. ile to wszystko mnie kosztuje, a także ile trwa.

Tu się nie da żyć

Część 3. Promieniowanie jonizujące i niejonizujące - czas potrzebny na przeczytanie: ~7 minut

Stratosferyczny jam session

W zależności od tego ile masz lat, możesz pamiętać kiedy trzy ważne dla dzisiejszego tematu utwory, były u szczytu popularności. W 1982 roku Kora śpiewała o tym jak słońce świeci pilotom w oczy, w roku 1995 Michael Jackson pochylał się nad problemem ochrony środowiska w ramach Earth song, z kolei rok 2003 zdominowała grupa… kilku facetów stojących na skrzydłach lecącego samolotu śpiewała „numa numa ej”. Na tym portalu podobno nie ma nikogo, kto może nie pamiętać kiedy najbardziej znany utwór grupy O-Zone leciał non stop w radio. To specyficzne jam session ma wspólny mianownik – ozon właśnie.

Ozon jest to gaz zbudowany z trzech atomów tlenu (O3) i występuje w śladowych ilościach – zasadniczo – w górnych warstwach atmosfery – przede wszystkim w stratosferze, tj. mniej więcej (wartości te są umowne) od wysokości 10 do 50 kilometrów. Przypominam za innymi moimi wpisami, że dolne warstwy stratosfery to miejsce bytowania samolotów pasażerskich. Całkowita jego masa wokół Ziemi jest zbliżona do wartości 3 miliardów ton, ale przekłada się to na jedynie 0,00006% całej atmosfery, z najwyższym stężeniem o wartości mniej więcej 0,0015% na wysokości od 30 do 35 kilometrów.

Gaz ten powstaje w kilkunastu rodzajach reakcji chemicznych, przy czym ozon zawarty w stratosferze jest przede wszystkim wynikiem działania promieniowania słonecznego. Kiedy promienie przedzierają się przez cząsteczki tlenu (O2), może dochodzić do ich rozpadu na pojedyncze atomy tlenu, które wtórnie wiążą się z O2, tworząc tlen trzyatomowy – ozon.

Pełni on bardzo istotną rolę w termoregulacji atmosfery, a także zatrzymuje w całości szkodliwe promieniowanie UV-C. Podobnie dzieje się z UV-B, którego jedynie niewielka część jest w stanie spenetrować warstwę ozonową. UV-A dociera do powierzchni Ziemi mniej więcej w połowie. Rola ozonu dla życia ziemskiego jest tak ważna, że kiedy w latach 80. dostrzegliśmy gwałtowny spadek ilości tego gazu w górnych warstwach atmosfery – prawie cała ludzkość skrzyknęła się w celu redukcji emisji przede wszystkim chlorofluorowęglowodorów (CFC). Pochodzące z nich związki chloru i bromu, w określonych warunkach meteorologicznych, szczególnie podczas obecności polarnych chmur stratosferycznych, intensywnie niszczą warstwę ozonową – przede wszystkim nad Antarktydą. M.in . NASA monitoruje stan warstwy ozonowej za pomocą obserwacji satelitarnych i czyni to od lat 70, kiedy posługiwała się satelitami Nimbus, a obecnie czyni to satelitą pogodowym Suomi NPP. Zjawisko było (i jest) oczywiście dużo bardziej złożone, natomiast przekracza ono tak ramy tego wpisu, jak i zasięg moich kompetencji.

Paradoksalnie, warstwa ozonowa nie służy osobom znajdującym się na pokładach dużych statków powietrznych wykonujących loty przede wszystkim w dolnych warstwach stratosfery. Ozon jest bowiem zasadniczo szkodliwy dla organizmów żywych w bezpośrednim kontakcie. Skutki ekspozycji u ludzi obejmują podrażnienie górnych oraz dolnych dróg oddechowych, uszkodzenia płuc, bóle głowy, zmęczenie i nasilenie chorób takich jak astma czy rozedma płuc. Ozon jest też po prostu toksyczny. No właśnie, a jak pisałem w jednej z ciekawostek o lotnictwie pod tym linkiem:

https://www.hejto.pl/wpis/hej-tomki-i-kasie-oto-10-ciekawostki-o-lotnictwie-cz-1-na-drogadokokpitu-opowiad

powietrze, którym oddychamy na pokładzie jest pobierane z zewnątrz, a następnie poddawane licznym automatycznym zabiegom w celu jego „uzdatniania”. Jednym z nich jest przepuszczenie przez swoisty katalizator redukujący ozon do tlenu O2 i jest to już w zasadzie standard w nowoczesnym lotnictwie, wywołany potrzebą związaną z trwającym dekady przekraczaniem kolejnych granic wysokości lotów samolotów komunikacyjnych.

Wobec tego wszystkiego, promieniowanie słoneczne ma dość nieoczywisty wpływ na warunki panujące za oknem dużego statku pasażerskiego, choć w świetle chociażby omówionych w innych wpisach parametrów tamtejszego ciśnienia i temperatury, skutki działania ozonu nie wydają się aż tak alarmujące. Pamiętajmy jednak, że ten sam przemysł, który wytwarzał związki szkodzące warstwie ozonowej na dużych wysokościach, generuje inne gazy i aerozole, które w kontakcie z powietrzem… tworzą ozon znacznie bliżej powierzchni. Zjawisko to jest szkodliwe dla zdrowia, a podczas spaceru na świeżym powietrzu nie mamy możliwości redukcji ozonu przed jego aspiracją do płuc.

Promieniowanie kosmiczne

Drugą część artkułu – nietypowo – nazwałem wprost, uznając że surowa nazwa niżej omówionego tematu brzmi nawet lepiej niż Kora i Michael Jackson razem wzięci. Nawet historię odkrycia tego zjawiska należy wzmiankować, albowiem zaskoczył się nim austriacki fizyk Victor Hess – pilot balonu i późniejszy noblista, który zabrał na pokład w 1912 roku licznik Geigera, mając w planach zmierzenie z jaką intensywnością będzie spadać naturalne promieniowanie Ziemi wraz ze wzrostem wysokości. Odkrycie, że odczyt wzrasta zamiast maleć na szczęście nie doprowadziło go do wniosku, że dozymetr jest uszkodzony. Być może w pierwszym odruchu powiedział do siebie pod nosem – „Nicht gut, nicht schlecht.”

Promieniowanie to przemieszczające się cząstki o dużej prędkości lub fale elektromagnetyczne i dzieli się na dwa rodzaje – jonizujące oraz niejonizujące. Pierwsze to takie, które ma tak dużą energię, że jest w stanie „wybijać” elektrony z atomów, co skutkuje powstawaniem naładowanych cząstek. Promieniowanie niejonizujące nie prowadzi do takiego efektu, choć oddziałuje z materią na inne sposoby. Przykładami promieniowania jonizującego są promieniowanie neutronowe, rentgenowskie, czy promieniowanie alfa, beta oraz gamma. Ten drugi - niejonizujący rodzaj reprezentowany jest zaś np. przez światło widzialne, laser (w tym ten gnojek – zielony), czy mikrofale.   

Ziemia nieustannie jest bombardowana promieniowaniem pochodzenia zewnętrznego, czyli promieniowaniem kosmicznym, tak jonizującym, jak i niejonizującym. Pochodzenie zjawiska może być różne, od Słońca, przez galaktyczne promieniowanie kosmiczne generowane przez supernowe, po promieniowanie uwięzione tworzące pasy Van Allena.

Przed znaczną częścią promieniowania kosmicznego chroni nas pole magnetyczne Ziemi, które odchyla jego trajektorię w ten sposób, że część ta nie dociera do powierzchni. Sama atmosfera także pochłania znaczną część promieniowania. Mechanizmy te nie są jednak liniowe, a ich skuteczność jest zmienna. Pole magnetyczne podlega stałym fluktuacjom, a grubość – najistotniejszych z perspektywy pochłanialności – warstw atmosfery waha się w zależności od szerokości geograficznej, czy pory roku. Nawet samo promieniowanie jest zmienne, tj. Słońce cechuje zmienna aktywność, występują na nim burze słoneczne, a pas Van Allena dotknięty jest anomalią południowoatlantycką, gdzie warstwa promieniowania uwięzionego schodzi wyraźnie niżej zwiększając ekspozycję na promieniowanie. To jednak na szczęście ma związek przede wszystkim z pracą satelitów, a mniej personelu pokładowego, albowiem mowa tu raczej o setkach, a nie dziesiątkach kilometrów wysokości.

Z uwagi na różnice w natężeniu pola magnetycznego Ziemi oraz grubość niższych warstw atmosfery, na standardowych wysokościach przelotowych samolotów pasażerskich różnica w dawce promieniowania kosmicznego między równikiem a wysokimi szerokościami geograficznymi wynosi około 2–3 razy. Waha się ona w zależności od cyklu słonecznego. Stąd, załoga pracująca na trasach orientujących się wokół równika będzie bezpieczniejsza od takiej, której loty odbywają się w bliższych okolicach biegunów. Naocznym dowodem tych zjawisk oraz ich zmiennego rozmieszczenia w zależności od szerokości geograficznej są oczywiście zorze polarne.

I tak – średnio promieniowanie na wysokości przelotowej jest około 100 razy wyższe niż na samej powierzchni Ziemi. Nie oznacza to oczywiście samo przez się, że jest to niebezpieczne, więc trzeba odwołać się do wartości bezwzględnych. Zatem – promieniowanie kosmiczne u @bartek555 w okolicach #szczecin to około 0.33 mSv rocznie. Na górskich halach, gdzie wypasa się @bojowonastawionaowca mowa o około 0.51-0.83 mSv rocznie. Typowe dawki promieniowania przyjętego przez członka załogi samolotu pasażerskiego mieszczą się zaś w skali roku w zakresie 1-3 mSv, choć zdarza się, że wartości mogą sięgnąć od 4 do 6 mSv. Na wartości te wpływ mają nie tylko szerokości geograficzne, ale także rodzaj lotu. Okazuje się, że parametrem jest tu także czas trwania operacji, tj. osoby biorące udział w długich lotach przyjmują większe dawki, niż takie, które nawet podróżują przez tyle samo godzin, ale w ramach kilku lotów. Zmienną jest także charakter, w którym przebywamy na pokładzie, tj. z przyczyn, których nie udało mi się ustalić, piloci przyjmują średnio około 0.35 mSv rocznie mniej promieniowania od personelu pokładowego.

Co do pasażerów – trudno o dokładne wartości, gdyż jedynie szacuje się, że dla krótkich lotów krajowych dawki wynoszą około 2 µSv, natomiast dla połączeń międzykontynentalnych mogą nawet przekraczać 50 µSv. Na przykład średnia dawka radiacji w locie Concorde pomiędzy Nowym Jorkiem i Londynem dostarczała jednorazowo 74 µSv.

Co ciekawe – w czasie pandemii COVID-19 sytuacja się odwróciła i to piloci zaczęli otrzymywać statystycznie większe dawki od stewardes, gdyż ci pierwsi utrzymywali wynik pomiędzy 1-3 mSv, a wobec personelu pokładowego nastąpił spadek do około 0.5 mSv rocznie. Wytłumaczeniem jest to, że w owym czasie dominowało lotnictwo cargo, stąd „przeciętny pilot” który w ogóle pracował – latał mniej więcej tyle samo co wcześniej, a „przeciętna stewardesa” która odbywała loty czyniła to znacznie rzadziej niż przed pandemią.

Czy te liczyby są znaczne lub groźne? Nie, ale zaleca się ostrożność i monitoring, szczególnie że przed promieniowaniem – w odróżnieniu od ozonu – znacznie trudniej się schować. Co do zasady – próg 1 mSv rocznie przyjmuje się za wartość, przy której należy już prowadzić pilnowanie otrzymanych dawek i w istocie linie lotnicze szacują szacunkowe dawki dla członków swoich załóg. Trzeba mieć pewność pozostawania po „bezpiecznej stronie”, albowiem rzeczą wiadomą jest to, że promieniowanie jonizujące może być szkodliwe. Chociażby badania wskazują, że ekspozycja na poziomie 0.36 mSv promieniowania kosmicznego u stewardes w pierwszym trymestrze ciąży może stwarzać zagrożenie poronienia, stąd kobiety pracujące na pokładzie powinny informować operatora o fakcie zajścia w ciążę. Europejski przewoźnik obowiązany jest do podjęcia działań zmierzających do minimalizacji narażenia płodu na promieniowanie kosmiczne w ten sposób, żeby do końca ciąży nie przekroczyło ono 1 mSv. Nie ma dowodów na wpływ tego rodzaju radiacji w dawkach typowych dla lotnictwa komunikacyjnego na płodność pilotów, natomiast krąży w środowisku pewna anegdota – zapewne będąca wynikiem takich zjawisk jak cherry picking, czy błąd potwierdzenia – że piloci znacznie częściej mają córki niż synów, co ma wynikać właśnie z promieniowania kosmicznego.

Gdyby któremuś przewoźnikowi kiedyś przyszło do głowy operować na wysokości co najmniej 15 kilometrów – musi on umieścić na pokładzie odpowiedni dozymetr, a także dokumentować jego wskazania oraz przewidzieć próg radiacji, który spowoduje natychmiastowe zmniejszenie wysokości lotu. Wiadomo mi o tym, że tak zabezpieczony był wspomniany już Concorde, który rzeczywiście operował na wysokościach powyżej 15 kilometrów. Żaden ze znanych mi samolotów, w tym tzw. prywatnych odrzutowców, nie lata tak wysoko, choć oczywiście nie jest wykluczone, że stan ten się nie zmieni.

Nicht gut, nicht schlecht.

Z jednej strony, opisane wyżej zjawiska z pewnością stanowią najmniej drastyczne spośród tych, o których mówiłem we wcześniejszych wpisach, niemniej nie da się ukryć, że z niskim ciśnieniem oraz ekstremalną temperaturą dużo prościej walczyć niż z przeciwnikami „niewidzialnymi”. O ile można wyeliminować znaczną większość ozonu z powietrza pochodzącego z zewnątrz zanim podamy je do środka, o tyle niektóre rodzaje promieniowania nie poddają się żadnym lub prawie żadnym staraniom zwalczania. Reasumując – tak długo jak w czasie lotu nie dojdzie do wyrwania okna, czy drzwi, tak długo to promieniowanie powinno być pod pierwszoplanową obserwacją.

Cz. 1 o ciśnieniu:

https://www.hejto.pl/wpis/w-trakcie-takich-wydarzen-jak-szczyt-klimatyczny-w-davos-czy-imprez-towarzyskich

Cz. 2 o temperaturze:

https://www.hejto.pl/wpis/w-pierwszym-wpisie-serii-o-ekstremalnych-warunkach-panujacych-za-oknem-samolotu-

Zdjęcia:

1. NASA ER-2 - samolot badawczy NASA;

2. Zawartość ozonu w atmosferze na różnych wysokościach (źródło NASA);

3. Dozymetr na pokładzie Concorde;

4. Zdjęcie zorzy polarnej;

5. To też podobno zorza, a przynajmniej ta pani wyskakuje jak się wpisze w google "Aurora".

Źródła:

1. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 859/2008 z dnia 20 sierpnia 2008 r. zmieniające rozporządzenie Rady (EWG) nr 3922/91 w odniesieniu do wspólnych wymagań technicznych i procedur administracyjnych mających zastosowanie do komercyjnego transportu lotniczego;

2. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Aviation Safety and Health, Aircrew and Cosmic Ionizing Radiation. 11 września 2024, dostęp 08 maja 2026;

3. National Aeronautics and Space Administration (NASA), Goddard Space Flight Center. What is Ozone? NASA Ozone Watch. Curator: Leslie R. Lait (NASA), 23 września 2024, dostęp 09 maja 2026;

4. National Aeronautics and Space Administration (NASA), Goddard Space Flight Center. History of the Ozone Hole, NASA Ozone Watch. Curator: Leslie R. Lait (NASA), 23 września 2024, dostęp 09 maja 2026;

5. Yasuda, H., Yajima, K. Changes in cosmic radiation doses of aircraft crew over the COVID-19 pandemic (2019–2022). Frontiers in Public Health, 31 października 2025;

6. Bilski, Paweł. Latać, czy nie latać? Promieniowanie kosmiczne w samolotach. Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, 2002;

7. Radiation Protection Dosimetry, Volume 91, Issue 4, 1 października 2000, s. 365–376;

8. National Aeronautics and Space Administration. What is Space Radiation? Goddard Space Flight Center. Curator: Daniel J. Gasperini, RNO: Carlos De Los Santos. Page Last Updated: 24 września 2024, dostęp 09 maja 2026;

9. Bartlett, D. T., Hager, L., Irvine, D., Bagshaw, M. Measurements on Concorde of the Cosmic Radiation Field at Aviation Altitudes. 2000;