Тема 7. Основные факторы геофизической природы и их влияние на человека

К геофизическим факторам окружающей среды относятся: интен­сивность солнечной радиации, температурный режим, атмосферное давление и ветры, альбедо снежной поверхности, полярная ночь, из­менение солнечной активности и магнитного поля Земли и др.

1. Влияние солнечной радиации

Одним из наиболее сильных внешних геофизических факторов, воздействующих на организм человека, является солнечная радиация. Факторами солнечного излучения, активно влияющими на биологи­ческие реакции, являются свет, ультрафиолетовая радиация, тепло, а также рентгеновские и гамма-лучи, радиоволны высоких и низких частот, электромагнитное поле. Человек, как и все живое на Земле, связан с Солнцем. Издавна известно, что солнечные лучи — лучший помощник в борьбе с болезнями. Нормированное солнечное облуче­ние регулирует деятельность сердечно-сосудистой системы (тормозит развитие гипертонии и атеросклероза), возбуждает процессы в коре головного мозга и повышают умственную работоспособность, способ­ствует усилению мышечного тонуса, физической выносливости, сти­мулирует деятельность желез внутренней секреции и пр.

Однако известно также, что большие дозы солнечного облучения угнетают, подавляют физиологические процессы, снижают иммунитет. В случаях избыточного действия ультрафиолетовой радиации возмож­ны ожоги кожй'Тэритемы). Количество получаемой ультрафиолетовой радиации измеряется дозами радиации. Например, пять доз радиации вызывают болезненные ожоги кожи; дозы радиации, превышающие в 40 и более раз допустимую дозу, способны нарушат!, биохимический обмен и вызывать рак кожи. В настоящее время считают, что ультра­фиолетовый онкогенез является следствием фотоповреждений генети­ческого материала, что проявляется изменениями ДНК, увеличением частоты хромосомных мутаций, возрастает скорость трансформации здоровых клеток в раковые. Однако механизм канцерогенного дей­ствия УФИ требует дальнейших исследований. Обнаруживается тес­ная связь распространения онкологических заболеваний кожи и гео­графического фактора. Этот риск возрастает для людей, проживающих в низких широтах, где уровень УФИ повышен. У рас с темным цветом кожи, в которой пигмент фильтрует ультрафиолетовое излучение, рак кожи встречается очень редко. Светлокожие люди более восприимчи­вы к этому заболеванию (представители кельтской группы чаще по сравнению с представителями германской группы).

Необходимая для нормального функционирования организма че­ловека ультрафиолетовая радиация в зависимости от высоты солнца над горизонтом распределяется неравномерно. В нашей стране выде­ляются широтные здщ&отличающиеся количеством приходящей уль­трафиолетовой радиации:,Щ^она ультрафиолетового дефицита (от край­него севера до 57,5°с. ш.);-Jfj) зона ультрафиолетового комфорта (до 42,5°с. ш.); ’3) зона ультрафиолетового избытка (южнее 42,5°с. ш.). Таким образом, население большей части территории России испыты­вает недостаток ультрафиолетовой радиации. На Крайнем Севере не­достаток ультрафиолетовой радиации ощущается в течение 6-8 мес. в году, в Санкт-Петербурге — 3, в Москве — 2, в Саратове — 1 месяц. В то же время в летние месяцы в средней полосе России и на юге отмечается избыток ультрафиолетовой радиации.

Даже независимо от места проживания у людей, по роду службы долго находящихся в помещении (например, у шахтеров) и мало ис­пытывающих целительное действие солнечных лучей, развивается дол- цечирл &олодание (кожа становится бледной, вялой, холодной; в ней нарушается обмен веществ, слабо циркулирует кровь и лимфа, капил­ляры становятся ломкими, увеличивается склонность к кровоизлияни­ям; проявляются нарушения в деятельности нервной системы, снижа­ются работоспособность и иммунитет. Особенно вредно действует не­достаток ультрафиолетовой радиации на детский организм — проис­ходит нарушение осанки, развивается рахит, наблюдается физическая слабость и др.

Специфические условия полярного севера, где наблюдаются дефи­цит ультрафиолетовой радиаций, част!я повторяемость низких темпе­ратур и сильных ветров, а также близость магнитного полюса Земли, обусловливают проявление «синдрома полярного напряжения», спо­собствующего различным заболеваниям или ухудшению самочувствия, развитию хронических заболеваний. Известно отрицательное воздей­ствие ультрафиолетовой радиации на глаза, в результате чего прояв­ляется светобоязнь, воспаление роговицы, сопровождающееся слезоте­чением. При значительном снежном альбедо ожог глаза вызывает вре­менную снежную слепоту, известную полярным путешественникам и исследователям.

К отрицательным проявлениям действия солнечной радиации от­носится тепловой удар. Он проявляется при высокой температуре (от +32° до 50° С) и высокой относительной влажности (около 75%) атмосферного воздуха (особенно при наличии физической нагрузки на организм). В этом случае происходит усиленное выделение тепла организмом при затруднении теплообмена с окружающей средой: от­мечается нарушение водно-солевого обмена, в тканях наблюдается кис­лородное голодание, накопление шлаков, что сопровождается резким ухудшением состояния организма, вплоть до летального исхода (в ре­зультате инсульта или паралича сердца).

Солнечно-земные связи. Общеизвестным является значение Сол­нца для биосферы как источника энергии. Однако на этом постулате не заканчивается исследование солнечно-земных связей. Они гораздо шире и глубже, хотя многие из этих связей еще далеки от полной ясности, а многие из них находятся в самом начале познания. У исто­ков целого направления в науке под названием гелиобиологии (кос­мической биологии) стоял русский ученый А. Л. Чижевский (1897- 1964). Суть этого учения состоит в признании цикличности интенсив­ности влияния на биосферу космических излучений в зависимости от периодичности деятельности Солнца.

Многие ученые-исследователи доказывают на статистическом ма­териале, что многие страшные по своему размаху, опасные для людей эпидемические заболевания (чума, холера, дифтерия и др.), заразные болезни животных (ящур и др.), массовые перекочевки животных (белок, зайцев, антилоп, мышевидных грызунов и др.), нашествия са­ранчи, особенно интенсивное размножение насекомых и пр., происхо­дят через определенные промежутки времени, связанные с ритмами солнечной .активности (длительностью в*11, 80-90, 400 и т. д. лет).

Наблюдения за циклическими колебаниями солнечной активности ведутся астрономическими обсерваториями разных стран в течение двух столетий. В наши дни знания об этих процессах значительно продвинулись благодаря современным способам исследования (исполь­зование искусственных спутников, космических кораблей, новых ин­формационных технологий). Теперь известно, что в космосе человека встречают потоки радиации и что космическая обстановка не одинако­ва в разные годы и даже в отдельные дни. Стало известно также, что земной шар окружен радиационными поясами и магнитными полями подобно обшивке космического корабля. Земля защищена от косми­ческого излучения магнитным полем. Заряженные частицы солнечной плазмы проникают в магнитосферу и в основном удерживаются лини­ями магнитного поля. Если бы его не было, космическое излучение могло бы за короткий срок разложить на ионы и электроны весь воз­дух в атмосфере Земли, и жизнь на Земле в этом случае была бы невозможна.

В понятие солнечной активности входят процессы, происходящие в различных его сферах. Особенно большое значение в изменении сол­нечной активности и влиянии ее на живые организмы придается еоД: нечным пятнам (открытым еще в конце XVI—начале XVII века Г. Галилеем).

Справка: Пятна являются продуктом термоядерных реакций в не­драх Солнца и представляют собой гигантские воронки, в которых вихреобразно вращаются раскаленные до 4500° газы (температура их почти на 1000° ниже, чем в других слоях фотосферы). В максимумы солнечной активности количество пятен и их размеры увеличиваются. Около пятен и их групп образуются активные области, обладающие большой яркостью и повышенной температурой. Потоки электрически заряженных частиц, захватываемые вихрями солнечных пятен, воз­буждают в них мощные магнитные поля. Выбрасываются гигантские светящиеся фонтаны раскаленного газа — протуберанцы с температу­рой 5000°, высотой до 900 тыс. км. В результате возрастает мощность потоков корпускул в космическое пространство, часть которых дости­гает земной атмосферы. В зависимости от цикла активности Солнца корпускулярное излучение может в десятки и сотни раз усиливаться или ослабляться. Увеличивающиеся потоки корпускулярной энергии уси­ливают возмущения в магнитном поле Земли, которые улавливают жи­вые организмы и тем или иным способом на них реагируют (В. Н. Яго- динский, 1975).

В настоящее время накопилось много интересных фактов, на осно­ве которых можно судить о влиянии ламенений солнечной активности на живые организмы: растения, микроорганизмы, животных и челове­ка. Изучением солнечно-земных связей упорно занимался А. Л. Чи­жевский. Он считал, что ритмы активности Солнца влияют на ритмы биологических процессов на Земле, и когда на нем образуется много пятен и усиливается яркость солнечной короны, на планете разража­ются эпидемии, усиливается рост деревьев, размножение сорняков, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и мик­роскопические возбудители болезней. А. Л. Чижевским на основании познания закономерностей солнечных циклов вполне успешно пред­принимались попытки прогнозов различных биологических процессов, в том числе эпидемий. Например, обработав материалы по срокам эпидемий холеры в России с 1823 по1923 гг. и данные по активности Солнца, он пришел к выводу, что эти земные явления наступали син­хронно с изменениями, происходящими на Солнце. Далее он предска­зал возможность эпидемии холеры в 60-е гг. XX века (эпидемическая вспышка холеры Эль-Тор возникла в Юго-Восточной Азии). Таким методом он прогнозировал пандемии гриппа (причем из 9 предсказан­ных оправдалось 8 пандемий). Есть предположения, что в годы сол­нечной активности вирус гриппа меняет свои свойства в зависимости от степени возмущения магнитного поля. Примером тому могут слу­жить ситуации с гриппом в середине XX века: 1947 г. — вирус гриппа А1 1957 г. (Международный геофизический год) — вирус гриппа А₂ (возбудитель азиатского гриппа, которым переболело около 2 млрд чел.), 1968 г. — возбудитель «гонконгского» гриппа, для борьбы с которым пришлось создавать особую вакцину.

Обнаружены и другие биологические явления, синхронные с ак­тивностью Солнца: изменение кислотности желудочного сока (что вли­яет на частоту возникновения язвы желудка), ухудшение состояния больных гипертонией, атеросклерозом, возникновение нервных и пси­хических расстройств и др.

Из этого следует, что астрономические прогнозы уровня активнос­ти Солнца должны быть на вооружении врачей. В Париже работает

Международный институт по изучению солнечных, земных и косми­ческих излучений. В нашей стране при Гидрометеорологическом цен­тре существует лаборатория солнечно-земных связей. Здесь ежеднев­но фиксируется передвижение активных областей Солнца и их влия­ние на состояние погоды. Оказалось, что возмущения в атмосфере Земли сильнее, когда активные области концентрируются в экватори­альной части светила.

Физические свойства воздушной среды определяются ее электри­ческим состоянием, барометрическим давлением, подвижностью, влаж­ностью и температурой воздуха.

Электрические свойства атмосферы характеризуются ионизацией воздуха, электрическим и магнитным полем Земли.

Ионизация воздуха. Основной постоянно действующей причиной ионизации приземных слоев воздуха являются космические лучи и излучения радиоактивных веществ. Ионизация воздуха заключается в расщеплении газовых молекул и появлении путем превращений про­тивоположно заряженных первичных легких атмосферных ионов. Оседая на механических частицах, взвешенных в воздухе, легкие ионы пре­вращаются в тяжелые. Чем чище воздух, тем больше в нем легких ионов, в загрязненном и влажном воздухе больше накапливается тя­желых ионов.

Исследования показали, что отрицательные легкие ионы, преиму­щественно ионы кислорода, оказывают благоприятное влияние на орга­низм. Умеренная повышенная концентрация легких .аэроионов вызы­вает у людей благоприятные изменения в газовом и минеральном об­мене, стимулирует обменные процессы, ускоряет заживление ран. В физиотерапии искусственная отрицательная ионизация воздуха при­меняется при лечении бронхиальной астмы, гипертонической болезни, малокровия, бессонницы, неврозов и других заболеваний.

Снижение числа легких аэроионов приводит к потере освежающих свойств воздуха, обусловливает быстрое развитие утомления, понижа­ется общий тонус организма.

Максимальная концентрация легких ионов приходится на ранние утренние часы (более 1000 на 1 куб. см воздуха). В горах, вблизи водопадов, брызг моря концентрация их повышается до нескольких тысяч. В курортных местностях в 1 куб. см воздуха содержится 2-3 тыс. легких ионов, тогда как в промышленных городах и в жилых помещениях в таком объеме воздуха их всего 40.

Электрическое поле. Так как верхние слои атмосферы несут по­ложительныйэлектрический заряд, а Земля отрицательный харяд, то положительные ионы движутся к земной поверхности. В результате в атмосфере образуется направленный по вертикали к земле ток. Явля­ясь естественной средой для человека, электрическое поле оказывает в делом на человека положительное влияние. В среднем напряжение электрического поля в атмосфере составляет 100-130 вольт на метр. Во время бурь, усиления скорости ветра напряжение возрастает в сот­ни раз, и его влияние на человека становится неблагоприятным.

Установлено, что атмосферное электричество воздействует на орга­низм и участвует в развитии метеотропных реакций при резком изме­нении погоды.

В кабинах самолетов, салонах автомашин напряжение электри­ческого поля сильно снижается экранирующим действием металли­ческой обшивки, у людей наступает слабость, сонливость, снижение работоспособности (то же происходит в железобетонных зданиях).

Геомагнитное поле Земли. Состояние геомагнитного поля Земли зависит от солнечной радиации и поэтому периодически меняется. Резкие периодические изменения называются геомагнитными бурями. Причиной возникновения геомагнитных бурь являются мощные вспыш­ки на Солнце, вслед за которыми начинается деформация магнитного поля Земли и изменения в ионосфере. Многочисленными исследова­ниями показано, что через 2-3 дня после мощной вспышки на Солнце уменьшается количество эритроцитов и лейкоцитов в крови, повыша­ется ее свертываемость, учащаются гипертонические кризы, инсульты, инфаркты миокарда и др.