Человек и физические поля окружающего мира

Понятие «физические поля окружающего мира», очевидно, является широким и может включать в себя многие явления в зависимости от целей и контекста рассмотрения. Если употреблять его строго в физическом смысле , то есть как вид материи, то следует иметь в виду прежде всего электрическое, магнитное, электромагнитное, гравитационное поля и поле внутриядерных сил. В экологическом контексте в это понятие могут быть включены потоки ионизирующих частиц, акустические и вибрационные поля, атмосферные изменения и ряд других. Вся биология Земли: простейшие, обширные царства растений и животных и человек - находится в окружении единого материального мира, составляющего ее среду обитания. Сфера обитания является неотъемлемым условием развития жизни и одновременно суммой факторов, влияющих на живые организмы и определяющих эволюцию живой природы. Одним из существенных факторов среды обитания являются потоки излучений, действию которых подвергается все живое на нашей планете. Это электромагнитные волны, в безбрежном океане которых находится Земля, межзвездное и межгалактическое пространство, и ионизирующие излучения.

Естественные источники электромагнитных излучений

Самый длинноволновой диапазон составляют радиоволны, затем по мере укорочения длины волну следуют: инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Необходимо иметь в виду, что границы диапазонов приняты условно, они перекрываются друг с другом и в природе не имеют четких границ. Физическая природа всех излучений едина: все эти излучения - электромагнитные волны. В зависимости от частоты (V), а, следовательно, и энергии фотона (hv), существенно меняются свойства распространения и характер взаимодействия электромагнитных волн с биологическими объектами. Основным источником естественного (природного) фона радиоволн на Земле являются атмосферные электрические явления (грозы, шаровые молнии), радиоизлучение Солнца и звезд. Интенсивность фона составляет в среднем примерно Вт/. Основным естественным источником излучения в ИК, видимом и УФ-диапазонах является Солнце, а в рентгеновском и гамма-диапазонах также межзвездные и галактические объекты и события (образование сверхновых звезд, квазары, пульсары). Фоновая интенсивность в этих диапазонах зависит от многих факторов, в частности от состояния атмосферы и ионосферы, магнитного поля Земли, солнечной активности и может меняться в довольно широких пределах.

Электромагнитные волны, ищущие от Солнца, человек ощущает в виде солнечного тепла (МК - диапазон), дневного света ( видимый диапазон).

УФ - диапазон солнечного излучения проявляется в виде пигментации кожного покрова (загар). Рентгеновское и гамма-излучения человек непосредственно не ощущает. Плотность потока энергии электромагнитного излучения от Солнца на границе атмосферы составляет 1350 Вт/. Эту величину называют солнечной постоянной. Атмосфера поглощает солнечную энергию, поэтому интенсивность излучения у поверхности Земли в средних широтах снижается до 930 Вт/м². Биосфера Земли, в том числе и человек, развивались в условиях относительного постоянства солнечной радиации, поэтому изменение энергии, падающей на Землю в диапазонах ИК, видимом и УФ, определяемое состоянием атмосферы и ионосферы (например, появление озоновых дыр), может отрицательно влиять на существование жизни.

Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом

При прохождении электромагнитной волны через слой вещества толщиной (Х) интенсивность волны (I) уменьшается вследствие взаимодействия электромагнитного поля с атомами и молекулами вещества. Эффекты взаимодействия могут быть различными в разных веществах и для разных длин волн, однако, общий закон ослабления интенсивности волн будет одинаковым, где интенсивность падающего излучения, m-коэффициент ослабления, зависит от природы вещества и длины волны. В общем виде ослабление определяется поглощением и рассеянием энергии электромагнитной волны веществом.

Радиоволны

К радиодиапазону относятся самые длинные ЭМ волны: от =3*103 до 1м (частота 105 до 3*108 Гц)- длинные, средние короткие и УКВ-диапазоны, и микроволновой диапазон: λ от 1 до 10-3 м (частота 3*108 – 3*1011 ГЦ). Радиоволны, взаимодействуя с биологическими структурами, могут терять часть энергии переменного электрического поля, превращающейся в теплоту за счет генерации токов проводимости в электролитах (крови, лимфе, цитоплазме клеток) и за счет поляризации диэлектриков тканей организма. Радиоволны от искусственных источников могут иметь большую интенсивность и оказывать отрицательное влияние на жизненно важные процессы. Такими источниками являются радиовещательные и телевизионные станции, радиолокаторы и спутниковые системы связи. Они могут создавать импульсы до 30*109 Вт на частотах около 1010 Гц. Для человека, находящегося в постоянном поле, интенсивность радиоволн 0,1 Вт/м² считается безопасной. На расстояниях более 0,5 км от радиовещательных станций радиоволны длинного, среднего, короткого и УКВ - диапазонов не вызывают значимых биофизических эффектов. В зонах, где интенсивность радиоволн достигает 100 Вт/м пребывание человека запрещено нормами всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Эффекты нагрева биологических тканей радиоволнами используются в медицине при проведении физиотерапевтических процедур с помощью аппаратов УВЧ, СВЧ - терапии, а также индуктотермии. ИК, видимое и УФ - излучение могут вызывать фотобиологические процессы в биоструктурах. ИК и видимые волны активируют термо- и зрительные рецепторы соответственно. Действие ИК - излучения на организм связано, прежде всего, с тепловым эффектом в поверхностных тканях. Для прогрева используют коротковолновую часть этого диапазона. Также следует напомнить, что видимый свет необходим растениям для осуществления фотосинтеза, который является основой существования земной биосферы. УФ - излучение проникает в ткани организма на глубину до 1 мм. Поглощение УФ - излучения связано с фотохимическим реакциями и может привести к появлению эритемы (покраснение и загар). Выделяют три зоны действия УФ на организм: А - антирахитная (400-315 нм) - идет синтез витамина Д;

В - эритемная (315-280 нм) - синтез меланина в коже или развитие термического поражения кожи (ожога); С-бактерицидная (280-200 нм)- может вызывать канцерогенез, мутации, оказывает бактерицидный эффект. Последний используется в медицине для дезинфекции помещений. При действии дальнего УФ - излучения е>12 эВ может происходить образование свободных радикалов ароматических и серосодержащих аминокислот и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот, что может привести к разрушению белков и генетического аппарата клетки.

Рентгеновские и гамма - излучение обладают высокими энергиями квантов, что определяет их специфическое взаимодействие с веществом, - эти излучения являются ионизирующими. Одной из важных характеристик электромагнитного излучения. Определяющей характер его взаимодействия с биологическими объектами, является энергия фотона е. Как известно, электромагнитное излучение обладает одновременно как свойствами волны, так и частице (корпускулярно-волновой дуализм). Выраженность каждого из этих свойств зависит от длины волны. Так, в радио – и ИК-диапазоне проявляются волновые свойства(дифракция волн, интерференция) , в видимом диапазоне и те и другие свойства выражены примерно одинаково(дифракция-волновые, фотоэффект-корпускулярные). С уменьшением длины волны сильнее проявляются корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Начиная с энергии кванта, примерно равной 12 эВ(1 эВ=1,6*10-19 Дж), что соответствует дальнему УФ, и далее в диапазоне рентгеновского и тем более гамма-излучения, электромагнитная волна ведет себя как поток частиц. С этой условной границей электромагнитные излучения могут ионизировать вещество, и поэтому, начиная с дальнего УФ, рентгеновское и гамма- излучения относят к ионизирующим полям.

Собственные физические поля организма человека

Вокруг любого человека существуют различные физические поля, определяемые процессами, происходящими внутри него. Не составляет в этом смысле исключения и человек. Физические поля, которые генерирует организм в процессе функционирования, называют собственными физическими полями организма человека.

Многочисленные физические методы исследования организма человека, использующие регистрацию собственных физических полей человека, позволяют получить информацию о процессах в организме, которую нельзя получить иными способами. Типичный пример - электрокардиография.

Виды физических полей тела человека. Их источники

Можно выделить четыре основных диапазона электромагнитного и три диапазона акустического излучения, которые активно изучаются в последнее время. Диапазон собственного электромагнитного излучения ограничен со стороны коротких волн оптическим излучением, а со стороны длинных волн - радиоволнами длиной около 60 см. В порядке возрастания частоты указанные выше диапазона можно расположить следующим образом:

1. Низкочастотное электрическое и магнитное поле (частоты ниже 103 Гц);

2. Радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) (частоты 109-1010 Гц и длина волны вне тела человека 3-60 см);

3. Инфракрасное (ИК) излучение (частота 1014 Гц, длина волны 3 -10 мкм);

4. Оптическое излучение (частота 1015 Гц, длина волны 0,5 мкм).

Такой выбор диапазонов особенности биологических объектов.

Источники электромагнитных полей различны в различных диапазонах частот. Низкочастотные поля создаются главным образом при протекании физиологических процессов, сопровождающихся электрической активностью органов: перистальтические сокращения гладкой мускулатуры кишечника (период около 1 мин), поляризация и деполяризация сердечной мышцы в цикле сердечного сокращения (характерное время процессов 1 с), прохождением электрического импульса по нервным волокнам (около 10 мс), периодические процессы возбуждения и торможения в головном мозге

(0,1 с). Спектр частот, соответствующих этим процессам ограничен сверху значениями, не превосходящими 1 кГц. В СВЧ и ИК - диапазонах источником физических полей является тепловое электромагнитное излучение. Измерение теплового излучения позволяет определить температуру тела человека. Диапазон собственного акустического излучения ограничен со стороны длинных волн механическими колебаниями внутренних органов и поверхности тела (0,01 Гц), а со стороны коротких волн - ультразвуковым излучением. В частности, от тела человека регистрируются