Основы экологии и энергосбережения - Ян Мархоцкий

Факторы, воздействующие на человека во время геомагнитной бури, могут проявляться:

• увеличением количества автокатастроф;

• повышением производственного и бытового травматизма;

• обострением хронических заболеваний;

• увеличением количества суицидов.

2.5. Понятие о геомагнитном поле

Геомагнитное поле (магнитное поле Земли) учитывается в воздушной, водной, подводной и космической навигации. Оно оказывает влияние на геофизические, биофизические и экологические процессы на Земле.

Геомагнитное поле Земли пронизывает:

• все ее оболочки – литосферу, гидросферу и атмосферу, воздействуя на животный и растительный мир, а также на минеральные вещества;

• оказывает существенное влияние на формирование климата и погоды;

• влияет на колебания температуры, атмосферного давления, выпадение осадков, возникновение бурь, ураганов и других стихийных бедствий.

Влияние магнитного поля Земли на человека обусловлено солнечной активностью. Мы будем рассматривать единый гелиогеофизический фактор, который начинается на Солнце и заканчивается на Земле. Как мы уже отмечали, Солнце имеет огромные размеры и слоистое строение. В каждом из слоев происходят свои физические процессы, приводящие к испусканию в межпланетное пространство волновых излучений широкого спектра (от инфракрасного до рентгеновского); потока ускоренных корпускулярных заряженных частиц (протонов, электронов, атомов гелия и кислорода, составляющих солнечный ветер) (рис. 2.2).

Скорость данных частиц примерно равна 400 км/с, а плотность – десятки частиц на 1 см2. Они достигают поверхности Земли за 4–5 сут. Металлическое ядро Земли, а также осевое вращение и движение по орбите превращают ее в огромный двигатель. В ядре протекают токи с силой в триллионы ампер, порождающие магнитное поле Земли, которое и служит защитой от солнечного ветра. Характерно, что солнечный ветер весьма сложным образом взаимодействует с магнитосферой Земли (рис. 2.3.).

Рис. 2.2. Схематическое изображение магнитосферы Земли

Магнитное поле Земли небольшое, притом дипольное. Магнитная ось земного магнита расположена не вдоль географической оси, а составляет с ней угол 11° (см. рис. 2.2.). Как видно, магнитные и географические полюсы не совпадают. Солнечная активность отличается 11-летней периодичностью. Существует несколько солнечных циклов. Короткий цикл составляет 11 лет, средний – 110 и 300 лет, длинный цикл – предположительно около 11 тыс. лет.

Силовые линии магнитного поля характеризуются определенной ориентацией. От Северного магнитного полюса (он расположен в Южном полушарии) линии направлены вертикально вверх, а на Южном полюсе (в Арктике) – вниз. На экваторе они параллельны земной поверхности.

Рис. 2.3. Схематическое изображение магнитного поля Земли

Магнитосфера Земли взаимодействует с магнитным полем Солнца. Магнитное поле Земли из-за наличия солнечного ветра не симметрично. С дневной стороны, которая напрямую обдувается солнечным ветром, оно поджимается ближе к земной поверхности. С ночной стороны солнечный ветер давит на магнитное поле только с боков. В связи с этим силовые линии магнитного поля вытягиваются на очень большие расстояния.

Проникнуть в атмосферу Земли заряженные частицы могут через области воронок, которые имеются в Южном и Северном полушариях. Кроме того, есть второй путь проникновения в атмосферу – через шлейф, или хвост магнитосферы. Чем дальше от Земли будет солнечный ветер, тем напряженность магнитного поля меньше.

Возможно также внезапное увеличение солнечной активности. Это появление на Солнце темных пятен, образование волокон, корональных дыр, что сопровождается выделением огромного количества энергии – в среднем 1025 Дж. Энергия, выброшенная в межпланетное пространство, больше энергии частиц солнечного ветра. При этом поток электромагнитной энергии достигает поверхности за 8 мин, а поток высокоскоростных частиц – за 12–24 ч. Под таким давлением магнитосфера Земли на дневной стороне сжимается примерно вдвое, что увеличивает напряженность ее магнитного поля. Начинается мировая магнитная буря.

Начальная фаза магнитной бури длится 4–6 ч. Понижение напряженности магнитного поля называют главной фазой, которая длится 10–15 ч. Восстановительная фаза продолжается несколько часов. В это время магнитосфера восстанавливает свои первоначальные размеры.

Во время магнитной бури на человека воздействуют следующие факторы:

• инфразвуковые электромагнитные колебания, которые распространяются из области высоких широт;

• микропульсации магнитного поля Земли, оказывающие наибольшее влияние на центральную нервную систему человека, с частотой 0,1 Гц;

• изменение интенсивности ультрафиолетовой радиации, метеорологических условий, атмосферного электричества;

• повышение радиоактивности за счет выхода радона (Rn222, Rn220, Rn219) в атмосферу.

2.5.1. Поражающие факторы геомагнитных бурь

При геомагнитных бурях в организме человека происходит образование свободных радикалов (О2, ОН, Н2О2), которые приводят к стимуляции перекисного окисления липидов на фоне развивающегося дефицита антиоксидантов. Свободные радикалы образуются несколькими способами – например, при гидролизе воды:

Н2О → Н* + ОН*

или при взаимодействии пероксида водорода с железом:

Fe2 + Н2О2 → Fe3 + OH- + OH*.

Они могут образовываться также при воздействии ионизирующего излучения или в результате окисления соединений типа глютатиона. При образовании свободных радикалов, как уже упоминалось, происходит перекисное окисление липидов, появляются дисульфидные мостики в белках, протекает активация липаз, фосфолипаз и повреждается ДНК. Все это приводит к нарушению обменных процессов:

• в микросомах печени снижается интенсивность обезвреживания ксенобиотиков;

• повышается тонус сосудов из-за появления в крови необезвреженных ксенобиотиков и свободных радикалов;

• развивается холестаз, ухудшается работа кишечника в результате снижения тонуса желчевыводящих путей;

• повышается вязкость крови из-за увеличения агрегации тромбоцитов;

• магнитное поле способствует снижению синтеза мелатонина, синтезируемого в эпифизарных клетках мозга, а через него может воздействовать на весь организм;

• увеличивается частота заболеваний сердечно-сосудистой системы (артериальная гипертензия, аритмия, стенокардия, инфаркт миокарда, который характеризуется тяжелым течением, а смертность повышается на 10–20 %);

• повышается заболеваемость органов дыхания (хронические бронхиты, приступы бронхиальной астмы, хроническая обструктивная болезнь легких);

• проявляется в большей степени синдром хронической усталости и психоэмоционального напряжения.

Ведущим фактором воздействия на человека изменений солнечной активности, которая тесно связана с геомагнитной активностью, являются, как доказано исследователями, инфра-низкие электромагнитные колебания.

Немецкий физик В. О. Шуман (1888–1974) в своих исследованиях доказал, что частота волны первого порядка равна 7,5 Гц (скорость света составляет 300 000 км/с, диаметр Земли равен 6371 км, ее окружность – 40 000 км). Таким образом, длина волны первого порядка должна составлять 300 000: 40 000 = 7,5 Гц. Экспериментально доказано, что в действительности частота основной волны равна 7,8 Гц. Волны являются незатухающими, распространяются на огромные расстояния без уменьшения интенсивности, но их частота зависит от времени суток. Ночью частота их снижается, так как уменьшается толщина слоя ионосферы.

Среди волн Шумана доминирует одна, которая близка к частоте 8 Гц. Этим и объясняется их непосредственное воздействие на организм человека, а именно на нервную систему, так как частота 8 Гц совпадает с частотой альфа-ритма головного мозга. Таким образом, альфа-ритм – ритм биоэлектрической активности коры головного мозга человека. Он находится в состоянии резонанса с доминирующей частотой волн Шумана.

Повышение амплитуды волн Шумана способно воздействовать на нервную систему человека. Это проявляется:

• изменением реакции на действие внешних раздражителей;

• появлением чувства тревоги, безотчетного страха, беспокойства;

• воздействием на эндокринные железы и весь организм в целом.

У людей встречаются разные уровни магниточувствительности: низкий (14 %), средний (70 %) и высокий (16 %). Следовательно, при изменении геомагнитного поля у 16 % людей наблюдается кратковременная перестройка вегетативно-гуморальной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем и всего организма в целом.

Необходимо отметить, что жизнедеятельность любого организма сопровождается протеканием внутри него слабых электрических токов, т. е. биотоков. Сам организм представляет собой автоколебательную систему с выделительным набором биогенных биоритмов. Наиболее характерными короткопериодическими ритмами центральной нервной системы у здорового человека в состоянии покоя следует считать колебательную активность электрических и магнитных полей (головной мозг – 2–30 Гц; частота сердечных сокращений – 1–1,2 Гц; частота дыхательных движений – 0,3 Гц; периодичность колебаний артериального давления – 0,1 Гц; температура тела – 0,05 Гц).