книги / Опасные природные процессы. Вводный курс
.pdfГлава 6. Космогенные опасные процессы
Во внешнем радиационном поясе наиболее эффективно удерживаются энергичные электроны. Их количество резко возрастает во время магнит ных бурь за счет выброса плазмы из внешней магнитосферы. К сожалению, по внешней периферии этого пояса проходит геостационарная орбита, неза менимая для размещения спутников связи. Ее высота около 42000 км. Здесь важна электризация спутников, так как любой предмет, погруженный в плазму, должен находиться с ней в электрическом равновесии. Появляю щиеся во время магнитных бурь облака горячих (до сотен килоэлектрон вольт) электронов придают спутникам дополнительный и неравномерно распределенный отрицательный заряд. Разность потенциалов между соседни ми деталями спутников может достигать нескольких десятков киловольт, это провоцирует спонтанные электрические разряды, выводящие из строя элек трооборудование. Наиболее известным следствием такого явления стала по томка во время одной из магнитных бурь 1997 г. американского спутника TELSTAR, в результате чего значительная часть территории США осталась без пейджерной связи. Геостационарные спутники рассчитаны на 10—15 лет работы и стоят сотни миллионов долларов.
Еще один источник космической радиации — солнечные космические тучи (протоны и альфа-частицы, ускоренные до десятков и сотен мегаэ лектронвольт). Наиболее глубоко они проникают в магнитосферу в припо лярных районах, так как двигаются вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Поэтому трассы полетов, спутников и даже самолетов становятся радиационно опасными. Экипажи самолетов, летающие на высотах 9—11 км в этих районах, проходят ежегодный контроль по правилам, установленным лля радиационно опасных видов деятельности. А самолеты «Конкорд», ле тающие на больших высотах, обязаны отклоняться к югу. После наиболее мощных вспышек доза облучения экипажа может превышать облучение 100 флюорографических обследований.
Второй защитной сферой является ионосфера Земли. В области ионосфе ры текут интенсивные электрические токи, составляющие десятки тысяч амер. Эти токи регистрируются на Земле как изменение геомагнитного поля. Корпускулярное излучение наиболее легко проникает в атмосферу Земли вблизи ее полюсов, так как в этом случае заряженные частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, а не поперек их. Они воздей ствуют на состояние ионосферы, вызывая нелинейные электромагнитные отклики. Кроме того, из-за нагрева полярной ионосферы происходит изме нение погоды на Земле, так как изменяется содержание озона, меняется этектрический потенциал ионосферы и происходит возбуждение планетар ных волн, которые потом распространяются к средним и низким широтам.
Ионосферные возмущения начинаются в слое F2 в высоких широтах и затем тоже распространяются на средние и низкие широты. Наибольшее озмущение ионосферы отмечается на широтах 40—80°. Основное измене ние электронной концентрации происходит на высотах больше 180 км.
181
Paidet //. Опасные природные процессы
Обычно в самом начале вспышки, когда за счет жесткого ультрафио летового и рентгеновского излучений происходит дополнительная иониза ция ионосферы, нарушаются ионосферные токовые системы и появляются колебания на частоте 0,04 Гц. При дальнейшем развитии растет фон инф развука на частотах 0,05—0,01 Гц, а также резко растет концентрация радо на, причем в глобальном масштабе Примерно через 40 ч после вспышки в момент магнитной бури возрастает амплитуда колебаний сраз> в несколь ких частотных полосах от 5 Гц до нескольких тысячных долей герц, появ ляются шумы на звуковых частотах, нарушается радиосвязь. В конце маг нитной бури возникают колебания на частоте 5—0,3 Гц.
Ионосфера — самая плотная плазменная оболочка Земли. После сол нечных вспышек ионосфера, поглощая солнечное рентгеновское излуче ние, нагревается и раздувается, увеличивая при этом плотность плазмы, при этом повышается аэродинамическое сопротивление движению снут ников и пилотируемых кораблей. В 1972 г. не учли подобную ситуацию, и американская станция «Скайлэбупада. Во время спуска станции <Мир» Солнце было спокойным, и все обошлось благополучно. Во время вспыш ки в ионосфере образуются плазменные сгустки и «лишние - слои, что су щественно влияет на радиосвязь. Магнитные бури в высоких широтах мо гут полностью блокировать радиоэфир в течение нескольких суток.
Во время магнитных бурь стрелка компаса начинает беспорядочно вра щаться из-за вариаций магнитного поля. Вариации поля создаются струями ионосферных токов силой в миллионы ампер — электроджетов. которые возникают в полярных и авроральных широтах. В свою очередь магнитные вариации по закону электромагнитной индукции генерируют вторичные электрические токи в проводящих слоях литосферы Земли, в соленой воде и в оказавшихся поблизости искусственных проводниках. Наводимая раз ность потенциалов невелика (около 50 В/км), но в протяженных проводни ках с низким сопротивлением (линиях связи и электропередач, трубопро водах. рельсах железных дорог) полная сила индуцированных токов может достшать десятков и сотен ампер.
Наименее защищены от подобного влияния низковольтные линии свя зи. В линиях электропередач, работающих на переменном токе частотой 50—60 Гц. индуцированные токи вносят только небольшую постоянную добавку Именно добавку постоянного тока не выносят трансформаторы переменною тока. Возникает избыточное машитное насыщение сердечни ка магнита, что приводит к сильному поглощению энергии, перегреву об моток и аварии всей системы. По этой причине в 1989 г. половина Кана ды на несколько часов осталась без электричества.
Третьей защитной сферой считается нижняя часть атмосферы — она эк ранирует Землю от волновой., радиации. В интервале высот 20—60 км на ходится максимальная концентрация озона. Озон полностью поглощает излучение в диапазоне 220—290 нм (ближний ультрафиолет).
182
Гшва 6. Космогенные опасные процессы
Ученые проследили за выбросом при вспышке (третьим по мощности за последние 30 лет) положительно заряженных частиц — протонов, кото рые бомбардировали атмосферу Земли 14—16 июля 2000 г. Молекулы азота и водяного пара при такой атаке расщепляются. Азот образует окись азота и долго сохраняется в таком виде. Бомбардировка водяного пара приводит к образованию короткоживушей окиси водорода. Но она даже за короткое время успевает разрушить до 70% озона в средней мезосфере. Азотные окис- 1Ы уничтожают около 9% озона в верхних слоях атмосферы. Но суммарно все это составляет около 1%
Негативные биовоздействия. Во время бури растет недостаточность кро воснабжения из-за спазмов сосудов и чаше возникают инфаркты и инсуль ты (в 1,5 раза на 4-й день бури). Вероятно, инфразвук резонансно воздей ствует на сердечно-сосудистую систему. Изменение электрического поля на частотах 2—3 Гн влияет на реакцию человека (увеличивается число ДТП) и на сердечно-сосудистую систему.
Живые организмы чувствительны к сверхнизкочастотным магнитным л электрическим полям малой напряженности. Электромагнитное излуче ние на низких (104 Гц) и сверхнизких (102 Гц) частотах при высокой нафяженности генерируется в магнитосфере. В высоких широтах напряжеп-
эсть поля выше Важнейшей особенностью всякой биологической ритмики является син
хронизация с периодическими вариациями среды обитания. Так, почти це льная ритмика связана с изменением погоды и обусловлена секторной структурой межпланетной среды. Данные, полученные со спутников, укаывают на наличие 27-дневных вариаций, вызванных вращением Солнца 'регистрация в диапазоне волн короче 3000 ангстрем). Они непосредствеп- ^ влияют па состояние озонового слоя Земли, так как он чувствителен к ' 'пучению заряженными частицами, ультрафиолетовому и рентгеновскому
■злучению, и влияют на тропосферу и погоду Было показано, что самые разнообразные феномены биосферного и ноо-
сферного плана (сфера человеческого сознания, разума) имеют ритмический характер. Их квазипериоды близки к космическим ритмам. В частности, бывыявлена синхронность циклов солнечной активности с различными итмами социума: «психического состояния» общества, творческой активосчи, экономики, «альтернативных» социальных движений, типов обшестнпого сознания, политической деятельности, военных конфликтов, социиьпых возмущений и др. Наличие связи между солнечной активностью,
.спхофизиологическим состоянием членов социума и ноосферными про весами синхронно солнечным циклам (55—60 лет) совпадает и с ритмами юминирования правого или левого полушарий мозга и ритмами явлений г льтуры.
Смена доминирования полушарий головного мозга детерминирует оп ределенную психическую ориентацию личности. На популяционном уров
183
Гшва 6. Космогенные опасные процессы
рает роль посредника между внешней средой и внутренними событиями в организме, она первой среди других систем реагирует на магнитные поля.
•Подпороговые, слабые раздражители, к которым можно причислить естественные ЭМП, могут суммироваться, меняя функциональную актив ность нервной системы.
•Частотный диапазон ритмов мозга, включая сверхмедленный ритм (0,003—0,02 Гц), соответствует частотному диапазону вариаций геомагнит ною поля, что предполагает возможность модуляции этих ритмов естест венными ЭМП. Следствием таких воздействий могут быть комбинирован ные резонансы и десинхронность.
Экспериментальные данные, полученные при изучении действия пере менного магнитного поля на центральную нервную систему, показали, что зависимости от частоты и напряженности ЭМП в коре больших полуша рий мозга могут развиваться процессы торможения и возбуждения, проис ходить изменения суммы возбуждения в нервных клетках головного и спин ою мозга. При этом наиболее четкие реакции отмечаются на магнитное юзе, подаваемое в импульсном режиме с частотой 10 Гц. Этот эффект за стуживает особого внимания, так как основные ритмы мозга расположены области «шумановских» резонансов полости Земля — ионосфера (1 Гц). Поэтому можно ожидать, что в этом диапазоне частот возможны резонанс ные взаимодействия между ведущими ритмами мозга и естественными ЭМП. Выступая в роли возбудителей периодических процессов, естествен ные ЭМП могли бы активно влиять на психофизиологические процессы и
ем самым контролировать поведение человека.
Исследования показали, что, действительно, функциональное состоя
ние мозга человека зависит от структуры и дозы воздействия естественных ЭМП. в частности, экстраординарные реакции мозга, включая смену до минирования полушарий, развиваются на фоне пониженной геомагнитной жтивности и сопровождаются комплексом психоэмоциональных реакций, свидетельствующих об угнетении аналитического мышления.
Эти результаты хорошо согласуются с работами московских исследовате ль которые доказали, что при снижении геомагнитной активности наблю дается рост особо опасных преступлений одновременно в различных местно стях. Из этого следует, что крайне низкий уровень геомагнитной активности может являться причиной психофизиологических стрессов, проявляющихся па социальном уровне в разнообразных неблагоприятных эффектах. Обнару жена обусловленность психического и эмоционального состояния человека чровнем геомагнитной активности. В частности, было показано, что психо патическое и шизоидное состояния психики (взрослых людей) регистриру ются тогда, когда параметры межпланетной среды соответствуют низкой геомагнитной активности (ГМА). Эти результаты хорошо согласуются с дан ными по тестированию психоэмоционального состояния школьников, а именно при низкой ГМА у школьников значительно повышался уровень
185
PaiOc i //. Опасные природные процессы
февожности и снижалось настроение. Оказалось, что практически все ис пытуемые были в той или иной мере чувствительны к вариациям ГМА. од нако по степени чувствительности распределялись на три группы: особо, умеренно и слабо чувствительные
Это значит, что в области высоких широт (районы Приполярья и Крайнего Севера), где вариации естественных ЭМП носят экстремальный характер, люди с высокой чувствительностью к колебаниям геомагнитного поля будут испытывать состояние психоэмоционального напряжения.
Примерно 1/3 людей обладает повышенной чувствительностью к вари ациям естественных ЭМП. Следовательно, если эта категория лиц попадет в высоковариабельпые условия среды (что характерно для области Припо лярья и Крайнего Севера), то она составит особую группу риска. Причем не исключено, что дезадаптация проявится и па уровне психических процессов. Действительно, медико-биологические исследования, проведенные в усло виях Приполярья и Крайнего Севера, показали, что типичным синдромом дезадаптации является «синдром полярного напряжения». Он проявляется в психопатичпости. повышенной утомляемости, раздражительности, головных болях, необъяснимой тревоге, тоске, апатии, снижении работоспособности, т.е. в истощении резервных возможностей и адаптационно-регуляторных систем организма. Поэтому достаточно упрощенное мнение о том, что низкая продолжительность жизни у мужчин па Севере связана с их алко гольной невоздержанностью, не совсем правомерно. Пожалуй, напротив, склонность к алкоголизму является, скорее всего, следствием нарушения адаптационных механизмов и подсознательным стремлением к психофи зиологической компенсации дискомфорта за счет адаптогенного действия алкоголя. И не исключено, что именно пьющие жители Севера составля ют группу риска со сниженными возможностями к адаптации и высокой чувствительностью к действию ЭМП. Этим вопросом просто никто не за нимался.
При 1еомагпитных возмущениях отмечены развитие полярных сияний и магнитных бурь (частота 0,05—0,01 Гц), рост фона инфразвука, а также резкое увеличение концентраций радона в атмосфере. Радон усиливает облу чение внутренних органов и повышает концентрацию положительных ионов, вызывая соответствующие физиологические сдвиги. Стрессовое состояние делает человека весьма чувствительным ко всем внешним воздействиям Поэтому, несмотря на то что па первый взгляд дорожно-транспортные происшествия представляются чисто стохастическими (фатальными), в их статистике заложен конкретный детерминизм, связанный, в частности, с солнечной активпоегью. Растет также скорость осаждения оксихлорида ви смута, замерзание воды наступает быстрее. Меняются погода и климат изза ионосферы, а вместе с ними давление, температура, влажность.
Связь солнечной активности с массовыми заболеваниями. Известно, что га всю историю человечества больше всего людей погибло от различных
186
Гюва 6. AVvмосгнны*. опасии процессы
эпидемий. Первыми итогами повой науки — гелиобиологии, основателем которой можно считать А.Л. Чижевского, были открытия циклических свя зей между развитием эпидемий (и эпизоотии) и активностью Солнца Такая связь характерна для дифтерии, холеры, заболеваний сердечно-сос> шетой системы (инфаркт миокарда. инс> тьт), лейкопении (снижение концентрации лейкоцитов), свертываемости крови и даже эпидемии гриппа. В.Н. Ягодинский исследовал реальные солнечно-эпидемиологические связи и провел тщательную статистическую обработк> материалов. В результате анализа этих данных было показано, что всем распространенным инфекционным заболеваниям присуща определенная цикличность с периодами около 3, 5, 8, 11, 14 и 18—19 лет. Это надо понимать так что на продолжительные ци клы накладываются менее продолжительные. В результате получается сложная система многоритмичности эпидемического процесса. Тем не ме нее в общей совокупности влияний над всеми ритмами отчетливо преоб ладает 11-летний цикл. Но при этом надо иметь в виду, что эпидемический процесс от начала до конца не является однородным. При его развитии (в ди намике) происходит дробление на ряд мелких колебаний. Поэтому и маски- р\ется основная 11-летняя волна эпидемий. Этим же объясняется наличие >к данных выше циклов, продолжительность которых меньше 11 лет. Важно, что между периодами 3, 5, 8, 11, 14 и 18 лет обычно имеется двухили четы ре летний промежуток. Он является кратным повторению дат резких изме нений солнечной активности.
В чем сущность массовых инфекционных заболеваний людей, расте ний, животных? В основе — массовая активизация вирусов.
Вирусы являются самой простейшей формой жизни. Нуклеиновые ки слоты служат вместилищем информации о живом веществе. Вирус предегавляет собой живое вещество чрезвычайно малых размеров, которое спо собно размножаться. Имеются вирусы различных заболеваний животных и человека. Они являются самыми многочисленными среди всех представи- 1елей микромира.
Живое вещество состоит из клеток. Вирусы же, также являясь живым веществом, находятся на доклеточном уровне. Они как будто открепились от ядра клетки и стали существовать (жить) самостоятельно.
Свойства вирусов можно увидеть на примере бактериофагов (с лат. ба ктериофаги — пожиратели бактерий). Когда фаги (пожиратели) проника ют в бактерию, они размножаются и растворяют (лизируют) саму клетку. Фаги действуют на клетки следующим образом. Они покрыты надежной белковой оболочкой и имеют специальное приспособление (что-то вроде шприца), которое позволяет впрыскивать вирусную ДНК в тело бактерий. Уже через несколько минут после того, как ДНК попадает внутрь бакте рии, начинается размножение фаговых частиц. Вследствие этого клетка разрушается. Но реализуется и другой вариант, при котором клетка про должает жить, несмотря на то, что внутри нее имеется вирус. Клетка при этом заражена открытой, латентной инфекцией.
187
Раздел //. Опасные природные процессы
Здесь мы подошли к вопросу об источнике эпидемий. Этот источник (фаг) может годами сохраняться в популяции бактерий, ничем не выдавая себя. Но вдруг — при определенных условиях — все меняется, все ожива ет. Вирусы начинают свою активную деятельность. Что может сделать ви русы активными? Установлено, что стимулировать их могут физические и химические факторы: температура, ультрафиолетовые и рентгеновские лу чи, антибиотики, аскорбиновая кислота и др.
Среди таких факторов оказалось и атмосферное электричество. Наблю дениями было подтверждено, что размножение фагов ускоряется в момент прохождения грозы. Оно ускоряется и во время возмущения магнитного по ля Земли. Стимулятором размножения действует на фаг и радиоизлучение на частоте 200 мГц. При сравнении скорости размножения фагов с солнеч ной активностью была определена очень тесная связь между ними. Было установлено, что среди природных факторов, которые индуцируют измене ния в микромире, факторы космической среды выступают на первое мес то. Их воздействие может иметь мутагенный (вызывать мутацию или про извольное изменение генетического кода) характер.
Конечно, изменчивость вируса происходит под действием и других природных факторов. Важную роль при этом играет иммунная система ор ганизма. Изменения вируса происходят непрерывно, постепенно. Но в раз ные периоды скорость этих изменений различна. При высокой солнечной, а значит, и магнитной, активности возрастает вариабельность (изменчи вость) признаков вируса. Когда же эти изменения затрагивают те структуры вируса, которые ответственны за его способность вызывать эпидемии, в это время и происходит подъем эпидемического процесса, вспышка эпидемий. Изменяясь, вирус может заменять одну антигенную оболочку на другую, преодолевая таким путем тот иммунитет, который был приобретен вследст вие циркуляции его предшественников. Вирус меняется с тем. чтобы его на падение было внезапным. Но это только один из приемов, применяемых ви русом. Имеются и другие. Вирус может, не меняя своей оболочки, своего лица, изменять другие свои свойства, чтобы повысить свою агрессивность.
Ученые много раз пытались предсказывать те изменения, которые ви рус гриппа претерпевает в продолжение солнечного цикла (длительно стью 11 лет). Специалисты пытаются понять, кто задает программу вирусу. Возможно, вирус просто подчиняется взмахам палочки дирижера — солнеч ной активности, дирижера, который является единым для всего живого в ок ружающем нас мире. Эти изменения свойств вируса гриппа действительно потрясают. Так, в 1947 г. при максимальной солнечной активности появил ся новый вариант вируса гриппа А-1. Через 10 лет во время очередного ма ксимума солнечной активности этот вариант вируса сменился совершенно оригинальным вирусом азиатского типа А-2. Этот вирус вызвал целую се рию пандемий гриппа. Прошло еше 11 лет, и в 1968 г. наступил новый ма ксимум солнечной активности. В середине этого года в Юго-Восточной Азии началась циркуляция вируса «Гонконг».
188
Гшва 6. Космогенные опасные процессы
Это генеральные изменения вируса. Но одновременно происходят и другие, менее коренные, менее судьбоносные, но очень важные изменения, поскольку они тоже существенно влияют на вспышки эпидемий и на весь эпидемический процесс. Эти изменения дают вспышки эпидемий при ми нимальной солнечной активности.
Под действием космических факторов бактерии могут приобретать со вершенно новые качества. При этом у них может возникать лекарственная устойчивость, усиливаться размножение, токсикогенность, а также ряд дру- I их изменений. Но различные организмы по-разному реагируют на дейст вие этих факторов.
Нуклеиновые кислоты реагируют на определенные космические излу чения так, что вызывают принципиальные изменения, затрагивающие да же нуклеиновый обмен. В качестве примера можно указать на факт связи эпидемий детского паралича с атмосферным электричеством. Специалисты установили, что эпидемии детского паралича возникают в результате «эн догенной мутации» вируса под действием факторов, связанных с солнеч ной активностью.
Действие космических факторов на микроорганизмы было доказано и в прямых опытах. Так, были исследованы бактерии дифтерии. Токсикоген ность бактерий связана с поражением их фагом. Наблюдения микробиоло га С.Т. Вельховера показали, что резкие изменения их свойств очень час то встречались при максимальной солнечной активности (36 раз в год). При минимальной солнечной активности такие резкие изменения встреча лись только 5—7 раз в год. Когда исследователь закрывал культуру дифтерии свинцовым экраном, который препятствовал проникновению космических излучений, резкие изменения свойств культуры наблюдались только 1 раз за весь период опыта (1 раз в сезон, когда интенсивность действующих факто ров была максимальной).
Исследователь П.М. Нагорский проводил опыты с культурами дизенте рии, одна из них находилась под свинцовым экраном, а другая — без экра на. Он установил существенные различия в токсикогенности культуры в разных условиях ее содержания. Это свидетельствовало о действии на куль туру космических факторов.
Б.М. Владимирский исследовал бактерии кишечной группы — дифтерии, штракоида (аналог сибирской язвы), а также стафилококков. На культуру воздействовали электромагнитным полем определенной частоты. При этом многие свойства бактерий (интенсивность размножения, биохимические сдвиги и др.) под действием излучения менялись существенно.
В других опытах на бактериальную культуру действовали таким возму щенным (меняющимся) магнитным полем, которое имеет место во время магнитных бурь. При этом было показано, что вирулентность бактерий до стоверно усиливается. Агрессивность бактерий мышиного тифа, например, усиливалась в 3 раза. В других опытах было показано, что штаммы стафи
189
Раздел //. Опасные природные пропеты
лококка под действием магнитною поля в 300 раз увеличивали свою ус тойчивость.
Что такое токсичность микробов в реальной жизни? Это — или жизнь, или смерть. Например, смертность при столбняке во многом зависит от то ксичности микроба, а последняя зависит от возмущенности магнитного поля Земли, а значит, и от солнечной активности.
Надо отметить: как и солнечная активность, инфекционные заболева ния характеризуются изменениями от сезона к сезону. Установлено, что в нашей стране все подъемы заболеваемости гриппом начинатись в канун Нового года и продолжаюсь до марта. Максимум кишечных инфекций приходится на конец лета — начато осени. Сезонные изменения в инфек ционных заболеваниях очень велики. Они по большинству инфекций дос тигают 50%. Если инфекции передаются кровососущими членистоногими, то в эпидемический сезон регистрируется 100% годового числа заболева ний. Сезонные подъемы в каждом году складываются с учетом их ампли туды и продолжительности. Так образуется многолетняя цикличность.
Негативное влияние ритмов солнечной активности. Сезонные и годовые вариации обусловлены движением Земли по орбите вокруг Солнца и влия ют на вегетационный период растений (число дней в году с температурой воздуха выше 5,6 С на уровне 1,25 м от поверхности).
Подавляющее большинство других ритмов, известных в хронобиологии (месяц, 260 дней, 2 года и т.д.), синхронизировано с гармониками вариации солнечной активности (11-летний цикл). В качестве меры солнечной актив ности используют числа Вольфа. По ним начиная с 1749 г. выделены 11-лет ние циклы солнечных пятен. Эти циклы являются частью сложного компле кса 22-летних магнитных флуктуаций и коррелируют с изменениями средних величин потоков видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излуче ний и вариациями давлений. В максимуме солнечной активности верхние слои атмосферы Земли нагреваются и расширяются, появляются полярные сияния, изменяется конфигурация магнитного поля Земли, происходят из менения озонового слоя Земли, погоды и климата. За период с 1645 по 1715 г. было зарегистрировано очень небольшое число солнечных пятен, а регулярные циклические вариации практически отсутствовали. Это был пе риод солнечной минимальной средней активности (Маундеровский мини мум). Маундеровскому минимуму соответствовал наиболее суровый период холодной погоды на Земле (малый ледниковый период с XVI по XVI11 в.). Непосредственной физической причиной этого явления может быть измене ние структуры конвекции на Солнце.
Так как солнечная активность влияет на климат и погоду, важнейшие ее циклы просматриваются в показателях почвообразования и урожайности. Так, производство пшеницы в мире модулировано 11-летним и 22-летним циклами солнечной активности. Амплитуда колебаний составляет 10—20е
190