Влияние космогеофизических факторов на человека и его среду обитания

Солнце – ближайшая звезда, относящаяся к классу желтых карликов – раскаленный до бела шар радиусом 695997 км, в центре которого идут реакции по преобразованию водорода в гелий, сопровождающиеся выделением энергетики солнечного вещества в виде электромагнитных излучений. Расстояние от Солнца до Земли 150 млн. км, солнечный луч проходит его за 6 мин 19 с.

Для землян важным параметром является вызываемая магнитным полем солнечная активность, которая характеризует все виды излучения. Интенсивные потоки электромагнитной радиации достигают Земли через 8 мин, корпускулярный поток (заряженные частицы) через 10–20 часов. К активным структурам принято относить факелы, пятна, флоккулы, волокна, хромосферные вспышки, протуберанцы, активные области в короне, через которые выбрасывается солнечная плазма, которая устремляется от Солнца в радиальном направлении. Из-за вращения Солнца потоки плазмы закручиваются в вихри и в таком вихревом потоке энергетика солнечного вещества уносится в межпланетарное пространство (приблизительно со скоростью 500 км/ч), достигая магнитного поля Земли, происходит столкновение, вызывающее магнитную бурю. В течение 11-летнего цикла солнечной активности происходит 37000 вспышек (максимально – 1 в течение 1–2 часов, минимально – 1–2 в день), вызывающих около 500 магнитных бурь на Земле, которые влияют на состояние больных людей и могут воздействовать на различные технические системы.

Первая защитная сфера Земли, которая встречает удар,– магнитосфера – является магнитным щитом Земли. Он экранирует Землю от корпускулярной радиации, не давая ей уничтожить атмосферу. На воздействие магнитосфера откликается рядом явлений. Магнитосферная плазма из-за конвективных движений порождает электрические токи – экваториальную и полярную электроструи. Из полярных электроструй при сильных возмущениях частицы «впрыскиваются» в ионосферу, вызывая полярные сияния (свечение атомов и молекул кислорода и азота на высотах 90–120 км).

Так как вспышка – процесс многоимпульсный, возникает последовательная серия сжатий и расширений магнитосферы, изменяющих напряженность магнитного поля у поверхности Земли, т.е. суббурь, что в целом составляет картину большой магнитной бури. В зависимости от того, является источником возмущений плазма от вспышки или высокоскоростной поток солнечного ветра, магнитные бури имеют внезапное или постепенное начало.

Магнитные бури – вызываемые воздействием усиленных потоков солнечного ветра кратковременные (несколько суток) сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие его плавный суточный ход. Поток солнечных высокоскоростных частиц, достигая магнитосферы Земли, приводит к ее сжатию, что вызывает нарушение динамического равновесия в магнитоплазменных оболочках Земли.

 

 

Рис. 33. Солнечная вспышка и протуберанец

 

Ионосфера. Наибольшее возмущение ионосферы отмечается на широтах 40–80^о. Ионосфера, поглощая солнечное рентгеновское излучение, нагреваясь, раздувается, увеличивая плотность плазмы, что увеличивает аэродинамическое сопротивление движению спутников и пилотируемых кораблей, влияет на радиосвязь (в высоких широтах радиоэфир может быть полностью блокирован в течение нескольких суток).

Во время магнитных бурь стрелка компаса начинает беспорядочно вращаться 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 разность потенциалов невелика (около 50 В/км), но в протяженных проводниках с низким сопротивлением (линиях связи и электропередач, трубопроводах, рельсах железных дорог) полная сила индуцированных токов может достигать десятков и сотен ампер.

Наименее защищены от подобного влияния низковольтные линии связи. 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 переменного тока. Возникает избыточное магнитное насыщение сердечника магнита, что приводит к сильному поглощению энергии, перегреву обмоток и аварии всей системы. По этой причине в 1989 г. половина Канады на несколько часов осталась без электричества.

Внешние оболочки Земли

– экранируют потоки частиц с высокими энергиями и жестким излучением;

– преобразуют, трансформируют и перераспределяют суммарную энергию, приходящую от Солнца, что вызывает значительные колебания естественных электромагнитных полей – магнитные бури.

Наблюдаемые негативные явления:

– сбои в подводных трансатлантических кабелях из-за высоких значений напряжений;

– изменение орбит спутников на низковысотных орбитах из-за «разбухания» ионосферы и изменения «лобового» сопротивления;

– нарушение радиосвязи и работы навигационных систем;

– нарушение антикоррозийной защиты на протяженных трубопроводах действием наведенных токов.

 

 

Рис. 34. Северное сияние

Негативные биовоздействия. Во время магнитных бурь вследствие резонансного воздействия и изменения электрического поля на сердечно-сосудистую систему и реакцию человека растет недостаточность кровоснабжения из-за спазмов сосудов, что ведет к увеличению числа инфарктов, инсультов, ДТП.

Открыта циклическая связь между развитием эпидемий (эпизоотий, эпифитотий) и солнечной активностью: дифтерия, холера, лейкопения, и возможно, грипп. В основе эпидемий лежит массовая активизация вирусов под воздействием температуры, ультрафиолетового, рентгеновского излучения, атмосферного электричества и др. (установлено, что размножение вирусов ускоряется во время грозы, ДЦП возникает в результате мутации вируса под действием солнечной активности).

Таким образом, намечается следующая схема влияния солнечной активности на биосферу: возмущения на Солнце приводят к возмущению межпланетной среды, которая передает возмущение магнитосфере и ионосфере Земли. Все это приводит к изменению напряженности и спектра электромагнитных полей на поверхности Земли, к сдвигам в физиологических и генетических показателях организма.

Сегодня известно, что во время (или до, или после – у разных людей по-разному) магнитных бурь не только ухудшается самочувствие «здоровых людей», но резко обостряется течение хронических заболеваний, что нередко заканчивается летальным исходом. Известно также, что только одна так называемая вспышка на Солнце «аукается» как минимум 4000 человеческих жизней, оборванных неожиданно или, как пишут врачи, «скоропостижно».

Как известно, вся совокупность биохимических, физиологических реакций, протекающих при участии энергии света, носит название фотобиологических процессов. Эти процессы в зависимости от их функциональной роли могут быть условно разделены на три группы:

а) Обеспечение синтеза биологически важных соединений (фотосинтез).

б) Служат для получения информации и позволяют ориентироваться в окружающей обстановке (зрение, фототаксис, фотопериодизм).

в) Сопровождаются вредными для организма последствиями (разрушение белков, витаминов, ферментов, развитие онкологических заболеваний и т.д.)

Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая часть солнечного спектра, который у поверхности Земли представлен потоком волн в диапазоне от 290 до 400 Нм. Интенсивность УФ-излучения у поверхности Земли не всегда постоянна и зависит от следующих факторов:

а) географической широты местности

б) времени года, суток

в) состояния погоды

г) степени прозрачности атмосферы (при облачной погоде интенсивность УФ-излучения у поверхности земли может снижаться до 80 %, а при запылённости атмосферного воздуха от 11 % до 50 %).

Бактерицидные действия УФ-излучения используются также для обеззараживания питьевой воды. При этом органолептические свойства воды не изменяются, в неё не вносятся посторонние химические вещества.

Среди серьезных опасностей, которые угрожают человеку и всему живому на Земле, выделяют в особый вид опасные природные процессы, которые связаны со встречами (столкновениями) планеты с космическими телами: астероидами, кометами, метеоритами.

Изучение ударных кратеров на Земле, других планетах с использованием возможностей компьютерного моделирования показывают, что при столкновении нашей планеты с опасными небесными объектами возможны катастрофы локального, регионального и глобального масштаба, которые приведут не только к большим человеческим жертвам и материальному ущербу, но и послужат причиной для развития экологического кризиса. Результат – гибель жизни на Земле. Необходимость защищаться приводит к изучению вопроса о создании Системы планетарной защиты (СПЗ) от астероидно-кометной опасности. 

От Солнца тоже можно ожидать больших неприятностей. При повышении его температуры на 20 % вся Земля превратится в Сахару. Негативные воздействия оказывают излишние ультрафиолетовые, инфракрасные излучения.

Опасности, которые существуют в космосе, требуют усиленной работы по контролю за опасными космическими объектами и принятию мер по обеспечению безопасности нашей планеты – Земля.