Гипотезы, дискуссии, предложения
Влияние космической погоды на человека
Н.Г. КЛЕЙМЕНОВА, доктор физико-математических наук Институт физики Земли РАН, Институт космических исследований РАН
Известно, что активные процессы на Солнце вызывают усиление потоков солнечного ветра и корональных выбросов массы, которые приводят к развитию в магнитосфере Земли магнитных бурь - одного из главных элементов космической погоды (Земля и Вселенная, 2000, № 3). Возникает вопрос: как сказываются изменения космической погоды на климате, биосфере и человеке? Есть косвенные признаки влияния вариаций солнечной и геомагнитной активности на погоду и климат. Например, выявлена типичная для солнечной активности 11- и 22-летняя периодичность вариаций климата. О влиянии вариаций космической погоды на растительный мир было известно очень давно. Еще в XVIII в. знаменитый английский астроном Вильям Гершель, сопоставив изменение цен на пше-
ницу с наблюдениями солнечных пятен почти за два века, нашел, что чем больше пятен было на Солнце, тем дешевле стоила пшеница. Сейчас мы можем объяснить это тем, что в годы высокой солнечной активности много осадков, урожай собирают богатый, поэтому цены на пшеницу падают. До сих пор остается спорным вопрос о неблагоприятном влиянии космической погоды на биологические объекты и человека (Земля и Вселенная, 2009, № 3). Постараемся разобраться в некоторых вопросах данной проблемы.
ГЕЛИОБИОЛОГИЯ
Гелиобиология - наука, занимающаяся проблемой влияния Солнца и космической погоды на биосферу, в том числе на человека. Основоположник гелиобиологии -выдающийся русский
ученый Александр Леонидович Чижевский (Земля и Вселенная, 1987, № 6). Многим читателям известна его книга "Земное эхо солнечных бурь", где обобщены опыт предшествующих ученых и данные, полученные автором, показаны четкие соотношения между эпидемиями и солнечной активностью. Ввиду сложности структур биосферы выявленные закономерности не всегда однозначны, на что указывал и сам А.Л. Чижевский.
К настоящему времени накоплено огромное число наблюдательных фактов, подтверждающих возможность влияния вариаций гелио-гео-физических условий на биосферу и человека. Их анализ подробно изложен во многих научных и научно-популярных монографиях (например, Т.К. Бреус и С.И. Рапопорт. "Магнитные бури: медико-биологические и
74
© Клейменова Н.Г.
Основоположник гелиобиологии А.Л. Чижевский (1897— 1964).
геофизические аспекты", 2003).
А.Л. Чижевский и его последователи показали, что наиболее сильное влияние гелио-гео-физические факторы оказывают на больные и ослабленные организмы. Больной организм может рассматриваться как система, выведенная из состояния устойчивого равновесия. Для такой системы достаточно незначительного внешнего толчка, чтобы неустойчивость резко возросла, вплоть до гибели орга-
низма. В последние годы ученые предположили, что главной мишенью человеческого организма, на который воздействует гелио-геомагнитная активность, могут быть сердце и сердечно-сосудистая система в состоянии патологии.
Однако физики встретили эту гипотезу с большим скептицизмом, поскольку первичный механизм влияния вариаций геомагнитного поля на биологические системы остается неясным. Для решения проблемы
стало важным открытие в 1975 г. американским биологом Дж. Киршвин-гом и его коллегами биологического детектора магнитного поля - биогенного магнетита (биоминерализация железа в живых организмах) - у микроорганизмов и более сложных представителей животного мира, включая человека. У многих живых организмов была найдена своя "магнитная стрелка" в виде частиц магнетита, позволяющая им воспринимать внешнее магнитное поле и ориентироваться в нем. Так, птицы при дальних перелетах, голуби при возвращении к голубятне, пчелы во время "танца" - все они используют информацию о геомагнитном поле, полученную с помощью биогенного магнетита. У птиц его скопление расположено над клювом, у пчел - на брюшке, у человека - в области надпочечников.
Еще одно открытие следует считать важным для выяснения механизма влияния космической погоды на человека. В 1950-х гг. итальянский ученый Дж. Пиккарди опытным путем показал, что вариации солнечной активности могут оказывать существенное влияние на агрегатное состояние химических коллоидально-неустойчивых систем, а через них - на многие биологические процессы.
Несмотря на значительные успехи гелиобиологии, механизм влияния геомагнитной активности на человека пока не определен и вопрос о "негативном" влиянии магнитных бурь на человеческий организм далек от разрешения. Спекулятивные публикации в прессе создают ошибочное представление, что любая магнитная буря опасна для человека. Возникает парадокс: с одной стороны, многочисленные статистические исследования показывают возрастание в период геомагнитных возмущений вероятности развития таких грозных заболеваний,как инфаркт, инсульт. С другой стороны, во многих случаях при магнитных бурях подобный эффект вообще не отмечается. Постараемся разобрать-
ся, почему так происходит.
СОЛНЦЕ И ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ
Обтекая Землю, поток солнечного ветра формирует магнитосферу - невидимую магнитную оболочку нашей планеты. Внутри магнитосферы в экваториальной плоскости на расстоянии 4-6 ЯЗ находится радиационный пояс захваченных электронов, быстро вращающихся вокруг Земли с энергией от десятков кэВ до единиц МэВ. Во время магнитных бурь их потоки увеличиваются в несколько раз. Электроны двигаются на восток, протоны - на запад, что создает вокруг нашей планеты гигантский кольцевой ток, магнитное поле которого у земной поверхности направлено противоположно
Влияние потока солнечного ветра на формирование магнитосферы Земли. Рисунок NASA.
постоянному магнитному полю Земли.
В качестве индекса солнечной активности обычно используется число Вольфа ^р), равное числу пятен, видимых в данный момент на Солнце, сложенному с десятикратным числом групп таких пятен. Заметим, что не все вспышки на Солнце вызывают геомагнитные возмущения. Кроме того, если хромо-сферная вспышка расположена близко к краю солнечного диска, то интенсивный поток солнечного ветра из вспышки пролетит, не задев магнитосферу Земли, или лишь коснется ее. Поэто-
му между солнечными и геомагнитными индексами не может быть полного соответствия. Кроме того, плоскость орбиты Земли (эклиптика) и плоскость солнечного экватора не совпадают. Так, в марте проекция Земли оказывается ниже солнечного экватора (в Северном полушарии Солнца), а в сентябре - выше (в Южном полушарии Солнца). Число активных областей в полушариях нашего светила может заметно отличаться. Такая ситуация отмечается и в текущем 24-м цикле. Следовательно, к использованию индексов солнечной активности следует подходить с осторожностью.
В качестве меры планетарной геомагнитной активности часто используется трехчасовой Кр-индекс (кеппи^ег -характеристика). Кр-ин-декс - условная количественная величина амплитуды среднеши-ротных геомагнитных возмущений, зарегистрированных в Северном полушарии. Сумма из восьми трехчасовых значений Кр за сутки считается характеристикой планетарной геомагнитной возмущенности в данные сутки: в спокойные в геомагнитном отношении дни сумма Кр < 20-24, тогда как сумма Кр > 25 соответствуют магнитной буре. Однако Кр-индек-сы не учитывают тонкую
структуру поля возмущения.
В геофизике для характеристики магнитной бури используется не Кр-индекс, а Dst-индекс, характеризующий интенсивность кольцевого тока в магнитосфере, который вычисляется для каждого часа мирового времени на основе данных наблюдений низкоширотных геомагнитных обсерваторий как усредненная величина отклонений направленной на север горизонтальной компоненты магнитного поля от спокойного уровня. Строго говоря, в Dst-индекс кроме кольцевого тока большой вклад вносят токи в хвосте магнитосферы и токи на магни-топаузе. Магнитные бури
9000
7000
5000 3000
5000 3000 1000
800 600 400
1970 1975 1980
по многим показателям отличаются друг от друга. К бурям принято относить события, в которых Dst < -50 нТл. При Dst <
< -100 нТл буря считается сильной, при Dst <
< -250 нТл - гигантской, или супербурей.
Во время магнитной бури на поверхности Земли наблюдается глобаль-
График смертности от инфаркта миокарда (1М) в Болгарии в 1970-1995 гг. в зависимости от вариаций солнечной (Мр) и магнитной (Кр) активности (по вертикали - месячная сумма значений индексов). Видны четкие сезонные вариации смертности. Заметного ее возрастания в годы максимума солнечной активности не отмечено.
1985 1990 1995 Годы
1600
1400
1200
1000
800
600 4,0 ■ 104
Болгария
\\
..........С(Ж)
ч.
У
У
и»
3,0 • ю4 2200
2000
1800
1600
1400
---Г(Ж)
------Г(М)
_|_I_I_I_I_I_I_I_I_1_
_1_I_I_I_I_I_I_I_I_1_
1 23456789 10 11 12
Месяцы
График осредненных сезонных вариаций смертности от инфаркта миокарда в Болгарии в 1979-1981 гг. (с - сельское население, г - городское, ж - женщины, м - мужчины) и числа вызовов скорой помощи в Москве по поводу инфарктов и инсультов. Нижняя кривая - вариации геомагнитной активности (суммированные за три года месячные значения Кр-индекса).
ное понижение (депрессия) магнитного поля, и значения Dst-индекса становятся отрицательными. Различаются три фазы магнитной бури: начальная, когда Dst-ин-
декс возрастает и имеет положительные значения, главная - значения Dst резко убывают и становятся отрицательными и восстановительная -Dst медленно возвраща-
ется к спокойному уровню. Обычно начальная фаза продолжается от нескольких десятков минут до нескольких часов, главная фаза - 1-2 сут, а восстановительная - до нескольких суток. Наибольшие значения Кр-ин-декса наблюдаются в главную фазу бури.
МАГНИТНЫЕ БУРИ И ИНФАРКТЫ
Известно, что геомагнитная активность максимальна в периоды равноденствия. Если она (и магнитные бури) оказывает в это время большое негативное влияние на здоровье человека, то и ухудшение здоровья должно отмечаться весной и осенью. Однако оказалось, что в случае инфарктов миокарда в средних широтах, где проживает подавляющее большинство населения нашей планеты, это
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.