Геофизика и человек

Непросто сделать действительно научно-популярный доклад, сочетающий глубину и доступность, фундаментальные истины и конкретные результаты. Именно такое сообщение под названием «Геофизика и человек», сделал недавно на очередном заседании интеллектуально-делового клуба екатеринбургского Дома ученых член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией Института геофизики УрО РАН, а в недавнем прошлом — директор этого института Владимир Иванович Уткин. Предлагаем вниманию читателей изложение доклада.


 

   …Еще древние заметили: чем больше человек знает, тем больше у него нерешенных вопросов. Не оттого ли ХХ век — век торжества науки и высоких технологий — закончился драматическим поворотом общественного мнения в сторону паранаучных спекуляций, суеверий, мистики? С другой стороны, преодоление ненаучных представлений возможно не иначе как на основе углубления научного знания. В этом противоречии таятся корни мировоззренческих коллизий, заметно влияющих на отношение современного общества к науке и ученым.

   Уникальные возможности для обсуждения этих коллизий дает геофизика. Широчайший диапазон исследований вплотную подводит ее практически ко всем областям мироздания, таящим «каверзные» мировоззренческие загадки. Но при этом возможность ее проникновения в бездну непознанного обеспечивается исследовательским арсеналом, обобщающим достижения самых разных направлений современного естествознания. Вот почему обсуждение проблем геофизики, взаимодействия ее с человеком на современном уровне представляет несомненный интерес для широкой аудитории.

Основные понятия

Геофизика занимается исследованием физических полей планет и околопланетного пространства. Это комплекс наук, физическими методами исследующих строение твердой Земли (земная кора, мантия, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных и подземных вод, физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию), а также физические связи между планетами нашей Солнечной системы. Геофизика широко использует данные смежных дисциплин: физики и геологии, математики и астрономии, исследований космоса. И в этом многообразии на первый взгляд, кажется, нет места для человека. Однако практически очевидно, что:
 

1. Человек — часть мира со всеми физическими полями, присущими ему как элементу нашего мира.
 

2. Человек — активный участник преобразования мира, владеющий знаниями, предлагающий гипотезы и прогнозы, применяющий свои знания в практической деятельности.
 

Все это напрямую связано с жизнеобеспечением человека, поэтому понятия ЧЕЛОВЕК, ЭКОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА должны рассматриваться совместно.
 

…Так что же такое человек, если рассматривать его с точки зрения геофизического объекта? Можно утверждать, что это — уникальная биологическая сенсорная система. Действительно, мы с высокой чувствительностью регистрируем поле акустических волн (слух), поле электромагнитных волн оптического диапазона (зрение), поле химических веществ (запахи и вкусовые ощущения), поле температур и давлений (осязание), гравитационное поле (ощущение веса и ускорения).
 

Геофизика имеет дело практически с теми же полями: акустические (упругие волны землетрясений), электромагнитные поля Земли, тепловое поле Земли, поле температур и давлений атмосферы, гравитационное поле Земли, планет и межпланетного пространства.
 

Однако имеются и различия. С одной стороны, геофизика бессильна при изучении запахов (вкуса) — вероятно, это специфический сенсор, присущий только биологическим системам. С другой стороны, на магнитное, радиационное поля Земли и межпланетного пространства человек реагирует косвенно, не ощущая их непосредственно. Тем не менее необходимо признать, что человек в процессе своей эволюции всегда находился и находится под действием физических полей Земли и соответственно — в некотором условном равновесии с этими полями. Кроме того, homo sapiens имеет еще один мощный инструмент — разум, который с помощью мощного биокомпьютера — нашего мозга — может накапливать и анализировать громадную информацию и пользоваться ею для объяснения явлений окружающего нас мира, для воздействия на него. В связи со сказанным интересно рассмотреть различные аспекты взаимодействия человека с окружающим его «геофизическим» миром.
 

Что же главное? Это — Солнце как основной источник энергии, поступающей на Землю.
 

Солнечный ветер, магнитные бури и кардиология

Количество солнечной энергии, поступающей на Землю в виде светового электромагнитного излучения, огромно. Внутри солнечного ядра в ходе термоядерных реакций масса превращается в электромагнитное излучение. Эта энергия излучается за пределы звезды и заставляет ее светиться. Частично она передается другим планетам Солнечной системы, но большая часть ее рассеивается в космическом пространстве. Каждую секунду в ядре Солнца 4 млн тонн водорода переходит в энергию. Мощность этого излучения с поверхности Солнца достигает величины 4•1026 ватт. На поверхности Земли мощность солнечной энергии в оптическом диапазоне может достигать до 2000 ватт/м².
 

Кроме оптического излучения от Солнца распространяется постоянный поток протонно-электронной плазмы, который получил красивое название — «солнечный ветер». Он взаимодействует с магнитным полем Земли, искажая симметрию поля этого естественного магнита.
 

Постоянство солнечного ветра иногда нарушается за счет мощных солнечных вспышек длительностью несколько минут, которые вызывают местные увеличения яркости внешней оболочки Солнца и сопровождаются выделением до 1025–1026 Дж энергии в виде рентгеновского, оптического и радио излучений, а также кинетической энергии ускоренных частиц солнечной плазмы. Электромагнитное излучение достигает Земли приблизительно через 8 минут, а плазменная струя вспышки — через 70–90 часов (зависит от расположения вспышки на диске Солнца). Электромагнитное излучение Солнца практически не взаимодействует с магнитосферой Земли и свободно проникает до поверхности.
 

Плазменная струя вспышки, состоящая из заряженных частиц, достигая магнитосферы, взаимодействует с магнитным полем Земли, сильно его деформирует, при этом частицы проникают внутрь магнитосферы, создавая радиациионные пояса, и начинается явление, которое широко известно как «магнитная буря». Это явление сопровождается мощными колебаниями величины и направления вектора магнитного поля. В прошлом столетии магнитные обсерватории зарегистрировали четыре события, при которых величина поля изменялась более чем на 1000 нТл при общей величине земного поля около 50000 нТл (около 2% относительных). Магнитные бури меньшей интенсивности (с амплитудой до 200–300 нТл) наблюдаются достаточно часто — несколько раз в году. Бури такой величины могут вызывать мощные помехи в сетях проводной связи за счет индукционных эффектов, вызывать сбои компьютерной техники и несомненно воздействовать на человека как на биохимическую систему, управляемую электрическими сигналами.
 

Проблема взаимодействия магнитных бурь с биосистемой человека изучается много лет, однако остается проблемой. К сожалению, популярные в быту полукоммерческие прогнозы магнитной активности в изучении данного вопроса сыграли отрицательную роль. Главное — точность этих прогнозов ниже, чем метеопрогнозов, то есть они имеют достоверность около 30%. Скорее всего, именно поэтому детальное исследование связи интенсивности действительно произошедших, а не прогнозируемых, магнитных бурь с интенсивностью поступления пациентов в Кардиологический центр г.Екатеринбурга не выявило прямой связи между этими событиями.
 

Почему же люди чувствуют себя в это время некомфортно? На наш взгляд, уже сам прогноз по радио или телевидению создает некоторую стрессовую ситуацию. В подобной обстановке очень трудно выделить корректный сигнал взаимодействия вариации магнитного поля и самочувствия человека. Тем не менее такие сигналы удалось найти.
 

Наиболее корректная связь наблюдается между солнечной активностью и приступами мерцательной аритмии. На следующий день после вспышки на Солнце у 24% наблюдаемых пациентов возникали перебои сердечного ритма. Наибольшее влияние отслеживалось на третий-четвертый день (25 и 28%), затем происходил спад проявлений аритмии.
 

Эти явления хорошо объясняются физикой процессов, происходящих на Солнце, при возникновении солнечной вспышки и распространении плазменной струи.
 

Возникающий при вспышке импульс электромагнитного излучения достигает Земли через 8 минут и вызывает первую волну приступов мерцательной аритмии. Вторая волна приступов возникает, когда плазменная струя возбуждает магнитосферу, вызывая ее собственные колебания.
 

Однако оказалось, что не все магнитные бури вызывают приступы мерцательной аритмии по данному сценарию. Иногда после первой волны приступов, который имеет небольшую амплитуду, взаимодействие ударного фронта солнечной плазмы с магнитосферой вообще не приводит к возникновению приступов мерцательной аритмии. Обычно это объясняется сложным взаимодействием в пространстве движущейся струи солнечной плазмы и магнитосферы вращающейся вокруг Солнца Земли. Однако исследования показывают, что нередко характерные частоты электромагнитных сигналов различных органов человека совпадают с характерными частотами возмущенного поля Земли. Можно сказать, что наблюдается некоторый биоэлектромагнитный резонанс сигналов возмущенного поля Земли и управляющих сигналов человеческого организма. Известный физиолог академик М.П. Рощевский отмечал, что такие явления характерны для многих живых организмов, а не только человека. Поэтому можно предположить, что живые организмы в процессе эволюции сначала использовали характерные частоты вариаций электромагнитного поля Земли, а затем стали генерировать сами управляющие сигналы в этом диапазоне частот. Можно сделать и еще один вывод: все живые существа Земли миллионы лет эволюционировали именно в условиях магнитного поля и без него существовать не могут.
 

Отсюда напрашиваются следующие заключения:
 

а) все живые организмы Земли всегда находятся в состоянии некоторого условного равновесия с магнитной средой, существующей на Земле;
 

б) приступы мерцательной аритмии и другие проявления воздействия магнитной бури на человеческий организм возможны только при наличии в вариациях магнитного поля частот, характерных для биоэлектромагнитных резонансных явлений.
 

Много вопросов возникает при обсуждении проблемы электромагнитного загрязнения и его влияния на человека в больших городах. Профессиональные замеры показывают, что население крупного мегаполиса постоянно находится в возмущенном электромагнитном поле, которое можно характеризовать как магнитную бурю величиной 3–4 балла. По мере удаления от мегаполиса величина вариаций поля уменьшается в 200 раз. Может быть, в этом и есть секрет благоприятной электромагнитной обстановки сельских районов?
 

Некоторые выводы

Население, проживающее в промышленных центрах, постоянно находится под воздействием сильно возмущенного магнитного поля низких и особо низких частот. В связи с этим весьма сложно изучать воздействие вариаций геомагнитного поля в период магнитных бурь на состояние живых организмов в пределах мегаполиса.
 

Снизить величину техногенного магнитного шума в пределах мегаполиса не представляется возможным.
 

Соотношение компонентов магнитного поля свидетельствует о принципиально различных источниках шума в мегаполисе и обсерватории.
 

Необходимо детальное исследование источников техногенного магнитного шума с целью разработки методов снижения этого шума или перемещения его спектра в другой частотный диапазон, не связанный с характерными частотами организма.
 

Здоровье человека и внешние метеоусловия (атмосферное давление и температура)              

Эту важную тему стоит проиллюстрировать полученными результатами обследования пациентов Кардиологического центра (г. Екатеринбург), но прежде необходимо отметить особенности вариаций метеоусловий в районе г. Екатеринбурга.
 

Исторически Екатеринбург был построен в самой низкой части Уральских гор. Например, средний уровень города — около 280 метров над уровнем моря, а на севере (180 км от Екатеринбурга) и юге (100 км от Екатеринбурга) начинаются достаточно мощные горные системы высотой до 2000 метров. Эта геоморфологическая особенность расположения мегаполиса сказывается и на изменчивости метеоусловий.
 

Анализ изменения атмосферного давления и температуры показал, что прохождение атмосферных фронтов через своеобразный канал между высоких гор вызывает резкие изменения давления и температуры, которые могут достигать до 15–18 мм ртутного столба или 15–20 градусов в час. Несомненно, что такие изменения человеческий организм сразу чувствует и реагирует в соответствии со своей устойчивостью. Специалисты Кардиологического центра давно заметили связь между изменением метеоусловий и поступлением больных в клинику, однако до последнего времени найти надежные корреляционные связи между этими событиями не удавалось. Тем не менее такая связь существует — если провести сопоставление не абсолютных значений атмосферного давления, а его приращений.
 

Опыт показывает, что около 70% пациентов клиники попадают в нее при резких (более 10 мм Hg/час) изменениях атмосферного давления и около 30% — вследствие стрессовых ситуаций. Последним нужен не столько терапевт, сколько психиатр или психолог. Около 75% пациентов нечувствительны к изменению температуры, около 17% реагируют на резкое похолодание, и около 8% — на резкое потепление.
 

Следовательно, людям с повышенной метеочувствительностью (пожилые или больные сосудисто-сердечной недостаточностью) следует внимательно слушать прогнозы погоды и в соответствии с ними регулировать свою деятельность.
 

Гравитационное поле

…Известно, что человек чувствует ускорение: например, при поездке в автобусе мы четко фиксируем все его повороты, убыстрения и замедления движения, то есть изменения поля гравитации. Значит, можно предположить, что гравитация тоже как-то должна влиять на человека. Возможно, движение планет Солнечной системы, их взаимное расположение также оказывают влияние на человеческий организм, хотя непосредственно мы этого не ощущаем. Обычно считают, что вариации гравитационного поля, вызванные расположением планет, очень малы, но геофизика четко фиксирует так называемые приливные движения земной коры и приливные волны в океане, интенсивность которых связана с взаимным расположением Луны и Солнца. Многие геофизики связывают известные циклы солнечной активности (11, 22-летние и т.д.) с движением Юпитера — самой крупной планеты нашей системы. Существуют и более продолжительные циклы в истории Земли. Известно, например, что циклы активного горообразования повторялись на Земле с периодичностью около 270–280 млн лет. Геодинамическая реконструкция, построенная профессором В.А. Аплоновым из Санкт-Петербургского университета, позволила проследить эти циклы почти на 3 млрд лет в глубь истории Земли.
 

Существует очень красивая гипотеза неустойчивости внутреннего состояния планеты Земля, которая приводит к движению материков и новым циклам горообразования. Она основана на том факте, что движения материков циклически повторяются с периодичностью около 270–280 млн лет, а это полный период прохождения Солнечной системой нашего галактического рукава или вращение нашей галактики — ГАЛАКТИЧЕСКИЙ ГОД. Следовательно, малые изменения внешнего гравитационного поля при движении в космическом пространстве могут приводить к заметным изменениям лица нашей планеты. Правда, специалисты в области гравиметрии (например, академик РАН В.Н. Магницкий, член-корреспондент РАН Ю.Н. Авсюк) не соглашаются с этим, но такие большие периоды изменения гравитационного поля при расчетах в системе Солнце–планеты–спутники планет не получаются.
 

Напрашивается несколько нетривиальный вывод. Может быть все-таки планетарные изменения гравитации человек воспринимает, и тогда астрология имеет под собой некоторую «гравитационную» основу ?
 

В заключение этого раздела — шутливая фраза, которую приписывают академику П.Л. Капице: «Я не верю в гороскопы, но совпадения надоели!».
 

Окончание следует