Ян Мархоцкий - Основы экологии и энергосбережения

Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли. Солнце имеет слоистое строение. В каждом из слоев происходят свои физические процессы, приводящие к испусканию в околопланетное пространство электромагнитного излучения, потоков заряженных частиц, которые участвуют в формировании первичного космического излучения.

В солнечной атмосфере возможно внезапное увеличение активности, что выражается в появлении на Солнце темных пятен. Вокруг пятен возникают вспышки, где температура достигает 15 000 К [1] Кельвин (К) – единица термодинамической температуры в СИ, равная 1/273,16 от термодинамической температуры тройной точки воды, где существуют одновременно лед, вода и водяной пар. . При солнечной вспышке средней интенсивности, а это сопровождается появлением «дыр», пятен на Солнце, выделяется огромное количество энергии – примерно 40 25Дж. Вспышка состоит из рентгеновских, ультрафиолетовых, видимых, космических лучей, радиоволн, корпускул. Вспышки на Солнце ведут к интенсивному выбрасыванию в межпланетное пространство потоков заряженных частиц, энергия и скорость которых больше, чем энергия солнечного ветра. Из-за сильного сжатия магнитосферы Земли увеличивается напряженность магнитного поля, что проявляется магнитной бурей.

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

• увеличением количества автокатастроф;

• повышением производственного и бытового травматизма;

• обострением хронических заболеваний;

• увеличением количества суицидов.

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 см 2. 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 10 25Дж. 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 (Rn 222, Rn 220, Rn 219) в атмосферу.

При геомагнитных бурях в организме человека происходит образование свободных радикалов (О 2, ОН, Н 2О 2), которые приводят к стимуляции перекисного окисления липидов на фоне развивающегося дефицита антиоксидантов. Свободные радикалы образуются несколькими способами – например, при гидролизе воды: