Естественные геофизические поля как экологические факторы

В земных условиях на организмы, в том числе и на человека, действуют естественные геофизические поля такие, как магнитное, гравитационное, температурное, электромагнитное и радиоактивное. Свойства геофизических полей литосферы оказывает влияние на состояние биоты (включая человека), отражает геофизическую экологическую литосферы (Трофимов, Зилинг, 2002)

Геофизические ритмы на Земле обусловлены ритмикой Вселенной и связаны с вращением Земли вокруг своей оси, обращением ее вокруг Солнца и с взаимодействием с Луной и планетами Солнечной системы. Воздействие геофизических ритмов на живые организмы происходило на протяжении всей истории существования биоты, т. е. они являются первичными периодическими экологическими факторами. Адаптации к таким факторам организмов, как мы показали выше (гл. 1, параграф 1.5), весьма совершенны, что и привело к тому, что «жизненные процессы в биоте оказались целиком подчиненными этим ритмам» (Трофимов, Зилинг, 2002).

Временной спектр физиологических биоритмов биоты и человека, возникающих под воздействием геофизических полей, достаточно широк ¾ от периодов в единицы миллисекунд до многих лет. Они наблюдаются как на доорганизменных, так и на организменном, биологических уровнях жизни.

Известно прямое воздействие магнитного поля Земли на эволюцию животных и человека. Например, сопоставление размеров их скелетов с вариациями магнитного поля с периодом 8000, 600, 60, 22 и 11 лет показало, что размеры скелета животных и человека увеличиваются в периоды уменьшения интенсивности магнитного поля в 8000-летнем цикле. Во всяком случае, точно установлены два периода акселерации (увеличения скелета): с VI тысячелетия до н. э. до середины IV тысячелетия до н. э., и с середины I тысячелетия н. э. по настоящее время. С 60- и 22-летним циклами связаны изменения роста человека, последний из которых представляет собой «полный магнитный цикл» ¾ цикл смены магнитной полярности Солнца (Трофимов, Зилинг, 2002).

Известно, что организмы тоже создают вокруг себя геофизические поля. Магнитное поле организмов взаимодействует с внешним геомагнитным полем, однако оно крайне мало по сравнению с геомагнитным полем, поэтому незначительные изменения последнего приводят к резким колебаниям первого. Установлено, что уменьшение действующего магнитного поля на четыре - пять порядков приводит к гибели клеток. Видимо, в этом причина катастрофического вымирания многих видов организмов, установленная палеонтологами в геологической истории Земли в период инверсии магнитных полюсов.

Земля обладает сильным гравитационным полем, которое способно удерживать на ее поверхности атмосферу, гидросферу, обеспечивает большой круговорот воды и движение ледовых масс и, одновременно, обеспечивает существование жизни на нашей планете. «Гравитационное воздействие становится потенциально значимым уже для тканевых клеток и микроорганизмов, размеры которых превышают 10 мкм» (Трофимов, Зилинг, 2002). Однако для таких животных, как насекомые, гравитационное поле не играет существенной роли ¾ они способны выдерживать стократные перегрузки, чего нельзя сказать о крупных животных и человеке.

В настоящее время уже хорошо известно о влиянии изменений гравитации на организм благодаря космическим полетам, при испытаниях на специальных центрифугах. При значительном увеличении силы тяжести уменьшается двигательная активность, снижается количество выводимой из организма жидкости, содержание азота и калия, и, в то же время, увеличивается количество потребляемой пищи и энергии, возрастает содержание в организме воды, натрия, кальция и фосфора. При изменении знака гравитационного поля ¾ все изменения в организме происходят в обратном порядке. Видимо, такие же процессы, но в меньших масштабах, происходят в организмах человека и животных при изменении силы гравитации в случае перемещения их по меридиану или при подъеме в высокогорье. Более того, возможно, что у людей и животных, проживающих постоянно в разных по гравитации районах, наблюдаются различия, при всех прочих равных условиях, в содержании выше указанных химических компонентов.

Влияние температуры на организмы рассмотрено подробно выше, здесь же мы хотим подчеркнуть значение для жизни на Земле изменений температурного поля Земли в целом. На земной поверхности, на протяжении всего геологического времени существования биосферы, средняя температура поддерживалась в пределах от 0 до +40 °С. Можно указанные цифры считать пределами толерантности биоты Земли (хотя, как считают ученые, температурные границы жизни некоторых микроорганизмов простираются от -200 до +100 °С). Тем не менее, даже понижение существующей сейчас средней температуры на поверхности Земли на 3-4 °С или ее повышение на 3-3,5 °С может привести к явлениям, с которыми современная цивилизация и не в силах справиться: в первом случае ¾ с оледенением и резким сокращением количества свободной воды, во втором ¾ с затоплением огромных пространств и сокращением места проживания биоты, которая приспособлена к «сухопутной» жизни.

О природных электромагнитных полях, обусловленных солнечной радиацией (свет), оказывающих прямое экологическое воздействие на организмы, нами рассказано выше. Но для нас интересна также экологическая роль электростатического поля, которое в значительной части генерируется литосферой и проявляется в приземной части атмосферы. Это поле существенно влияет на содержание положительных и отрицательных ионов воздуха (аэроионов), которые оказывают на организмы физиологическое воздействие. При оптимальных дозах отрицательных аэроионов (ионов кислорода воздуха) обычен положительный эффект, например, увеличивается прорастание семян растений, их рост и количество биомассы. Экспериментально установлено, в том числе и при проведении опытов на животных, что отрицательные аэроионы благоприятствуют усилению жизнедеятельности организма в своем оптимуме, однако в переизбытке могут вызвать заметное угнетение происходящих в организме физико-химических процессов. Положительные аэроионы обычно оказывают негативное влияние на организм, а при переизбытке могут нанести ему и определенный ущерб (Трофимов, Зилинг, 2002).

Естественное радиоактивное поле Земли, или поле ионизирующего излучения, наблюдается на поверхности и в приповерхностной части литосферы. Естественный радиационный фон образуется за счет излучения радионуклидов, входящих в состав горных пород. Более 40% дозы естественного облучения человека обеспечено радиоактивными газами ¾ радоном-222 и радоном-220 (тороном). Однако в настоящее время интенсивность ионизирующего излучения значительно усилилась в результате использования человеком атомной энергии, в том числе и в военных целях. Выпавшие в результате испытаний ядерного оружия радиоактивные осадки были восприняты литосферой, и радионуклиды этих осадков стали, таким образом, источником дополнительного излучения.

В разных частях поверхности Земли естественный фон может различаться в несколько раз, но варьирует в пределах от 2 до 20 мЗв. Именно при этом диапазоне радиационного фона существовало и развивалось все живое на Земле. Радиационное излучение выше указанного уровня может рассматриваться как мутагенный фактор. В зоне действия мощных источников облучения, как правило техногенных, не в состоянии выжить ни одно животное или растение.