Характер воздействия электромагнитных полей на биологические объекты

В современном и многообразном мире проблемы состояния среды обитания и здоровья населения приобретают первостепенное значение. Общеизвестно, что человек и окружающая среда находятся под постоянным воздействием различных факторов, создаваемых источниками как естественного, так и техногенного (искусственного) характера. Одним из таких факторов, характеризующих окружающую среду, является электромагнитное излучение (ЭМИ).

Естественными источниками электромагнитных полей являются: радиоизлучения Солнца и галактик, атмосферное электричество, квазистатические электрические и магнитные поля Земли.

Электрическое поле Земли. Электрическое поле (ЭП) Земли направлено перпендикулярно к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. В общем случае можно считать, что это поле у поверхности земли однородно и постоянно по величине, если пренебречь изменениями величины напряженности ЭП на локальных территориях вследствие сезонности (зима – лето) и суточными изменениями, связанными с грозовой деятельностью. На земном шаре имеются отдельные области, где величина вертикальной составляющей напряженности ЭП имеет значение намного выше («положительные аномалии») или ниже («отрицательные аномалии») среднего.

Вспышки на Солнце вызывают изменение атмосферного электрического поля, в результате чего усиливается грозовая деятельность в атмосфере. Разряды молний в атмосфере являются естественным источником низкочастотных волн в диапазоне от сотен герц до десятков мегагерц. Молния – искровой разряд атмосферного электричества, возникающий между облаками или между облаками и землей. Она может быть линейной, шаровой и точечной (состоящей из ярких сферических и продолговатых тел). Мощность молний грандиозна: скорость движения около
150 км/с, динамическое давление до 100 кгс/см². Сила тока линейной молнии достигает 100 тыс. ампер, длительность до 0,1мс, напряжение – миллион вольт. Длина линейной молнии – до нескольких километров. На континентах тропического пояса площадь, занятая грозами, максимальна и достигает 500–600 тыс. км² (с 15 до 20 часов местного времени). В высоких широтах она значительно меньше. Интенсивность грозовой деятельности всегда и везде минимальна в утренние часы и повышается к ночи. Уменьшается интенсивность и в годы «спокойного» солнца, когда количество магнитных бурь минимально.

Для атмосферы характерны следующие виды излучений:

– интенсивное излучение при грозовых разрядах (его частота и длительность зависят от величины и интенсивности разрядного тока);

– предгрозовое радиоизлучение;

– непрерывно-шумовое радиоизлучение грозовых облаков и циклонов (на частотах от сотен килогерц до сотен мегагерц).

Магнитное поле Земли. Более сложную картину представляет собой магнитное поле (МП) Земли (рис. 16), напоминающее по форме поле большого магнита, но оно в сотни раз слабее, чем поле между двумя концами подковы обычного школьного магнита. Однако земное магнитное поле занимает огромный объем, простираясь на десятки тысяч километров от поверхности земли. А так как энергия МП пропорциональна объему, то влияние земного поля на процессы в окрестностях планеты весьма велико.

Рис. 16. Магнитное поле Земли

Постоянное магнитное поле нашей планеты состоит из двух частей. Основная часть поля обусловлена процессами в земном ядре, другая – вызывается горными породами, получившими намагниченность еще за время своего образования. Магнитное поле, создаваемое намагниченностью горных пород, на локальных территориях изменяется с изменением тех напряжений, в которых находятся горные породы в земной коре.

Земля постоянно находится в потоке «солнечного ветра», который образуется вследствие непрерывного расширения плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов гелия) и более тяжелых положительных ионов и электронов.

Препятствием для «солнечного ветра» служит магнитное поле Земли, образующее магнитосферу. Частицы солнечной плазмы обтекают магнитосферу и попадают в так называемые магнитные ловушки и таким образом частицы высоких энергий (протоны и электроны) образуют радиационный пояс Земли, где присутствует повышенная космическая радиация. Иначе говоря, магнитосфера исполняет роль экрана, задерживающего вредные для живых организмов излучения.

Напряженность магнитного поля направлена по касательной к магнитным силовым линиям, поэтому у экватора максимальна горизонтальная составляющая напряженности, а на полюсах – ее вертикальная составляющая.

Электрическое и магнитное поля Земли, а также специфические слои воздушной оболочки Земли играют существенную роль в распределении и преобразовании солнечного излучения.

Солнечное излучение непостоянно по времени и составу. Оно имеет свои минимумы и максимумы, а также свою периодичность в их чередовании. В годы солнечной активности, достигающей максимума один раз в 11 лет, усиливается ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоизлучение и выбрасывается огромное количество заряженных частичек – корпускул. Поток корпускул, встречаясь с магнитным полем Земли, воздействует на него, искажая сложившуюся картину МП. Возникает так называемая магнитная буря, т.е. быстрые и беспорядочные изменения магнитного поля. Потоки корпускул «стекают» в полярные широты и там возникают полярные сияния.

При магнитной буре плотность МП Земли со стороны Солнца увеличивается, а с противоположной «теневой» стороны – МП разрежается (рис. 17). Кроме того, искажается сама форма магнитного поля.

Учитывая суточное вращение Земли, все мы в период магнитных бурь оказываемся в постоянно изменяющемся магнитном поле. Это явление вызывает у некоторых людей ухудшение состояния здоровья либо определенный дискомфорт, что доказывает корреляционный анализ рядов данных по уровню возмущения геомагнитного поля и медицинских данных (магнитные бури – частота вызовов скорой помощи, частота инфарктов, количество смертей и т.д.). Установлено наличие связи числа «биосферных эксцессов» (резких изменений характеристик жизнедеятельности организма и последствий этого) с периодичностью магнитных бурь (например, магнитные бури – количество ДТП); в частности, наблюдается
27-дневная повторяемость биосферной реакции, что соответствует повторяемости магнитных бурь с таким же периодом.

Рис. 17. Изменение формы магнитного поля Земли
под воздействием солнечной вспышки

С началом магнитной бури и даже раньше ее протекает большое число разнообразных нестационарных процессов. Магнитные бури большой интенсивности могут вносить помехи в работу радиоэлектронных устройств. Активное излучение Солнца, воздействуя на высокие слои атмосферы, существенно влияет на циркуляцию воздушных масс, что отражается на погоде и климате всей Земли.

С точки зрения медицины и электромагнитобиологии в настоящее время уже не вызывает сомнений тот факт, что ЭМП естественного происхождения (естественный электромагнитный фон Земли) следует рассматривать как один из важнейших экологических факторов. Естественные ЭМП совершенно необходимы для нормальной жизнедеятельности, а их техногенное увеличение или дефицит приводит к серьезным негативным (порой даже необратимым) последствиям для живого организма.

Каждый человек круглосуточно находится под воздействием природных и техногенных ЭМП широчайшего частотного диапазона, разнообразно модулированных и случайным образом изменяющихся во времени и пространстве. Мы живем в электромагнитном океане, в котором подавляющее большинство электромагнитных излучений пронизывает наш организм так же, как свет проходит через стекло. При этом какая-то часть мощности облучения (в зависимости от длины волны) остается в организме, производя в нем какую-то работу, т. е. воздействуя определенным образом на различные биологические системы. Результат этой работы может быть как полезным, так и негативным. Это зависит от мощности облучения, времени воздействия, площади поражаемой незащищенной поверхности тела, уровня адаптации каждого индивидуума к воздействию ЭМИ.