Влияние естественных и искусственных магнитных полей на живые организмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние естественных и искусственных магнитных полей на живые организмы

Всё многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. А большинство этих факторов имеют электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания - биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природные электромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра. К давно уже излучавшемуся диапазону солнечных излучений - от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей - прибавился диапазон ионизирующих излучений (рентгеновских и гамма лучей) космического и земного происхождения. В остальной, более низкочастотной части электромагнитного спектра, вслед за обнаружением медленных периодических изменений (сезонных, месячных, суточных) магнитного и электрического полей Земли, были открыты короткопериодные колебания магнитного поля земли с частотами, простирающимися до сотен герц. Излучение атмосферных разрядов показало, что возникающие при этом электромагнитные излучения охватывают широкий диапазон длин волн - от сверхдлинных до ультракоротких; и наконец, были открыты радиоизлучения Солнца и галактик в диапазоне от метровых до миллиметровых волн. Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюции организмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности. Однако с развитием цивилизации, существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и это тоже сыграло, а точнее продолжает играть роль в развитии всего живого на Земле. Все мы видели в лесу паутину, сотканную искусным ткачом-пауком, и барахтающихся в ней насекомых. В отличие от пауков, человек создал при помощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов невидимую электромагнитную паутину, в которой все мы "барахтаемся", не подозревая об этом. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленные радио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы - все эти маленькие и гигантские пауки плетут вокруг нас свои невидимые паутины из электромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя этой "паутиной", тем важнее становится для нас узнать о том, как действуют на всё живое созданные природой и нами самими электромагнитные поля. Для области спектра, где hн>kТ (при температурах, свойственных живым организмам), т.е. от инфракрасного диапазона до гамма лучей, все виды биологической активности в той или иной степени уже обнаружены. Иначе обстояло дело с остальной обширной областью электромагнитного спектра, где hн<kТ; эта область включает диапазоны от сверхвысокочастотного до инфранизкочастотного, вплоть до "нулевой частоты" (постоянных электрических и магнитных полей). (Для удобства изложения мы будем далее называть всю эту область спектра "электромагнитными полями" или ЭМП). В целом проблема биологической активности области ЭМП начала формироваться только в последние годы, хотя исследования отдельных аспектов этой проблемы ведутся уже давно. ЭМП долгое время считали не оказывающими какого-либо влияния на живые организмы. К такому заключению приводили простые физические соображения: поскольку кванты энергии в этой области спектра значительно меньше средней кинетической энергии молекул (hн"kТ), то поглощение ЭМП в живых тканях может быть связано только с усилением вращения молекул как целого, т.е. с преобразованием электромагнитной энергии в тепловую, А поглощение энергии постоянного или медленно изменяющегося электрического и магнитного полей - с ориентацией молекул. Расчёты показывали, что сколько-нибудь значимых для организма тепловых эффектов ЭМП можно ожидать только при весьма высоких интенсивностях - порядка 102 В\м для сверхвысоких частот и до 106 В\м для инфранизких, т.е. при напряжённостях, на много порядков превышающих значение напряжённостей, естественных ЭМП биосферы. Что касается биологически значимого эффекта ориентации молекул под действием постоянных или медленно изменяющихся полей, то такой эффект возможен, если энергия взаимодействия поля с молекулой не меньше kТ. А для этого напряжённость магнитного поля должна быть не ниже 103 Э и электрического - не ниже 105 В\м, что на несколько порядков выше напряжённости магнитного и электрического полей Земли. Исходя из этих представлений об условиях возможных энергетических взаимодействий ЭМП с тканями живых организмов, физики скептически относились к появлявшимся время от времени сообщениям биологов о реакциях животных и человека на ЭМП, значительно более слабые, чем это требовалось для теплового эффекта.

Но вопреки этим категорическим заключениям биологи продолжали попытки экспериментально обнаружить биологическое действие ЭМП и постоянного магнитного поля при напряжённостях, значительно более низких, чем это следовало из теоретических оценок. Биологические исследования показали, что организмы самых различных видов - от одноклеточных до человека - чувствительны к постоянному магнитному полю и ЭМП различных частот при воздействующей энергии на десятки порядков ниже теоретически оцененной. Различные реакции организмов на ЭМП возникают при их интенсивности, которая в тысячи, сотни тысяч и даже миллионы раз ниже, чем это следует из теоретических представлений об энергетическом характере биологических эффектов ЭМП. Особенно высока чувствительность к многократно повторяющимся сверхслабым ЭМП, т.е. имеет место кумулятивное их воздействие на организмы. В полном виде высокая чувствительность к ЭМП проявляется только у целостных организмов; она значительно ниже у изолированных органов и клеток и ещё ниже у белковых растворов. Если частотные и модуляционно-временные параметры ЭМП существенно отличаются от естественных, то реакции организмов возникают при более высоких интенсивностях ЭМП, но всё же значительно меньших, чем теоретически предсказываемые. В этих условиях реакции имеют характер различных нарушений регуляции физиологических функций - ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т.д., либо характер чувственных ощущений: у человека - зрительных, звуковых, осязательных, у животных - проявляющихся в изменении эмоционального состояния (от угнетённого до подобного эпилептическому). Особенно ярко выраженные нарушения наблюдаются в регуляции процессов развития. Резкие нарушения отмечаются при патологических состояниях организма. Характер и выраженность биологических эффектов ЭМП своеобразно зависят от параметров последних. В одних случаях эффекты максимальны при некоторых "оптимальных" интенсивностях ЭМП, в других - возрастают при уменьшении интенсивности, в третьих - противоположно направлены при малых и больших интенсивностях. Что касается зависимости от частот и модуляционно-временных характеристик ЭМП, то она имеет место для специфических реакций (условные рефлексы, изменения ориентации, ощущения). Все же виды нарушений регуляции процессов жизнедеятельности под действием ЭМП практически не зависят от этих параметров. Анализ этих эмпирических закономерностей приводит к заключению, что биологические эффекты слабых полей, необъяснимые их энергетическим взаимодействием с веществом живых тканей, могут быть обусловлены информационными взаимодействиями ЭМП с кибернетическими системами организма, воспринимающими информацию из окружающей среды и соответственно регулирующими процессы жизнедеятельности организмов. Т.е. мы постулируем, что в процессе эволюции живая природа использовала естественные ЭМП внешней среды как источники информации, обеспечивавшей непрерывное приспособление организмов к изменениям различных факторов внешней среды - согласование процессов жизнедеятельности с регулярными изменениями, защиту от спонтанных изменений. А это привело к использованию ЭМП как носителей информации, обеспечивающей взаимосвязи на всех уровнях иерархической организации живой природы - от клетки до биосферы. Формирование в живой природе информационных связей посредством ЭМП в дополнение к известным видам передачи информации посредством органов чувств, нервной и эндокринной систем было обусловлено надёжностью и экономичностью "биологической радиосвязи".

Естественные и искусственные источники электромагнитных полей в средах обитания организмов.

Электрическое поле Земли.

В атмосфере Земли существует электрическое поле (Ез), направленное вертикально к земной поверхности так, что эта поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы - положительно. Напряжённость этого поля зависит от географической широты: она максимальна в средних широтах, а к экватору и полюсам убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли Ез убывает примерно по экспоненциальному закону (ок. 5 В\м на высоте 9 км). Величина Ез испытывает периодические годовые и суточные изменения. Суточные изменения носят как общепланетарный, так и местный характер. Над различными по широте областями океана и в полярных областях суточное изменение Ез происходит по единому универсальному времени и называется унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Над остальными областями суши суточное изменение Ез связано ещё и с местной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости от времени года. электромагнитный ионизирующий физиологический

Магнитное поле Земли.

Магнитное поле Земли распределено, как показано на рисунке:

Принято характеризовать это поле четырьмя параметрами - горизонтальной составляющей напряжённости (Н), вертикальной составляющей (Z), углом наклонения I и углом склонения D. Величина Н максимальна у экватора (0,3-0,4 э) и убывает к полюсам до сотых долей эрстеда; Z уменьшается от 0,6-0,7 э у полюсов, почти до нуля у экватора. В областях магнитных аномалий значения Z могут быть намного выше (или ниже), чем в соседних районах. Элементы земного магнетизма испытывают временные вариации - изменение магнитной активности. Эти изменения измеряют в единицах г=105 э и оценивают либо по К-индексам от 0 до 9 (соответствующим изменению амплитуды напряжённости в среднем от 4 до 500г.

Вариации, носящие на первый взгляд произвольный характер, получили название магнитных возмущений, или (при больших изменениях) магнитных бурь. Эти возмущения встречаются в трёх формах: синфазные - появляющиеся спорадически и протекающие одновременно по всей планете, локальные - ограниченные определённой областью у поверхности Земли, и перманентные - наблюдаемые непрерывно в некоторых областях земной поверхности. При синфазных и локальных магнитных наиболее сильно возрастает. Напряжённость горизонтальной составляющей геомагнитного поля - до нескольких тысяч г. Перманентные вариации - до сотен г - наблюдаются непрерывно в течение дня, независимо от общей величины магнитной активности. Все эти виды магнитной активности являются результатом солнечной активности, связанной как с увеличением числа солнечных пятен, так и со вспышками на Солнце. Поэтому вариации магнитной активности носят соответствующий периодический характер. Наконец, имеется группа магнитных возмущений периодического характера, которые называют короткопериодными колебаниями (или микроимпульсациями магнитного поля).

Периоды этих колебаний охватывают диапазон от сотых долей секунды до нескольких минут, а амплитуды изменений не превышают нескольких единиц г. Т.о., общий частотный спектр периодических изменений геомагнитного поля занимает интервал от 10-5 до сотен герц.

Размещено на Allbest.ru