Человек в экстремальных условиях природной среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Человек в экстремальных условиях природной среды

Экстремальными считаются такие опасные условия среды обитания, к которым организм человека не адаптирован. Любой живой организм, как и человек, приспособлен к жизни в определенных условиях окружающей среды: температуре, освещенности, влажности, гравитации, излучений, высоты над уровнем моря и т.д. Эти свойства вырабатывались в процессе их эволюционного развития. Однако в экстремальных условиях, которые резко отличаются от привычных, адаптационные способности организма человека справляются с внешними воздействиями исправно лишь до определенных пределов. Так большинство людей на Земном шаре живет на высоте до 3000м над уровнем моря, около 15млн. человек - на высоте до 4800м. Но на высоте выше 5500м человек не может жить постоянно т.к. у него резко ухудшается состояние здоровья, наступает стремительное развитие болезней, зачастую приводящее к смерти, если не вернуть его к привычным (нормальным для него) условиям жизни. Всё это напрямую связано с низким парциальным давлением вдыхаемых и выдыхаемых газов, достаточно большим перепадом дневных и ночных температур, повышенной солнечной радиацией. Главная проблема для человеческого организма в таких условиях, - перенос атмосферного кислорода к клеткам. Альпинисты - покорители высокогорных вершин Гималаев, покоряют 8-тысячники только в кислородных масках.

Экстремальным условием для человека средних широт является высокая влажность тропических лесов. Кроны деревьев и заросли почти не пропускают солнечного света, преграждая путь ультрафиолетовым лучам. В таком лесу жарко и влажно, как в теплице. Средняя температура воздуха +28Со, с колебаниями в пределах от 3 до 9Со, средняя относительная влажность достигает 95% ночью и 60-70% днем. Ветры очень слабые. Окружающий воздух насыщен углекислым газом и полон запахов, испарений, микроскопических волокон, чешуек. Уровень испарений в 3 раза выше средних показателей планеты в целом. Результатом адаптации к таким экстремальным условиям могут служить размеры людей, живущих в тропических лесах. Они, как правило, ниже ростом и весят меньше тех, которые живут на открытых местах. Средний вес жителей тропических лесов составляет 39,8 кг при росте 144 см., тогда как для жителей саванны эти показатели равны 62,5 кг и 169 см. Кроме того, потребление кислорода при физической нагрузке, объем легких и частота пульса у них выше по сравнению с представителями других групп населения.

Температура окружающей среды - важнейший и ограничивающий человеческие возможности экологический фактор. С температурным видом экстремальных условий сталкивается, в течение жизни, практически каждый. Человек, который живет и чувствует себя комфортно в узком интервале температур (от +12 до +24Со; см. табл.1). Температура же в природе не постоянна и может колебаться в довольно широком диапазоне от +60Со до - 60Со.

Человек и живая природа давно приспособились к сменам сезонов года, дня и ночи, к выпадающим осадкам и смене растительного покрова. Окружающая среда и её погодные условия воспринимаются как нечто неизменное и хорошо изученное, хотя безопасность, благополучие и здоровье человека во многом определяются совокупностью природных и погодных условий. Но далеко не всем известно, что наибольший ущерб из всего многообразия природных опасностей (к которым относятся геофизические, геологические, гидрометеорологические и природные пожары) приносят стихийные гидрометеорологические явления, и на первом месте среди них, как в мире, так и на территории России, - наводнения. К опасным гидрометеорологическим явлениям (ОЯ) относят явление (комплекс гидрометеорологических величин), которое по своему значению, интенсивности или продолжительности представляет угрозу безопасности людей, либо может нанести значительный ущерб объектам экономики и населению. ОЯ, в свою очередь, подразделяются на метеорологические, агрометеорологические, гидрологические и морские гидрометеорологические. Перечень и критерии ОЯ представлены в документах Росгидромета (РД 52.04.563-2002, СПб. 2002)

Опасные метеорологические явления:

очень сильный ветер - средняя скорость не менее 20м/с, с порывами (мгновенной скоростью) не менее 25 м/с.;

шквал - мгновенная скорость ветра не менее 25 м/с, в течение времени не менее 1 минуты;

смерч - сильный, маломасштабный, атмосферный вихрь, в виде столба или воронки, направленный от облака к поверхности (любой смерч отмеченный наблюдателем);

сильный ливень - количество выпавших жидких осадков не менее 30 мм. за период не более 1 часа;

очень сильный дождь - количество выпавших жидких осадков не менее 50 мм. за период не более 12 часов;

очень сильный снег - количество выпавших осадков не менее 20 мм. за период не более 12 часов;

продолжительный сильный дождь - количество выпавших жидких осадков не менее 120 мм. за период не менее 2 суток;

крупный град - диаметр градин более20мм.;

сильная метель - средняя скорость ветра не менее15 м/с., при видимости (МДВ) не более 500м.;

сильная пыльная буря - средняя скорость ветра не менее15 м/с., при видимости (МДВ) не более 500м.;

сильный туман - видимость (МДВ) не более 50 м.;

гололедно-изморозевые отложения - гололед - диаметр отложения не менее 20 мм; сложное отложение - диаметр не менее 35 мм.; мокрый снег - диаметр отложения не менее 35мм.; изморозь - диаметр отложения не менее 50 мм.;

чрезвычайная пожарная опасность - сумма значений температуры воздуха за бездождный период не менее 10000оС;

сильная жара - максимальная температура воздуха не ниже +35оС в течение более 5 суток;

сильный мороз - минимальная температура воздуха ниже - 35оС в течение не менее 5 суток.

Опасные агрометеорологические опасные явления:

заморозки - температура воздуха или поверхности почвы - 2оС и ниже;

переувлажнение почвы - содержание влаги в слое почвы 0-20 см превышает значение капиллярной влагоемкости почвы в течение 20 и более суток подряд;

засуха атмосферная - в течение не менее 30 суток сумма осадков не более 5мм, максимальная температура воздуха выше + 25оС (в южных районах выше +30оС), относительная влажность воздуха не более 30%, дефицит насыщения воздуха не менее 40гПа;

засуха почвенная - в течение не менее 20 суток подряд запас продуктивной влаги в слое 0-20 см не более 5 мм и не более 25 мм в слое 0-100см;

суховей - в течение 3 суток подряд скорость ветра не менее 8 м/с, температура воздуха выше +25оС, относительная влажность воздуха не более 30%, хотя бы в один из сроков наблюдения дефицит влажности не менее 40 гПа в 15 часов.

Опасные гидрологические явления:

высокий уровень воды - уровень воды, способный вызвать затопление пониженных участков местности, сельхоз угодий, автомобильных и железных дорог, для каждого поста устанавливается УГМС;

низкий уровень воды (низкая межень) - уровень воды ниже проектных отметок водозаборных сооружений, оросительных систем, предельных навигационных уровней на судоходных реках и водоемах в течение не менее 10 суток;

раннее ледообразование - экстремально раннее появление плавучего льда и образование ледостава, устанавливается УГМС;

особые ледовые явления - навалы льда на берегу, образующиеся при заторах и в результате дрейфа льда; промерзание до дна водоемов и водотоков;

наледные явления - образование наледи в руслах и поймах рек, угрожающее населенным пунктам, народнохозяйственным объектам, затрудняющее движение транспорта;

сель - кратковременный паводок большой разрушительной силы с очень большим содержанием минеральных частиц и обломков горных пород в бассейнах небольших горных рек и сухих логов со значительными уклонами тальвега;

лавина - быстрое, внезапно возникающее движение снега по крупным склонам гор, представляющее угрозу жизни людей и наносящее ущерб объектам экономики.

Опасные морские гидрометеорологические явления:

цунами - морские волны, возникающие при подводных и прибрежных землетрясениях, приводящие к катастрофическим последствиям;

шторм на море - средняя скорость ветра не менее 20 м/с и порывы не менее 25 м/с;

ураган на море - средняя скорость ветра не менее 30 м/с и порывы не менее 35 м/с;

водяной смерч - сильный, маломасштабный, атмосферный вихрь, в виде столба или воронки, направленный к поверхности моря (любой смерч отмеченный наблюдателем);

сильное волнение - высота волн не менее 4м в прибрежной зоне и не менее 6 м в открытом море, не менее 8 м в открытом океане;

обледенение судов - интенсивность нарастания льда не менее 2см/час;

штормовой нагон - сильное повышение уровня моря в прибрежной зоне под воздействием нагонного ветра;

штормовой сгон - сильное понижение уровня моря в прибрежной зоне под воздействием сгонного ветра;

сильный тягун в морском порту - горизонтальное перемещение судов не менее 1м; погодный аномалия пожар температурный

интенсивный дрейф льда - скорость дрейфа ледяных полей размером более 20 км и толщиной более 10 см в прибрежной зоне более 1 км/час;

сильное сжатие льдов - степень сжатия льдов 3 балла и более;

сильное проникновение морских вод в устье реки - проникновение соленых морских вод (соленостью 1‰) на значительное расстояние в устье реки, создающее угрозу нормальному водоснабжению.

Рис. 1. Взаимозависимости опасных явлений

Перечисленными выше критериями, не следует забывать их условный характер. Как показывает практика, на территории России природные опасности иногда возникают при совокупности ряда явлений, каждое из которых по отдельности не представляет опасности. Кроме того ОЯ взаимосвязаны между собой и цепочка возможных взаимных связей может быть представлена в таком виде (Рис. 4.2):

Погодные аномалии, представляющие собой результат возмущения атмосферной циркуляции, часто сопровождают антропогенные катастрофы, вызывая смешанные, природно-антропогенные их разновидности. Сложность выделения в чистом виде отдельного вида катастроф (антропогенных или природных), вероятно, определяется всеобщей взаимосвязью явлений и событий в пределах географической оболочки Земли. К смешанным катастрофам, вызванным при участии природных и антропогенных составляющих, можно отнести увеличение площадей нефтяного загрязнения, нагонные наводнения на реках или морях из-за продолжительного режима сильных приземных ветров; подтопления хранилищ химически или биологически опасных веществ, размывы и разрушения транспортных магистралей в результате режима выпадения обильных осадков и т.д.

Катастрофы, вызванные погодными аномалиями, в соответствии с их генезисом условно можно считать природными, это подъемы уровня воды в природных водоемах, опасные гравитационные геофизические процессы, а также лесные пожары. Из них можно выделить две группы опасных явлений погоды:

Аномалии, вызывающие подъемы уровня воды в природных водоемах и поверхностную эрозию:

-конвективные (обильные осадки, град, шквалы и смерчи), повышающие уровень из-за избытка выпавших твердых или жидких осадков и способствующие оврагообразованию, сходу оползней и селей;

-бароградиентные явления (сильные ветры), повышающие уровень механически, путем нагона водных масс.

Температурные явления, способствующие возникновению лесных пожаров (высокие температуры, засухи).

Наводнения, обусловленные циклонами, тропическими и внетропическими, в конце XX - начале XXI вв. в мире (по данным бюллетеней ВМО) отличались наибольшей повторяемостью. Мерой оценки данных событий служат суммы экономического ущерба, а также человеческие жертвы. Так, например, при каждом наводнении погибает до 700 человек, а потери составляют сотни млн. долларов США (Бюллетени ВМО. Том 51 №3, июль 2002. -- 382с.).

В 2001г. наиболее значительные величины экономических потерь от таких аномалий погоды, как упомянутые наводнения и циклоны, а также от сильных дождей, и ветров, града, засухи, смерчей, высоких и низких температур воздуха и прочих, для США, в частности, составили более 6 млрд. долларов. В Канаде, в свою очередь, - около 3 млрд. долларов. В таблице приведены сведения о наиболее катастрофических (по величинам ущербов) аномалиях погоды в мире за 1983 - 2001гг.

Таблица 1 - Экономические последствия погодных аномалий в мире 1983 - 2001гг. (данные Росгидромета, 2002)

Примечание - суммы ущербов проранжированы на основании потерь по страховым выплатам. Данные представляют собой исходные оценки без поправки на инфляцию.

Российская Федерация, имеющая достаточную широтную протяженность, а также местные особенности циркуляции атмосферы и подстилающей поверхности, отличается большим разнообразием и распространенностью аномалий погоды. Однако тенденция повышенной вероятности наводнений сохраняется, о чем свидетельствуют величины числа случаев различных видов аномалий, их вызывающих (таблица 4.3).

Анализ особенностей межгодового хода опасных явлений в России за период времени с 1986 по 2001гг. (информация Росгидромета) позволил выделить тенденции:

-увеличение числа случаев от 1986 к 1995 гг. почти в 4 раза (от 61 до 250 соответственно);

-незначительное уменьшение количества явлений к 2001г. до 2011.

Таким образом, очевидно, что погодные аномалии на территории РФ наблюдаются практически ежемесячно, повышая, тем самым вероятность той или иной катастрофы. Построенный график внутригодового хода явлений позволяет выявить два момента пониженных значений их количества, а именно: весенний (март-апрель) и осенний (октябрь-ноябрь) (рисунок 4.3).

Увеличение вероятности природных наводнений характерно также южным районам России, о чем, в частности, свидетельствовал режим повышенной их повторяемости в теплый период 2002 г. А такие аномалии, как обильные осадки или сильные ветры, способствующие повышению уровня природных вод, отличаются весьма высокой повторяемостью и обусловливают значительный ущерб (таблица).

Таблица 2 - Аномальные явления погоды в Российской Федерации с 1986 по 2001гг. (данные Росгидромета, 2002)

Примечание: для 1996,1997, 1999 и 2000 гг. данные отсутствуют.

Изменения, вносимые человеком в окружающую среду в большинстве своем провоцируют возникновение стихийных бедствий и катастроф. Вырубка лесов на склонах гор способствует возникновению лавин, увеличивает уровень весенних паводков, провоцирует образование оползней. Подземная добыча полезных ископаемых вызывает проседание почвы, провалы, а в отвалах выработанной породы возникают оползни. Строительство плотин вызывает подъем грунтовых вод и создает опасность подтоплений и наводнений. Осушение болот повышает уровень весенних паводков и т.д.

Рисунок 2. Внутригодовой ход аномальных явлений погоды на территории РФ, 1996-2001гг.

Таблица 2 - Опасные явления погоды юга России и оценка их ущерба (данные СК УГМС, 2000)

Примечание - суммы ущербов даны в стоимостях, соответствующим экономическим расчетам данных лет.

Человек в горной местности, симптомы «горной» болезни.

Условия горной местности отличаются многообразием и изменчивостью, невозможно встретить совершенно одинаковые по крутизне, протяженности и формам рельефа горные склоны, хребты и ребра. В горах нет участков с одинаковым характером и расположением трещин, скальных выступов, карнизов, внутренних и внешних углов, плит и т. п. Осадки, ветер, резкие перепады температуры постоянно меняют обстановку в горах. Сухие склоны и скалы при дожде превращаются в опасные для преодоления, скользкие или обледенелые препятствия, прочные скалы под воздействием химических или механических процессов легко разрушаются, солнечная погода сменяется холодами, затишье - бурей. Характерные для горных районов сильные ветры, низкие температуры, туманы, толстый снежный покров, лавины, снежные карнизы, быстро наступающие бури, грозы, понижение температуры, снегопады хотя и не бывают продолжительными, однако сильно меняют обстановку. Наблюдались случаи, когда теплые летние дни с ясной погодой неожиданно сменялись снежной бурей. За несколько часов гребни и склоны гор покрываются слоем свежего снега толщиной 10-15 см, а температура падает до 0°С. Столь резкое изменение условий грозит частичным или общим обморожением и даже гибелью для физически неподготовленного и плохо экипированного человека.

Наиболее существенный неблагоприятный фактор, с которым сталкивается человек в горах, - понижение парциального давления кислорода. Постоянный газовый обмен в организме совершается благодаря разности парциальных давлений, да и вся система кровообращения действует на основе разности гидростатических давлений. При подъеме на высоту понижается барометрическое давление, используемое живыми организмами и человеком для обеспечения дыхания. Понижение атмосферного давления вызывает у людей повышение артериального давления (максимального и минимального), что проявляется (особенно у неадаптированных людей) в виде горной болезни. Признаки (симптомы) горной болезни выражаются в головокружении, головной боли, боли в ушах, одышке и сердцебиении, очень часто наблюдается аритмичный пульс, расстройство желудка, синюшность кожи, свидетельствующая о недостатке кислорода. Понижение парциального давления кислорода (Ро2), вдыхаемого с воздухом при подъеме на высоту, и является основной причиной гипоксии (кислородного голодания). Легкие человека приспособлены для обогащения кислородом при нормальном атмосферном давлении (1013,3 гПа или 760 мм. рт. Столба). Поступление воздуха в легкие происходит в результате отрицательного давления, возникающего в них при вдохе, а внешнее - атмосферное давление способствует выдоху. За счет меняющегося давления в пазухах носа и в придаточных полостях черепной коробки осуществляется кровообращение в мозге. Кислород, содержащийся во вдыхаемом воздухе (около 21 %) диффундирует в легочные альвеолы, а углекислый газ выдыхается в окружающий воздух. При быстром достижении высоты 3000 метров (взлет самолета) появляются первые признаки физиологических изменений: учащается и углубляется дыхание, возрастает минутный объем сердца, - организм стремится компенсировать кислородную недостаточность. На высоте более 4500 м. наступает, так называемый «порог повреждения», когда кислородная недостаточность уже не может быть полностью скомпенсирована организмом. Высоты 6000 - 7000 м. соответствуют «критическому порогу», а при переходе через него наступают условия острой гипоксии, с которой самостоятельно справиться организм не может и вполне реален летальный исход. Начиная с этих высот человек, может находиться только в кислородной маске. По И.М. Сеченову критически разряженный воздух при 1/3 нормального атмосферного давления, что соответствует высоте около 8000 м. над уровнем моря.

Но не только кислородное голодание (гипоксия) ожидает человека с подъемом на высоту в горной местности. Не менее опасна и гипокапния - недостаток углекислоты (СО2) в крови. На равнине, в условиях покоя, в организме взрослого человека за 1 час вырабатывается и поступает в кровь около 12 литров углекислого газа, важнейшего стимулятора дыхания и кислотно-щелочного баланса организма. При гипервентиляции легких (учащенном дыхании) обедняется содержание углекислоты в организме на 1-2 кг/сут., кровь плохо связывает выделяемые кислоты, появляется одышка и удушье. Дискомфорт от подъема на высоту зависит не только от высоты, но и от сезонов года и климатических особенностей. При теоретической оценке порога дискомфортных высот установлено, что наиболее вероятная высота, где наблюдается четко выраженный биологический эффект понижения парциального давления кислорода (Ро2), колеблется на уровне 3000 м., причем в январе в субарктическом климате она опускается до 2000 м., а в субэкваториальном - выше 3000 м.

Достоверно известно, что у индейских племен Перу, живущих на высоте 4500 м. над уровнем моря общая вентиляция легких выше на 22 %, в 1,7 раза больше объем крови и содержание эритроцитов в ней больше на 30 %, чем у жителей прибрежной полосы на уровне моря. Жизнь на больших высотах сопряжена для человека с влиянием на его организм большого числа неблагоприятных факторов. При достаточно долгом пребывании в высокогорной местности, и благодаря длительному процессу акклиматизации, человек приспосабливается к таким условиям, приобретая способность не только выживать, но и осуществлять полезную деятельность, а у неадаптированного организма сразу же развивается недомогание способное привести к гибели.

Эколого-физиологические механизмы терморегуляции в условиях холодного и жаркого климата, особенности образа жизни.

Человек способен достаточно долгое время находиться и даже жить в условиях очень низких (Арктика и Антарктика, min to - 82oC) или очень высоких (Саудовская Аравия, п.Эл-Азизия, max to + 58oC) температур. Но существование и нормальная жизнедеятельность человека возможны, если только температура его тела будет поддерживаться в пределах 36 - 37оС (состояние гомотермии). В экстремальных ситуациях (тепловой удар, холодовый стресс, болевой синдром) температура тела может быть повышаться или понижаться, но в ограниченных временных рамках. Однако эти ситуации случаются достаточно редко и только подтверждают биологический закон обеспечения жизнедеятельности человеческого организма - постоянство ректальной температуры (температуры внутренних частей его тела). Постоянство температуры у теплокровных животных поддерживает терморегуляция организма, за счет физиологических механизмов в процессе теплопродукции внутри организма и теплообменом с окружающей средой. Биохимические реакции, протекающие в пищеварительном тракте человека, являются основным источником поддержания постоянной температуры и жизненных функций организма. Процессы теплопродукции и теплоотдачи контролируются центральной нервной системой. Центр терморегуляции расположен в головном мозге. Величина теплопродукции оценивается по количеству поглощенного кислорода. Один поглощенный литр кислорода составляет энергетическую емкость 5 - 6 Вт. Величины теплопродукции отдельных органов человека в % даны в табл. 4.5 (Адо А.Д., Ишимова Л.М. 1973)

Таблица 3 - Теплопродукция отдельных органов человека (Адо А.Д., Ишимова Л.М. 1973)

Теплоощущения человека в зависимости от теплопродукции в теплое время года приведены выше (см. в таблице).

При перегреве и переохлаждении возникает реальная опасность для теплокровного организма, на что он реагирует путем уменьшения интенсивности обмена веществ (перегрев) или увеличивая интенсивность обмена (переохлаждение). Но кроме биохимических реакций обмена веществ существуети физический теплообмен организма с окружающей средой за счет теплопроводности, теплоизлучения, при испарении с поверхности тела. Процесс теплообмена в зависимости от температуры окружающей среды может быть представлен в таком виде: рецепторы кожи, получая информацию о понижении окружающей температуры, ставят задачу перед организмом увеличить выработку тепла, уменьшив его отдачу с поверхности кожи. Поверхностные кровяные сосуды сужаются, следовательно уменьшается и поступление тепла, температура поверхности уменьшается и уменьшается разность температур между кожным покровом и окружающей средой. В этих условиях тепловое излучение и потоотделение будут существенно уменьшены. Однако не следует забывать, что при низких температурах и малом поступлении прямой солнечной радиации значительная часть потери тепла теплокровными организмами происходит путем конвекции.

Когда же температура воздуха значительно выше комфортной (+ 18оС, при отсутствии ветра V = 0 м/с и при относительной влажности f = 50%) - организму приходится бороться с перегревом. Кровяные сосуды у поверхности кожи расширяются, увеличивая приток крови, а, следовательно, и тепла, разность температур поверхности кожи и окружающей среды растет, увеличивая тепловое излучение и потоотделение. Охлаждение организма и происходит за счет испарения пота, но при этом затрачивается большое количество внутренней энергии.

Условия теплового комфорта наступают лишь тогда, когда условия окружающей среды не вызывают резких изменений в процессе терморегуляции, соответствуя физиологическому покою, а температура поверхности кожи tк находится в пределах от + 31 до + 33оС.

Адаптация человека к условиям окружающей среды

Понятие адаптации и акклиматизации. Общие закономерности адаптационного процесса. Специфическая и неспецифическая адаптация. Механизмы адаптации. Условия, влияющие на адаптацию. Адаптация и наследственность. Стресс и его влияние на здоровье человека.

Литература

1. Андреев С.С. Экология человека. Из-во АПСН СКНЦ ВШ 2004.

2. Андреев С.С. Человек и окружающая среда. Из-во АПСН СКНЦ ВШ 2005

3. Биометеорология человека. //Матер. Междунар. конгр. С.-Пб. Гидрометеоиздат, 2000.

4. Исаев А.А., Экологическая климатология, М. «Научный мир», 2001.

5. Келлер А.А., Кувакин В.И., Медицинская экология. С-Пб PETROC, 1998.

6. Коган А.Б. Экологическая физиология человека. Ростов-на-Дону, Из-во РГУ, 1990.

7. Медицинская география и экология человека. Из-во Моск. Фил. ГО, 1987

Размещено на Allbest.ru