III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ВЛИЯНИЕ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Беззубова Е.Б.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


 Введение

Каждую секунду Солнце выбрасывает в окружающую его среду огромные объемы солнечной энергии, представляющие собой протоны, электроны, плазму и различные излучения. Такие солнечные вихри обладают мощной силой и иногда могут оказывать влияние на Землю. Однако магнитное поле нашей планеты оберегает нас от отрицательного влияния солнечных вспышек и нейтрализует удары солнечных всплесков.

Но некоторые вспышки на Солнце настолько сильны и опасны для Земли, что под их влиянием определенный участок магнитного поля нашей планеты деформируется и содрогается. Именно такие явления и называют магнитными бурями[1].

Мы заметили, что иногда наши родители и ученики нашей школы жалуются на головные боли, недомогания, головокружения в какие-то определённые дни, а послушав по телевидению или посмотрев в Интернете прогноз погоды, выясняется, что в это время наблюдалась солнечная активность. И это подтолкнуло нас узнать, что же представляют собой геомагнитные бури и как они воздействуют на человеческий организм.

Цель: Определение влияния геомагнитной активности на здоровье человека.

Задачи:

- узнать, что такое геомагнитные бури и как они воздействуют на человека;

- провести анкетирование учащихся нашей школы и сделать выводы;

-провести анализ данных станции «Скорой помощи»;

- составить рекомендации для «метеочувствительных» людей.

Объект исследования: геомагнитные бури.

Предмет исследования: влияние геомагнитных бурь на самочувствие людей.

Гипотеза исследования:Если мы узнаем больше информациио воздействии геомагнитных бурь на организм человека, то сможем выявить способы поддержания нормального самочувствия организма в целом.

Проблемой исследованияявляется сохранение здоровья людей и соблюдения мер предосторожности во время геомагнитной активности.

Методы исследования: изучение литературы, доступной информации в Интернете,

наблюдение, анкетирование,анализ анкет и статистики, обобщение и составление рекомендаций.

Глава 1. Что такое геомагнитные бури

Геомагнитная буря — возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток. Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущённых потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли. Геомагнитные бури являются проявлением усиления (интенсификации) кольцевого тока Земли, постоянно существующего в области радиационных поясов Земли. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и её практических кусков, обычно обозначаемых термином «космическая погода»[2].

Магнитные бури – одно из основных проявлений более общего геофизического процесса – магнитосферной бури. Она сопровождается возникновением в верхней атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентгеновского и низкочастотного параметра слоёв ионосферы, отражающих и поглощающих радиоволны.

Наша планета в свою очередь защищена собственным электромагнитным полем, которое поглощает большинство этих частиц, не позволяя им напрямую воздействовать на поверхность Земли и обитающих на ней существ. Магнитное поле Земли – своего рода защитный купол, отражающий атаки из космоса. Опасность представляет не только излучение, идущее от солнца, но и другие виды достаточно сильных излучений[3].

Гелиобиология — раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца на земные организмы.

Основоположником гелиобиологии считается советский учёный Александр Леонидович Чижевский. До Чижевского на связь между колебаниями активности Солнца и различными проявлениями жизнедеятельности у обитателей Земли указывал шведский учёный Сванте Август Аррениус. Было показано (в частности, в работах Чижевского) что изменения солнечной активности влияют на скорость роста годичных древесных колец, урожайность зерновых, размножение и миграцию насекомых, рыб и других животных, возникновение и обострение ряда заболеваний у человека и животных.

Чижевский объяснил загадку «монетных столбиков», которую до него никто не мог объяснить. Он объяснил её тем, что эритроциты в крови, отвечающие за перенос кислорода в организме, располагаются не хаотично, а напоминают столбики из монет, которые внутри кровеносных сосудов образуют стройные кольца, благодаря которым у эритроцитов лучшая обтекаемость в плазме крови. При трении о плазму крови и по другим причинам эритроциты приобретают электрические заряды. Эти заряды образуют круговой ток, в результате чего возникает магнитное поле. Это значит, что каждый эритроцит - это микроскопический магнитик. Эритроцитное кольцо является упругим и устойчивым вследствие того, что каждый эритроцит отталкивается от своего соседа, потому что они обращены друг к другу одноимёнными полюсами. Что касается лейкоцитов, то они хаотично перекатываются по периферии кровотока, у стенок сосуда. Все эти движения управляются и контролируются нервной системой.

Так движется кровь в сосудах здорового человека. Если же человек серьезно болен, эритроцитные кольца становятся неупругими. Такие внешние воздействия, как скажем, резкие колебания магнитного поля Земли (магнитные бури), могут «расшатать» кольца настолько, что эритроциты соприкоснутся, склеятся, образуют тромб. Чем выше активность Солнца, тем меньше в крови эритроцитов, которые выполняют роль транспорта кислорода к тканям. Вследствие этого может произойти кислородное голодание[11].

Казанский врач-бактериолог Сергей Тимофеевич Вельховер обнаружил изменения окрашиваемости и болезнетворности некоторых микроорганизмов при солнечных вспышках. Энтомолог Николай Сергеевич Щербиновский отметил, что периодичность налётов саранчи соответствует 11-летнему солнечному циклу. Итальянский физико-химик Джорджио Пиккарди обнаружил влияние различных физических факторов, и в частности изменений активности Солнца, на состояние коллоидных растворов. Исследования по гелиобиологии изучают связь между изменениями определённого биологического показателя с активностью Солнца и воздействие условий, моделирующих отдельные факторы солнечной активности, на различные биологические объекты. Гелиобиология тесно связана с другими отраслями биологии: медициной, космической биологией, астрономией, физикой. Основная задача гелиобиологии — выяснить, какие факторы активности Солнца влияют на живые организмы и каковы характер и механизмы этих влияний[4].

Глава 2. Интенсивность геомагнитных бурь

Геомагнитные бури имеют несимметричный по времени характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) — около 3 суток.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет чёткую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50 % времени года живёт в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь или около 15 лет. Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало[2]. Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была геомагнитная буря 1859 года («событие Кэррингтона»).

Геомагнитная буря 1859 года — мощнейшая за историю наблюдений геомагнитная буря. Комплекс событий, включающий в себя как геомагнитную бурю, так и вызвавшие её мощные активные явления на Солнце, иногда называют «Событием Кэррингтона». С 28 августа по 2 сентября на Солнце наблюдались многочисленные пятна и вспышки. Сразу после полудня 1 сентября британский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал наибольшую вспышку, которая вызвала крупный корональный выброс массы. Он устремился к Земле и достиг её через 18 часов, что очень быстро, так как это расстояние обычно проходится выбросом за 3–4 дня. Выброс двигался так быстро потому, что предыдущие выбросы расчистили ему путь.

1–2 сентября началась крупнейшая за всю историю регистрации геомагнитная буря, вызвавшая отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния наблюдались по всему миру, даже над Карибами; также интересно, что над Скалистыми горами они были настолько яркими, что свечение разбудило золотоискателей, которые начали готовить завтрак, думая, что наступило утро. Согласно первым оценкам, Dst-индекс геомагнитной активности (англ. DisturbanceStormTimeIndex) во время бури достигал −1760 нТл.

Ледяные керны свидетельствуют, что события подобной интенсивности повторяются в среднем примерно раз в 500 лет. Самая сильная буря с начала космической эры (с 1957 года) произошла 13 марта 1989 года, когда Dst-индекс геомагнитной активности достигал −640 нТл. Также после 1859 года менее сильные бури происходили в 1921 и 1960 годах, когда отмечались массовые сбои радиосвязи[5].

Глава 3. Классификация геомагнитных бурь

K-индекс — это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трёхчасового интервала. Индекс был введён Юлиусом Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трёхчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т. д.) мирового времени.

Kp-индекс — это планетарный индекс. Kp вычисляется как среднее значение К-индексов, определённых на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

G-индекс — пятибалльная шкала силы магнитных бурь, которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 — Kp=6, G5 — K=9[2].

Глава 4. Виды и методы прогноза геомагнитных бурь

Научный прогноз геомагнитной активности опирается на данные телескопов и спутников. В зависимости от времени упреждения, прогнозы принято делить на 27-45-суточный, 7-суточный, 2-суточный и 1-часовой прогнозы.

27-45-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения Солнца и предсказывает возмущения геомагнитной активности, связанные с рекуррентными — то есть происходящими с периодичностью 27 суток, приблизительно равной периоду обращения Солнца вокруг своей оси — активными процессами на Солнце.

7-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения активных областей вблизи восточного лимба Солнца и предсказывает возмущения геомагнитной активности, связанные с перемещением этих активных областей к линии Солнце-Земля (то есть к центральному меридиану) через время, примерно равное четверти периода обращения Солнца.

2-суточный прогноз опирается на текущие наблюдения активных процессов вблизи центрального меридиана Солнца и предсказывает связанные с этими процессами возмущения геомагнитной активности через время, близкое к характерным временам распространения возмущений от Солнца к Земле солнечного ветра (от 1.5 до 5 суток) и солнечных космических лучей (несколько часов).

1-часовой прогноз опирается на прямые измерения параметров плазмы солнечного ветра с помощью космических аппаратов, расположенных, как правило, в передней либрационной точке L1 на расстоянии 1,5 млн км от Земли, вблизи линии Солнце-Земля.

Надежность 2-суточного и 1-часового прогноза составляют, соответственно, около 30-50 % и 95 %. Остальные прогнозы носят лишь общий информационный характер и имеют ограниченное практическое применение[2].

Глава 5. Влияние геомагнитных бурь на жизнь и здоровье людей

Геомагнитные бури являются одним из важнейших элементов космической погоды и влияют на многие области деятельности человека, из которых можно выделить нарушение связи, систем навигации космических кораблей, возникновения вихревых индукционных токов в трансформаторах и трубопроводах и даже разрушение энергетических систем.

Магнитные бури также влияют на здоровье и самочувствие людей. Из-за интенсивных вспышек на поверхности Солнца происходит изменение электромагнитного излучения. На него и реагирует организм человека. Первоначально под воздействие попадает вегетативная нервная система, которая обеспечивает внутренний баланс организма и отвечает за реакции на внешние раздражители. Затем нарушается работа других систем и органов, начиная с сердца и сосудов. Человек чувствует учащение сердцебиения, скачки давления, нарушение функций желудка и кишечника, а также почек[6].

Как же всё-таки на нас влияют магнитные бури? Структура магнитосферы такова, что в разных местах магнитное поле Земли по-разному влияет на воздействие космических факторов, в частности солнечного ветра. Поток солнечных высокоскоростных частиц, выброшенных из атмосферы Солнца после солнечной вспышки, распространяется в межпланетном пространстве наподобие поршня. Через 12-24 часа этот поршень достигает орбиты Земли. Под его давлением магнитосфера Земли на дневной стороне сжимается вдвое и даже больше. Сильное сжатие магнитосферы означает увеличение напряженности магнитного поля. Так начинается мировая магнитная буря. В последние годы стало совершенно очевидным, что на биологические системы (в том числе и на человека) действуют не те изменения магнитного поля Земли, по которым вычисляется К-индекс (локальный, местный индекс, который определяется по магнитограммам в конкретном месте), а на человека действует целый ряд физических факторов, которые связаны с процессами в магнитосфере.

В результате вспышек на Солнце в космическое пространство выбрасывается огромное количество вещества (в основном протонов и электронов), часть которого, двигаясь со скоростью 400–1000 км/с, за один – два дня достигает земной атмосферы. Магнитное поле Земли захватывает из космического пространства заряженные частицы. Слишком сильный поток частиц возмущает магнитное поле планеты, из-за чего быстро и сильно изменяются характеристики магнитного поля[7].

По сути, человек, как и любой другой организм, должен постоянно адаптироваться к погодным изменениям путем перестройки биологической системы. Это выражается в возрастающей активности ферментов, выбросе гормонов, ускорении свертываемости крови, изменении тонуса кровеносных сосудов и интенсивности теплообмена.

При смене погоды большая часть людей такую перестройку не ощущает, кроме тех, у кого адаптивные изменения происходят с опозданием, или механизм перестройки организма работает с нарушениями. Повышенная чувствительность человека к метеорологическим изменениям носит название «метеочувствительность» - это болезненная реакция организма на определенные изменения в погоде и на другие факторы окружающей среды[9]. Это явление довольно распространенное, и проявляется в непривычных для нас погодных условиях.[8]

Момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для разных бурь и для конкретного человека. Некоторые люди начинают реагировать на магнитные бури за 1-2 дня до них, то есть в момент вспышек на самом Солнце, фактически, реагируя на солнечные бури.

В течение жизни человек испытывает на себе влияние 2000-2500 магнитных бурь – каждая со своей продолжительностью (1-4 дня) и интенсивностью. Четкого графика у магнитных бурь нет – они могут «накрыть» днем или ночью, в летнюю жару и зимой, а их влияние сказывается абсолютно на всех и всем. Более 50 процентов жителей планеты ощущают на себе последствия магнитных бурь[10].

Не все жители Земли одинаково чувствительны к данным проявлениям работы Солнца. В основном, в группу риска входят те, кто страдает некоторыми заболеваниями сердечнососудистой и нервной системы. Особенно остро магнитные бури влияют на здоровье пожилых людей, малышей, беременных женщин и людей с неустойчивым психоэмоциональным фоном и метеочувствительных людей.

Во время магнитных бурь в организме человека кровь начинает сгущаться, что приводит к проблемам в работе кровеносной и нервной систем.

Чаще других от магнитных «беспорядков» страдают те жители планеты, которые обитают ближе к полюсам. То есть, чем ближе к экватору – тем ниже влияние магнитных бурь. Например, если в Санкт-Петербурге от последствий магнитных бурь страдает 90 процентов населения, то у Черного моря не более 50 процентов.

Бьет магнитная буря всегда по самым уязвимым точкам организма, отражаясь депрессией на одном, обострением хронических недугов – на другом, мигренью – на третьем, и пр. Тяжелее всех приходится сердечникам и людям, страдающим от ВСД (вегетососудистой дистонии) и избыточного веса.

Спрятаться от магнитной бури, конечно, некуда. Но наиболее сильным воздействие бури наблюдается:

- на высоте – в самолете (воздушное одеяло – Земля – на высоте не защищает);

- в северных районах нашей страны и в северных странах (Финляндия, Швеция и пр.);

- в метро.

Низкочастотные магнитные поля, образующиеся в подземке, в сочетании с возмущением электромагнитного поля нашей планеты, образуют источник мощного негативного влияния на организм человека.

Воздействию магнитных бурь подвергается весь организм. И чем больше хронических заболеваний – тем сильнее действие бурь.

Как же геомагнитные бури влияют на организм человека?

  1. В соответствии с солнечной активностью происходят изменения в количестве лейкоцитов, которые играют главную роль в защите организма от внешних и внутренних патогенных агентов: их концентрация снижается при высокой активности Солнца и повышается при низкой.

  2. Изменяется скорость оседания в крови эритроцитов, задача которых состоит в том, чтобы переносить кислород из легких ко всем тканям тела, замедляется свертываемость крови.

  3. Нарушается «доставка» кислорода к тканям и органам, кровь густеет, что может привести к образованию тромбов.

  4. Повышается концентрация фибриногена и выделение гормонов стресса, что приводит к некоторым нарушениям психоэмоционального состояния человека.

Всё это может привести к следующим состояниям:

  1. Появляются мигрени, головные боли, боли в суставах, головокружение.

  2. Учащается сердцебиение и снижается общий жизненный тонус.

  3. Отмечается бессонница, скачки давления.

  4. Возрастает число инфарктов миокарда и инсультов.

  5. Происходит прогрессирование хронических болезней, особенно касающихся нервной системы.

Глава 6. Практическая часть

Мы задали ученикам нашей школы несколько вопросов и проанализировали их ответы.

Наша анкета состояла из 9 вопросов, из которых вопрос №6 и №9 были развёрнутые.[Приложение I]

На первый вопрос «Есть ли у Земли магнитное поле?» большинство (99,2%) респондентов ответили утвердительно. На второй вопрос «Может ли Солнце менять свою активность?» 76,4% респондентов ответили утвердительно. На третий вопрос «Влияет ли солнечная активность на магнитное поле Земли?» 61,8% респондентов ответили утвердительно. На четвёртый вопрос «Влияют ли изменения магнитного поля Земли на самочувствие человека?» 95,1% респондентов ответили утвердительно. На пятый вопрос «Бывает ли информация о магнитных бурях в прогнозе погоды?» 74,0% опрошенных ответили утвердительно. На шестой вопрос «Где ещё можно прочитать или узнать о магнитных бурях?» дали различные ответы, но больше всего источником информации назвали Интернет (105 ответов). На седьмой вопрос «Ощущали ли Вы и члены Вашей семьи влияние магнитных бурь?» 61,8% респондентов ответили утвердительно. На восьмой вопрос «Как может изменяться самочувствие человека в дни магнитных бурь?» большинство ответили, что могут появляться головные боли и изменяться давление. На девятый вопрос «Можем ли мы сделать вывод о влиянии солнечной активности на человека? Если да, то какой?» в основном утвердительно ответили на первую часть вопроса и отметили, что солнечная активность может влиять на здоровье человека.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что учащиеся знают про геомагнитные бури и многие испытывают на себе их негативное влияние.

Для того чтобы проверить наши предположения о том, что геомагнитные бури влияют на здоровье человека, мы решили обратиться в Региональный центр Скорой медицинской помощи города Калуги по адресу улица Кирова, дом 40. В этом вопросе нам помогла фельдшер по приёму вызовов Воробьёва Лариса Валерьевна, которая дала нам данные по количеству вызовов в нужные нам для исследования дни. Найдя в Интернете прогноз солнечной активности, мы узнали, в какие дни были возмущения на Солнце (26 сентября, 28 сентября и 2 октября 2016 года) и в какие дни их не было (24, 25, 27, 29, 30 сентября и 1 октября 2016 года), и по этим дням и данным Скорой помощи составили диаграмму.[ПриложениеII]

На диаграмме видно, что в спокойные дни количество вызовов составляет от 384 до 411 вызовов в день. А в дни геомагнитной активности - от 409 до 431 вызова в день. Следовательно, в дни магнитной активности вызовов поступает в среднем на 20 больше, чем в обычные дни. Таким образом, наше предположение о влиянии геомагнитной активности на здоровье человека подтвердилось.

Заключение

В результате проведенного исследования о влиянии геомагнитных бурь на организм человека, мы узнали, что геомагнитные бури оказывают влияние на многих людей, но наиболее опасны для страдающих различными хроническими болезнями, проблемами с сердечно-сосудистой системой, артериальной гипотонией, связанной со стойким или регулярным понижением артериального давления (ниже 100/60 мм. рт. ст.), или гипертонией - повышение артериального давления (выше 140/90 мм рт. ст.), или психическими заболеваниями. Мы заметили, что каждый реагирует на геомагнитные бури по-своему. У некоторых появляется слабость, у других — головная боль, у третьих – изменение артериального давления. Здоровые люди практически никак не ощущают влияние магнитных колебаний.

Для того, чтобы снизить влияние магнитных бурь на человека, мы решили составить рекомендации, придерживаясь которых мы поможем себе.

В периоды геомагнитной активности желательно придерживаться следующих правил:

- ограничить физическую и эмоциональную нагрузку;

- не нужно злоупотреблять калорийными блюдами и десертами, а лучше отдать предпочтение кашам, свежим овощам, фруктам, отварной рыбе и ржаному хлебу, так как магнитные бури способствуют увеличению уровня холестерина в крови;

- те, кто имеет предрасположенность к заболеваниям сердца, должны иметь под рукой привычные для них лекарства;

- полезно применять компрессы из эвкалиптового масла и такие препараты, как настойка валерианы, пустырника, пиона;

- утром не нужно резко вставать с постели. Особенно эта рекомендация касается тех, кто принимает лекарства от пониженного артериального давления. Быстрый подъем с постели может спровоцировать внезапный обморок или сильное головокружение.

Литература и Интернет-сайты

  1. Что такое магнитные бури и как они влияют на наше здоровье?- http://www.pogodaspb.info/sovety/magnitnie_buri.html

  2. Википедия (Геомагнитные бури)- https://ru.wikipedia.org/wiki/Геомагнитная_буря

  3. Магнитные бури - http://www.inflora.ru/diet/diet676.html

  4. Гелиобиология- https://ru.wikipedia.org/wiki/Гелиобиология

  5. Википедия (Геомагнитная буря 1859 года)- https://ru.wikipedia.org/wiki/Геомагнитная_буря_1859_года

  6. Влияние магнитных бурь- http://life5plus.ru/ozdorovlenie-organizma/dolgoletie-i-zdorov-e-cheloveka/magnitnaya-burya.html

  7. Влияние магнитных бурь на здоровье и самочувствие- http://biofile.ru/bio/4172.html

  8. Влияние магнитных бурь на человека- http://slygod.com/health/chem-opasny-magnitnye-buri/

  9. Метеочувствительнось- http://женские-посиделки.рф/health/meteochuvstvitelnost.html

  10. Влияние магнитных бурь на здоровье человека- http://www.colady.ru/vliyanie-magnitnyx-bur-na-cheloveka-zdorove-i-magnitnye-buri.html

  11. Ф.Ю.Зигель «Виновато Солнце». М.- Издательство «Детская литература», 1972.

Приложение I

Анкета для учащихся

1. Есть ли у Земли магнитное поле?

2. Может ли Солнце менять свою активность?

3. Влияет ли солнечная активность на магнитное поле Земли?

4. Влияют ли изменения магнитного поля Земли на самочувствие человека?

5. Бывает ли информация о магнитных бурях в прогнозе погоды?

6. Где ещё можно прочитать или узнать о магнитных бурях?

7. Ощущали ли Вы и члены Вашей семьи влияние магнитных бурь?

8. Как может изменяться самочувствие человека в дни магнитных бурь?

9. Можем ли мы сделать вывод о влиянии солнечной активности на человека? Если да, то какой?

Результаты анкетирования

Общие результаты анкетирования учащихся

Приложение II

Результаты данных «Регионального Центра Скорой Медицинской Помощи и Медицины Катастроф» г. Калуги