Влияние различных геофизических полей на живые организмы

Неоднородности геофизических полей являются, в подавляющем большинстве случаев, раздражающим фактором, не приводящим, как правило, к серьезным экологическим последствиям. Однако при достижении определенного уровня интенсивности (например, в модификации техногенных геофизических полей) они могут становиться также и поражающим фактором.

Энергетическое воздействие геофизических полей на живые организмы можно представить в виде суперпозиции двух составляющих - квазипостоянной, обусловленной действием, если и изменяющихся, то в относительно небольших пределах и с большими (даже в геологическом исчислении времени) периодами цикличности, геофизических полей естественной природы, и переменной, зависящей от ритмики Вселенной и связанной с вращением Земли вокруг своей оси, обращением ее вокруг Солнца и взаимодействием с Луной и другими планетами Солнечной системы. Воздействие геофизических ритмов на живые организмы, сопровождавшее их на протяжении всей истории существования биосферы, привело к тому, что жизненные процессы в биоте оказались целиком подчиненными этим ритмам.

Временной спектр колебательных процессов жизнедеятельности достаточно широк и простирается от периодов в единицы миллисекунд до многих лет, образуя систему взаимоувязанных годовых, сезонных, месячных, суточных, часовых, минутных и секундных биоритмов. Для биоты и человека хорошо изучен целый ряд ритмических физиологических процессов, которые протекают как на клеточном уровне, так и на уровне отдельных органов и организма в целом. Среди этих процессов - концентрированные колебания нейтральных молекул, ионов и химических веществ в клетках и тканях, мембранные процессы, колебания электрической активности и возбудимости тканей, ритмические изменения нейронной и мультиклеточной активности, концентрационные колебания ферментов, гормонов, элементов крови и различных других биологических компонентов. У человека с действием геофизических полей связаны также и мозговые ритмы, сосудистые волны, изменения вегетативных физиологических параметров, психических функций и т.д.

В качестве примера воздействия геофизических полей на живые организмы в процессе их эволюции можно привести данные изучения вариаций магнитного поля Земли с периодом 8000, 600, 60, 22 и 11 лет. Было установлено, что размеры скелета животных и человека увеличиваются в периоды уменьшения интенсивности магнитного поля в 8000-летнем цикле. Волнообразные изменения численности населения хорошо коррелируются с 600-летним циклом вариаций магнитного поля, а изменение роста человека - с 60-летним и 22-летним циклами.

Особенности влияния геофизических полей на живые организмы обусловлены не только пространственно-временной структурой этих полей, но и особенностями строения организмов. Так, способность организмов реагировать на электромагнитное поле Земли может быть обусловлена наличием у них в клетках скоплений магнетита органического происхождения. Кроме того, организм сам является источником магнитного поля, которое может взаимодействовать с внешним полем. Магнитное поле живых организмов крайне мало по сравнению с геомагнитным полем и в силу этого может подпасть под влияние даже очень слабых изменений последнего. Более того, установлено, что уменьшение действующего магнитного поля на четыре-пять порядков приводит к гибели клеток.

Наличие сильного гравитационного поля не только позволяет Земле удерживать вокруг себя мощный газовый слой (атмосферу) и водную оболочку (гидросферу), обеспечивать круговорот воды и движение ледовых масс по поверхности планеты, но и является одновременно одним из основных факторов, определяющих активность геологических и биологических процессов, обеспечивающих существование жизни.

Гравитационная зависимость живых организмов оценивается по характеру их реакции на изменение величины и направления вектора поля тяготения. Гравитационное воздействие становится потенциально значимым уже для тканевых клеток и микроорганизмов, размеры которых превышают 10 мкм. Для крупных представителей животного мира, в том числе и для человека, изменения величины и направления действия поля тяготения являются дестабилизирующими факторами. Так, при значительном увеличении поля силы тяжести уменьшается двигательная активность, снижается количество выводимой из организма жидкости, содержание азота и калия. В то же время наблюдается увеличение количества потребляемой пищи и энергии, возрастает содержание в организме воды, натрия, кальция и фосфора. Обратное по знаку изменение гравитационного поля приводит к уменьшению потребности в пище и энергии, снижению количества воды в организме, содержания натрия, кальция и фосфора.

Температура вблизи поверхности Земли колеблется от -88 до +58°С. Это говорит о том, что средняя температура, при которой протекают жизненные процессы и которая составляет от 0 до +40°С, практически всегда поддерживалась на большей части земной поверхности в течение геологически длительного времени. Современные исследования показывают, что температурные границы жизни простираются от -200 до +100°С.

Большую роль в жизнеобеспечении играет температурный режим поверхностных и подземных вод. При повышении температуры воды могут происходить нарушения естественного равновесия экологических систем водоемов и водотоков. Верхние предельные значения температуры являются более критическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхнего предела толерантности функционируют с повышенной интенсивностью. Одно и то же превышение естественной температуры воды над нормальными значениями может в зависимости от местных условий оказывать как отрицательное, так и положительное влияние на биологические процессы.

В то же время температурное поле является одним из факторов, определяющих границу гомеостаза, а значит и пределов выживаемости биоты. И в этом плане область гомеостаза представляется достаточно узкой. Так, понижение сред- ней температуры на поверхности планеты на или повышение ее на 3-3,5°С грозит последствиями, с которыми современная цивилизация может и не справиться. В первом случае такими последствиями может быть образование на Земле обширного ледяного панциря и значительное сокращение количества свободной воды, во втором, наоборот, вода может покрыть огромные пространства и резко сократить места проживания для тех представителей животного и растительного мира, которые приспособлены к сухопутной жизни.

Электромагнитное воздействие на биосферу рассматривается обычно как фактор прямого экологического действия. Длительное систематическое воздействие интенсивных электромагнитных полей промышленной частоты и радиочастот на человеческий организм может вызвать серьезные осложнения в функционировании практически всех жизнеобеспечивающих систем, поскольку электромагнитные поля влияют на биологические процессы в живых организмах, начиная с клеточного уровня.

Интересна экологическая роль электростатического поля, проявляющегося в нижних приземных слоях атмосферы и значительной частью генерируемого литосферой. Под действием потоков отрицательных ионов воздуха при "благоприятных" дозах возникают хорошо различимые положительные эффекты - увеличивается прорастание семян растений, их рост и количество сырой массы. Вместе с тем передозировка воздействия тех же отрицательных ионов на растительные организмы вызывает заметное угнетение происходящих в них физико-химических процессов.

Говоря о реакции человеческого организма на существование электростатического поля (атмосферного электричества), следует отметить, что общее самочувствие, внимание, трудоспособность, функциональное состояние основных жизнеобеспечивающих систем находятся практически в прямой зависимости от концентрации и полярности аэроионов. Экспериментально установлено, что отрицательные аэроионы (в основном это ионы кислорода воздуха) благоприятствуют усилению жизнедеятельности организма, тогда как положительные аэроионы в большинстве случаев оказывают негативное воздействие на организм, а при значительной концентрации способны нанести ему определенный ущерб. Воздух, лишенный аэроионов обеих полярностей, может способствовать при длительном сроке дыхания в условиях такой атмосферы возникновению серьезных заболеваний.

Радиационное поле оказывает на живые организмы раздражающее и поражающее воздействие. Повышение уровня излучения над фоновым или даже повышенный естественный радиационный фон может рассматриваться как мутагенный фактор. В зоне действия мощных источников облучения (как правило, антропогенного происхождения) не в состоянии выжить ни одно животное или растение.

Всякое отклонение параметров среды обитания от "нормальных" (разных для различных представителей животного и растительного мира) может повлечь за собой опасность возникновения негативных последствий, которые оказываются тем серьезнее, чем больше переступаются границы гомеостаза. Для каждого живого организма существует оптимальное значение уровня одновременного действия нескольких факторов.