К космическим факторам, влияющим на человека, относятся различные виды радиации. Прежде всего, это солнечное излучение, с которым приходит на Землю огромное количество тепла, являющегося первопричиной всех процессов в атмосфере и на Земле, источником жизни. Солнечная радиация, достигающая Земли, имеет сложный спектральный состав и оказывает выраженное биологическое действие на организм человека.

Видимая на небесном своде в форме диска поверхность Солнца, называемая фотосферой, не является однородной. На ней периодически возникают пятна, которые кажутся темными, т.к. их температура (4500єС) ниже температуры фотосферы (6000єС). Пятна соответствуют местам расположения сильных магнитных полей. Интенсивность образования пятен выражается числом Вольфа, которое равно сумме числа отдельных пятен с удесятеренным числом групп пятен. Солнечная радиация считается повышенной, когда в день исследования число Вольфа на 25% превышает его среднюю величину за предшествующие 30 дней.

Кроме того, на поверхности Солнца видны яркие области солнечных возмущений с температурой 7000 єС, называемые факелами, и вспышки в солнечной хромосфере (верхнем слое солнечной атмосферы) - протуберанцы. Все перечисленные проявления солнечной активности характеризуются достоверно установленной цикличностью в 27 дней и 11 лет с вариацией от 6 до 17 лет. Такой же период характерен и для некоторых явлений на Земле, имеющих связи с Солнцем (полярные сияния, магнитные бури). С изменением солнечной активности связывают развитие различного рода сосудистых катастроф - инсультов, инфарктов миокарда.

Солнечное излучение состоит из постоянно действующего "спокойного" излучения, включающего инфракрасные, световые и ультрафиолетовые волны и электрически заряженные частицы (корпускуляры), обладающие сверхвысокой энергией и, накладывающегося на него, дополнительного излучения, возникающего при появлении на Солнце активных областей (хромосферные вспышки, протуберанцы, факелы, пятна и др.). Постоянно действующее солнечное излучение не изменяется при появлении активных областей на Солнце.

Электромагнитные волны приносят на Землю очень малую энергию. В атмосферу Земли от Солнца поступает поток лучистой энергии (спектр) с длинами волн от 0,006 до 2300 нм. Диапазон видимых солнечных лучей лежит в пределах от 400 до 800 нм, невидимых инфракрасных 800-2300 нм, ультрафиолетовых от 2 до 400 нм и рентгеновских лучей с диапазоном 0,006 до 2 нм. В свою очередь УФ-радиация имеет длинноволновую область УФ-А (315-400 нм), коротковолновую УФ-В (280-315 нм) и УФ-С (короче 280 нм). Около 48% энергии Солнца приходится на видимую часть спектра, 7% - на ультрафиолетовую и 45% на инфракрасную. Биологическая активность солнечного спектра зависит от длины волны. Чем короче волны, тем большим биологическим действием они обладают. По мере смещения в синюю сторону оптического диапазона частота электромагнитных вон увеличивается, длина уменьшается, а энергия возрастает. Противоположная направленность наблюдается при смещении к красной границе оптического спектра. Поток (мощность) лучистой энергии измеряется в ваттах (Вт). Интенсивность (плотность) солнечного излучения измеряется в кал/см² в 1 мин.

Интенсивность и спектральный состав солнечной радиации у поверхности Земли зависят от высоты стояния Солнца и прозрачности атмосферы. Чем выше Солнце, тем больше интенсивность радиации и тем она богаче УФ-лучами. Когда Солнце в зените, лучи его проходят наименьший путь. Интенсивность солнечной радиации возрастает по мере подъема над уровнем моря. Прозрачность воздуха зависит от содержащихся в нем водяных паров и пылевых частиц. Водяной пар задерживает инфракрасные лучи, а пылевые частицы и дым - преимущественно УФ-излучение, потери которого могут достигать 20-40%.

Солнечная радиация, исходящая от Солнца, называется прямой, от небесного свода - рассеянной, от поверхности различных предметов - отраженной. Сумма всех этих видов радиации, падающей на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией. Относительная доля рассеянной радиации в общем потоке по мере увеличения высоты стояния Солнца уменьшается. В ясный солнечный день, когда Солнце стоит в зените и воздух прозрачен, до 50% суммарного потока УФ-лучей приходится на рассеянную радиацию. В зависимости от активности солнечной радиации существуют следующие зоны:

а) зона, севернее широты 57,5є, - зона дефицита УФ-лучей,

б) зона между 57,5є и 42,5є северной широты - зона УФ - комфорта,

в) южнее 42,5є - зона избыточного УФ-излучения.

Важен также световой режим. Освещенность - отношение светового потока к площади освещаемой им поверхности. Единица освещенности - люкс (лк). Освещенность при восходе и закате Солнца рана 0 лк, в зените она достигает 100.000 лк. Освещенность рассеянным светом редко достигает 15.000 лк.

Из других видов излучения наибольшее значение для организма имеют космические лучи, попадающие в атмосферу из космического пространства. Они состоят из ядер атомов различных элементов. При расщеплении ядер образуются электроны, имеющие отрицательный заряд и ядро, заряженное положительно. Это так называемое первичное излучение состоит в основном из протонов. Попадающие в атмосферу первичные частицы сталкиваются с ядрами атомов газов и вызывают их расщепление и др. процессы. В результате возникает "вторичное излучение", которое также имеет чрезвычайно большую проникающую способность: оно не только пронизывает атмосферу, но и проникает в земную кору до 1000 м. Интенсивность космического излучения больше у географических и магнитных полюсов.

Электромагнитные поля, возникающие в космическом пространстве, могут изменять характер погоды, особенно в тех районах, где нижние слои атмосферы находятся в состоянии неустойчивого равновесия. Из этих зон возмущения электромагнитные волны распространяются на большие пространства земной поверхности, вызывая на своем пути соответствующие изменения в биосфере и погоде.

Таким образом, наблюдаемая в атмосфере естественная радиация (волновая и корпускулярная) состоит из трех составляющих, имеющих разное происхождение: одна часть поступает в атмосферу из космоса, другая образуется в атмосфере при усилении атмосферной циркуляции и третья - излучается поверхностью Земли, а именно радиоактивными веществами, находящимися в почве.

Очень часто на поверхности Солнца наблюдаются так называемые пятна, представляющие собой более "холодные" области. Перед появлением солнечных пятен напряжение магнитного поля Солнца по сравнению с обычным возрастает в несколько тысяч раз. Усиление магнитного поля Солнца замедляет передачу тепловой энергии из центральной части Солнца к фотосфере. В связи с этим температура пятен примерно на 1000 єС ниже, чем температура окружающей фотосферы. В местах ослабления магнитного поля происходит гигантский выброс энергии в виде факелов или протуберанцев. Во время таких вспышек интенсивность излучения (УФ и мягкого рентгеновского) превышает обычную для этой области Солнца в 10⁵ - 10⁸ раз. Хромосферные вспышки сопровождаются не только сильным электромагнитным излучением, но и потоком заряженных частиц, составной частью которых являются протоны. Эти вспышки порождают также потоки космических лучей, после чего на земную поверхность низвергаются ливни обломков разрушенных ядер газов атмосферы. Электромагнитные излучения преодолевают расстояние от Солнца до Земли всего за 8 мин, а потоки заряженных частиц достигают Земли примерно через 24 ч. В проявлении солнечной активности наблюдается цикличность с периодом в 11, 22-23, 80-90, 180 лет.

Одним из основных проводников влияния Солнца на Землю является геомагнитное поле. Эта связь опосредуется через распределение магнитных силовых линий, солнечного ветра и магнитосферу Земли.

Постоянное магнитное поле - это поле, связанное с ядром Земли и его корой. Оно изменяется, имея цикл с периодом до одного года.

Наблюдаются изменения в магнитном поле Земли и в связи с движением Земли и Луны вокруг своей оси. Это так называемые лунносуточные и солнцесуточные колебания. Максимальная амплитуда солнцесуточных колебаний наблюдается на магнитном экваторе и в средних широтах, максимум - летом, минимум - во время зимнего солнцестояния. Лунные вариации связаны с положением луны относительно горизонта Земли. Магнитное поле Земли переходит в межпланетное в области магнитосферы. Очень часто следствием увеличения солнечной активности являются магнитосферные бури, во время которых наблюдаются мощные полярные сияния, сильные геомагнитные и ионосферные бури, увеличение плотности потока рентгеновского излучения.

В магнитном поле Земли магнитосферные бури обычно проявляются геомагнитной бурей, которая обнаруживается одновременно по всей поверхности Земли и продолжается несколько суток. По интенсивности магнитные бури делят на малые, умеренные, большие и очень большие. Выделяют магнитные бури с внезапным и постепенным началом. Однако существуют дни, когда возмущена не вся магнитосфера, а отдельные ее участки. В это время в атмосфере Земли наблюдаются отдельные, сравнительно небольшие возмущения (геомагнитные возмущения).

Существует биологическое действие волн низкой частоты, интенсивность которых значительно возрастает через несколько часов после хромосферной вспышки на Солнце. Установлено, что мозг человека излучает волны тех же характеристик, что и волны, констатируемые в атмосфере. Психофизические реакции большинства людей значительно изменяются в те часы и дни, когда отмечаются всплески излучения низкой частоты.

Многие физиологические и патологические процессы, вызванные погодными условиями, связываются с атмосферным электричеством. Атмосферное электричество - совокупность электрических явлений, происходящих в атмосфере.

Электрическое поле атмосферы - вид материи, посредством которого осуществляется взаимосвязь и взаимодействие между электрическими зарядами. Его свойство - неограниченность в пространстве. Различают электростатическое и электродинамическое поля. Электростатическое поле связано с неизменяющимися по величине и положению электрическими зарядами. Основным свойством этого поля является то, что оно не проникает внутрь помещения. Электрическое поле, возникшее в процессе электромагниной индукции, называется электродинамическим. Общепринятой является теория Вильсона, согласно которой Земля и ионосфера являются обкладками гигантского сферического конденсатора, разность потенциала между которыми составляет около 400 кВт. Показана возможность участия в обмене зарядами Земли и всей атмосферы, а не только грозовой облачности.

Установлено, что ионизацию атмосферы вызывают космические лучи, УФ-излучение Солнца, продукты распада радиоактивных веществ атмосферы и почвы. Носителями воздушного электричества являются молекулы газов воздуха, которые, приобретая или теряя элементарные электрические заряды, превращаются из нейтральных частиц в ионы отрицательной или положительной полярности. Отрицательную полярность, как правило, приобретают атомы и молекулы кислорода атмосферного воздуха. При этом действующим фактором отрицательно ионизированного воздуха является кислород, а эффект положительной аэроионизации связывают с углекислым газом.

От ионизации следует отличать явление электризации поверхности тел. Электризация поверхностей - явление почти повсеместное. В природе почти все наэлектризовано, в т. ч. пыль, дым и т.д.

Под влиянием электрического поля легкие ионы (несут один элементарный заряд) перемещаются: вверх - отрицательного заряда, вниз, к Земле - положительного, образуя направленный по вертикали электрический ток. Подвижность ионов зависит от содержания водяных паров в воздухе. Электропроводность воздуха может быть положительной или отрицательной. В лесной зоне отмечается преобладание положительной проводимости, в горных районах - отрицательной.

Отношение концентрации положительно заряженных ионов к концентрации ионов отрицательного знака (коэффициент униполярности) во всех климатогеографических зонах, кроме горных, выше 1,0 (1,2 - 1,5). Данный факт можно объяснить тем, что Земля имеет отрицательный заряд и потому ионы отрицательного знака, отталкиваясь от нее, направляются в верхние слои атмосферы. Осадки всех видов несут на себе электрический заряд. Перед грозой происходит накопление положительных ионов, после грозы - ионов с отрицательным знаком. При конденсации водяного пара преобладают ионы положительного знака, при испарении - отрицательного.

Установление циклона и приближение теплого атмосферного фронта характеризуется частой сменой знака поля с положительного на отрицательный. Приближение холодного атмосферного фронта на фоне высокого атмосферного давления сопровождается противоположной динамикой.

Кислородный режим атмосферы. По современным представлениям количество кислорода в атмосфере равнинного климата не меняется. Эффект "высоты" или пониженного содержания кислорода в атмосфере равнинного климата формируется при сочетании низкого атмосферного давления, высоких температуры и влажности воздуха. Это обычно наблюдается при прохождении теплого атмосферного фронта в зоне низкого атмосферного давления (циклон). В такие дни количество кислорода уменьшается на величину, эквивалентную подъему на высоту 500-1500 м над уровнем моря. В организме человека это проявляется снижением АД. При прохождении холодного атмосферного фронта и установлении области повышенного атмосферного давления абсолютное количество кислорода в воздухе значительно повышается, что сопровождается повышением АД.

Атмосферная циркуляция - непрерывное и сложное движение воздушных масс. Она является одним из основных факторов погодо - и климатообразования, которая положена в основу современных методов медико-метеорологического прогнозирования. Циркуляцию атмосферы определяет комплекс факторов, из которых главным являются энергия Солнца, вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность земной поверхности.

Циклон - атмосферно возмущение с пониженным давлением воздуха (минимальное давление в центре) с движением воздуха и направлением ветра вокруг центра против часовой стрелки в северном полушарии, по часовой - в южном. В циклоне отмечается значительное изменение атмосферного давления, которое обусловливает сильные ветры. В системе развивающегося циклона различают две части. Передняя часть связана с переносом теплого воздуха, характеризуется падением атмосферного давления и снижением плотности кислорода в воздухе. В тыловой части происходит вынос холодного воздуха, атмосферное давление повышается.

Циклон формирует обычно пасмурную, влажную, нередко дождливую погоду. Она неблагоприятна для организма в связи с резкой сменой атмосферного давления и значительными электромагнитными колебаниями.

Фронт - переходная зона или условная поверхность раздела двух воздушных масс с различными физическими свойствами. Ширина зоны составляет несколько десятков километров. Основными атмосферными фронтами являются теплый и холодный. Теплый фронт перемещается от теплого воздуха к холодному. Перед линией фронта (до 400 км) выпадают обложные осадки, происходит падение атмосферного давления, нередки туманы. Вдоль линии фронта развиваются мощная облачность, шквалистые ветры, ливни, грозы. За фронтом может развиться система высокослоистых дождевых облаков с обложными осадками, но также может наступить прояснение.

Антициклон - область повышенного атмосферного давления. Давление, максимальное в центре антициклона, к периферии падает. Преобладают нисходящие движения воздуха, что обусловливает малооблачную погоду со слабым ветром. Все это формирует преимущественно благоприятные для организма человека условия погоды. Но при солнечном антициклоне могут развиться дискомфорные для человека условия (перегрев, духота), образующиеся в результате прогревания воздушных масс. В холодное время года и ночью в антициклоне может наблюдаться охлаждение воздуха от земной поверхности, приводящее к образованию низких слоистых облаков и туманов, обычно рассеивающихся в первой половине дня. Значительные ветры возникают только на периферии антициклона.

Бриз - формируется на побережьях морей, озер, водохранилищ, больших рек. Дневной бриз (морской) дует с более прохладного моря на побережье, несколько снижая температуру воздуха, повышая влажность и умеряя тем самым действие дневной жары на побережье южного моря. Ночной бриз (береговой) направлен с побережья на море. Смена бризов происходит незадолго до полудня и вечером. Проникают бризы вглубь берега на 20-25 км. Бриз можно считать благоприятным фактором для проведения климатопроцедур в дневные часы.

Горно-долинная циркуляция воздуха - ветры, дующие между горным хребтом и долиной. Днем - это долинный ветер, ночью - горный, хорошо освежающий и вентилирующий долины более ионизированным, чистым горным воздухом. Горно-долинные ветры, так же как и бризы, наблюдаются в основном, в теплое время года, в ясную погоду и благоприятно действуют на человека.

Фен - сильный порывистый ветер с высокой температурой и пониженной влажностью воздуха, дующий с гор в долины. Возникают фены большей частью в тех случаях, когда по разным сторонам гор наблюдаются различные области давления. При этом ветер направлен в сторону пониженного атмосферного давления. Возможно формирование фена при антициклоне, когда происходит опускание воздуха по всем склонам. Отмечаются они чаще зимой и весной, но возможны в течение всего года. Фены, достигающие ураганной силы, могут вызывать феновую болезнь. В такие дни возрастает число обострений у больных.

Бора, так же как и фен, горный ветер, но наблюдается в холодное время года, преимущественно в тех местностях, где невысокие горные хребты граничат с морем. Бора очень сильный (до 20-40 м/с), порывистый, холодный ветер. Продолжается 1-3 суток.

Норд - сильный, сухой и холодный, устойчивый северный ветер, по происхождению связан с борой, но наблюдается преимущественно летом. Более благоприятен по воздействию на организм человека, т.к. снижает летнюю жару и способствует повышению плотности кислорода в воздухе.

Муссон - зимой ветер направлен с суши на океан, летом - с океана на сушу. Формирует ясную и сухую зиму и пасмурное и дождливое лето.

2.3 Характеристика земных факторов