Атмосфера служит барьером для жесткого ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Однако она прозрачна в узком участке электромагнитного спектра. Эту область живые организмы воспринимают как свет.
Влияние космических лучей на организм изучено сравнительно мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора, меняющего свойства биологических систем. Известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.
Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых возникают солнечные электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени на поверхности появляются очаги повышенной солнечной активности в виде пятен и протуберанцев – результат мощных взрывов, которым сопутствует выброс элементарных частиц.
Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов оно достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности.
Земное магнитное поле – препятствие для солнечного ветра. Картина обтекания ветром этого препятствия напоминает картину, наблюдаемую при движении сверхзвукового самолета в атмосфере: перед препятствием возникает ударная волна. За фронтом ударной волны образуется полость – магнитосфера. Границу магнитосферы отделяет от фронта ударной волны переходный слой. Солнечный ветер непосредственно в магнитосферу не попадает.
Солнечные вспышки нередко образуют весьма сложные вспышечные потоки. Излучаемая солнечными вспышками энергия переносится через межпланетное пространство, попадает в область взаимодействия геомагнитного поля с межпланетной средой и в периоды возмущений проходит через заполненную частицами геомагнитосферу. Изменчивость солнечной активности вызывает геомагнитные возмущения, интенсивность которых нарастает в направлении от низких широт к высоким.
И. В. Ковальский предлагает следующую схему связей между Солнцем и Землей: высокоскоростной поток солнечного ветра – рекуррентное геомагнитное возмущение и солнечная вспышка – вспышечный поток солнечного ветра – геомагнитная суббуря.
Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают следующие циклы солнечной активности: суточные, годовые, 5-6-летние, 11-летние, 80-90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7-17 лет, минимальной – на 9-14 лет.
Солнечная энергия достигает внешних слоев атмосферы Земли в виде прямых солнечных лучей. При этом часть ее поступает в виде рассеянной радиации. В северных широтах уровень радиации повышается в апреле – мае, в южных – в марте – апреле, что связано с высотой Солнца и прозрачностью атмосферы. В течение суток максимум радиации приходится на полдень.
Солнце. Спектр солнечного излучения представлен следующими видами излучений:
– инфракрасным (до 60 % общей энергии радиации);
– ультрафиолетовым (менее 0,5 %);
– ионизирующим и видимыми лучами (около 40 %).
• Инфракрасные лучи Солнца имеют длину волны от 760 до 3000 нм и легко проходят сквозь атмосферу Земли. Встречая на своем пути частицы различных веществ, эти электромагнитные волны усиливают их вращательные и колебательные движения, создавая тепловой эффект. Инфракрасное излучение легко проникает через одежду и поглощается кожей человека более чем на 50 %. Наибольшим биологическим эффектом обладают короткие лучи длиной 760-1000 нм. Они повышают биолюминесценцию в организме, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы. Оказывая влияние на теплообмен, инфракрасное излучение воздействует на метаболизм. Понижается тонус гладких мышц и скелетной мускулатуры. Ослабевает нервное напряжение.
• Уровень ультрафиолетовой радиации зависит от экранирующего действия атмосферы. Он повышается в горах с увеличением высоты. На уровне моря интенсивность радиации зависит от положения Солнца, географической широты, времени года и суток. Она практически отсутствует при низкой облачности, в тени и снижена при высокой влажности и загрязнении воздуха. Ультрафиолетовые лучи хорошо поглощаются оконными стеклами и одеждой. Энергетическая «стоимость» этого вида излучений мала. Биологический же эффект, связанный с квантовым выходом, достаточно велик.
Ультрафиолетовые лучи обладают широким бактерицидным действием. Микроорганизмы погибают под влиянием прямых солнечных лучей, особенно коротковолновой части спектра.
Попадая на кожу человека, ультрафиолетовое излучение оказывает фотоэлектрический и люминесцентный эффекты. При этом в основе происходящих процессов лежит способность ультрафиолетовых лучей к денатурации белка и его фотолизу, а также к повышению восстановительной активности сульфгидрильных веществ поверхностных слоев кожи.
Ультрафиолетовые лучи способствуют загару – образованию в результате ферментативных реакций пигмента меланина. Пигментация защищает кожу от излишней радиации. Однако при длительном воздействии ультрафиолетового излучения появляются эритема или ожоги – клетки эпидермиса повреждаются, что ведет к образованию гистамина и других продуктов клеточного распада, которые всасываются в кровь, отрицательно воздействуя на организм. Продолжительное ультрафиолетовое облучение может привести к возникновению опухолей кожи и внутренних органов.
Интересно отметить, что малые дозы радиации способствуют репарации клеток и регенерации поврежденных тканей у человека. Это обусловлено повышением ферментативной активности и интенсификацией обмена веществ.
Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вырабатывать из эргостерола кожи витамин D, участвующий в обмене фосфора и кальция. Витамины группы D необходимы для придания плотности костям и для нормальной деятельности нервной и мышечной систем.
Умеренное ультрафиолетовое облучение повышает иммунные свойства кожи и крови, стимулирующе действует на ретикулоэндотелиальную систему и костный мозг. Оно активизирует функции вегетативной нервной системы и желез внутренней секреции. Малые дозы облучения оказывают возбуждающий, а большие – угнетающий эффект на процессы, происходящие в коре головного мозга.
Периодическое ультрафиолетовое облучение организма умеренными дозами приводит к оздоровлению организма. Увеличиваются его адаптивные возможности, повышается умственная и физическая работоспособность.
У жителей Севера при продолжительном отсутствии ультрафиолетовых лучей часто развивается солнечное «голодание», которое сопровождается определенным симптомокомплексом и снижает приспособляемость организма к окружающей среде.
• Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они создают наибольшую величину освещенности, несмотря на то что часть их рассеивается или отражается. Световой луч состоит из спектра цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.
Биологическое значение световой радиации для человека прежде всего состоит в возможности зрительных восприятий, что связано с механизмами фоторецепции.
Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию меланина. Повышается возбудимость коры головного мозга, деятельность желез внутренней секреции, обмен веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические процессы.
Одним из важнейших следствий периодического изменения освещенности является создание циркадных ритмов. Они способствуют чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.
• Радиоволновое излучение Солнца находится в диапазоне от миллиметровых до 15-метровых волн. Оно имеет сравнительно небольшую мощность, которая значительно возрастает в периоды «возмущенного» Солнца. Существует гипотеза, согласно которой коротковолновое радиоизлучение отражается на биотоках мозга. Изменение интенсивности радиоволнового излучения Солнца имеет для человека сигнальное значение.
В последнее время был высказан ряд предположений относительно механизмов влияния солнечной радиации на живые организмы. В основе этих механизмов лежат физико-химические изменения, происходящие на молекулярном уровне. Так, солнечная радиация приводит к сдвигам геометрических и энергетических параметров коллоидных частиц. Полагают, что гелиофизические факторы действуют на магнитоэлектрические свойства молекул воды и на динамику содержания свободных ионов кальция, которые участвуют в ультраструктурной организации клеточных мембран. Это, в свою очередь, влияет на проницаемость и поляризацию мембран. В. В. Соколовский уделяет особое внимание тиоловым соединениям, широко представленным в живых организмах, поскольку в них находятся высокореактивные сульфгидрильные группы (SH), обеспечивающие важные реакции, в частности реакцию обратимого окисления. Его точка зрения легла в основу создания унитоловой пробы, которая служит одним из количественных показателей биологических эффектов солнечной активности.
