Содержание

• Введение 3
• 1. Понятие ритмов в природе 4
• 2 Ритмы Земли и Луны 6
• 3 Ритмы Земли и Солнца : Орбитальное вращение Земли. Сезонные изменения. Климат. Магнитное поле Земли и его изменения 8
• 4 Ритмы и физические поля организма 14
• 5. Функциональное состояние биологических ритмов человека 17
• Заключение 19
• Список литературы 20

Введение

Ритмичность природных процессов однозначно показывает, что Вселенная построена по единому принципу. «Конструкция» элементов Вселенной особенно отчетливо свидетельствует об этом. Такие элементы отмечены всеми науками и прежде всего проявляются в ритмическом развитии природы. (Максимов Е. В.)

Основоположником учения о ритмах в природе является Арсений Владимирович Шнитников. Обобщив материалы по колебаниям общей увлажненности, состояниям уровней водоемов и горных ледников, он создал стройную теорию внутривековых и многовековых ритмов, суть которой заключается в следующем. Существуют две категории ритмов: космические ритмы взаимодействия, ритмы среды. Набор космических ритмов крайне ограничен, ритмы среды бесчисленны. Первые, касаясь природы Земли и Космоса в целом, заслуживают особенно пристального внимания, вторые представляют лишь относительный интерес.

Космические ритмы проявляются неопределенно долгое время и носят универсальный характер. Природа космических ритмов до сих пор не установлена. Мы будем рассматривать космические ритмы прежде всего с точки зрения космическо-земных связей. В конце XXв. естествознание приблизилось к пониманию механизмов взаимосвязи космических явлений и функционирования человеческого организма.

1. Понятие ритмов в природе

Наш космический дом- планета Земля- обладает собственным гравитационным и магнитным полем, сама является источником электромагнитного излучения (по большей части искусственного происхождения). Обитатели Земли живут в сложном переплетении гравитационных и магнитных полей, днем и ночью их пронизывают потоки частиц космического происхождения (так называемых космических лучей, состоящих из атомных ядер и элементарных частиц), волны электромагнитного излучения. Эти потоки, волны и поля действуют постоянно. На постоянную составляющую гравитационного и магнитного полей, электромагнитного излучения (радиации) и потоков частиц (космических лучей) накладываются циклические составляющие, изменяющиеся в определенных ритмах.

Есть изменения сравнительно быстрые, происходящие в короткой временной шкале - короткопериодические, а есть крайне медленные, накапливающиеся столетиями и тысячелетиями, долгопериодические изменения.

Живой организм- тончайший прибор, улавливающий малейшие изменения (прежде всего короткопериодические) электромагнитных, гравитационных и магнитных полей, потоков энергичных частиц и чутко реагирующий на эти изменения. Так, при помощи вестибулярного аппарата организм тонко чувствует направление, силу и вариации гравитационного поля. Замечательный пример чувствительности живого организма к внешним (прежде всего, магнитным) полям - явление «хоуминга», когда животные находят «дорогу домой», птицы совершают трансконтинентальные перелеты, а рыбы регулярно мигрируют на огромные расстояния по одним и тем же маршрутам.

Долгопериодические изменения влияют на погоду и климат на Земле, а через это и на всю среду обитания.

Эти ритмы мы сгруппируем по их характерному периоду в две группы.

К первой группе отнесем ритмы, действующие в антропной шкале времени, то есть в шкале, соизмеримой с жизнью человека.

Это, прежде всего, суточный, месячный и годичный ритмы. Из-за многочисленных вращений- Земли вокруг своей оси, Луны вокруг Земли, Земли вокруг Солнца, Солнца вокруг своей оси- изменяются физические условия и характеристики физических полей на поверхности Земли. Эти вопросы будут рассмотрены в и .

В суточном и годичном ритмах изменяются освещенность, создаваемая Солнцем на поверхности Земли, температурный режим и ряд физических параметров атмосферы и гидросферы. В результате происходит смена дня и ночи, смена времен года. Суточные и месячные вариации гравитационного поля на поверхности Земли, связанные с приливным воздействием Луны и Солнца, создают сложное явление океанских приливов, сыгравшее значительную роль в происхождении и развитии жизни. С такими же периодами (сутки и месяц) происходят вариации магнитного поля Земли. Изменения ориентации земной магнитосферы относительно потока солнечного ветра задает суточный ритм магнитного поля. Вращение Солнца, а вместе с ним межпланетного магнитного поля, имеющего характерную секторную структуру, задает 27-дневный ритм вариаций магнитного поля Земли. Вспышка на Солнце- внезапное, непериодическое высвобождение магнитной энергии- вызывает резкие изменения магнитной и радиационной обстановки на Земле. Источник радиации- потоки энергичных частиц, выброшенных Солнцем во время вспышки. Последствия одной вспышки (магнитная буря, полярное сияние, нарушение радиосвязи) быстро проходят, но частая повторяемость вспышек в период повышенной активности Солнца приводит к устойчивым эффектам в биосфере Земли. Периоды максимальной активности Солнца подчиняются 11-летнему ритму. Такой же ритм отчетливо проявляется во многих биологических и социальных процессах на Земле.

Ко второй группе мы отнесем ритмы, действующие в геологической шкале времени, то есть на протяжении очень длительных периодов, несоизмеримых с жизнью человека.

26 тыс. лет- период прецессии оси вращения Земли, так называемый Большой Платонический Год; 41 тыс. лет- с таким периодом происходят вариации угла наклона оси вращения Земли к эклиптике; 100 тыс. лет- характерный период изменения величины эксцентриситета земной орбиты. Совместное действие этих космических факторов, их наложения, взаимные усиления приводят к не вполне регулярным долгопериодическим изменениям климата Земли- ледниковым периодам.

От сотен тысяч до миллионов лет- характерные периоды, в течение которых общее магнитное поле Земли сохраняет свою ориентацию (полярность). Изменение знака магнитного поля ( «переключение» полярности на противоположную) происходит за короткий по геологическим меркам срок. При этом на время исчезает магнитное поле Земли, «снимается» защитный экран магнитосферы, который задерживает энергичные космические лучи от проникновения в атмосферу и к поверхности Земли. Космические лучи значительно ослабляют озоновый слой, защищающий биосферу Земли от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца. Это вызывает катастрофические изменения в биосфере- от усиления мутаций на клеточном уровне до вымирания многих видов живых организмов, населявших Землю.

Самый большой из известных периодов- галактический год, равный примерно 250 млн. лет. Это период вращения Солнца в Галактике.

2 Ритмы Земли и Луны

Большинство изменений в окружающих нас полях происходит в суточном ритме, который возникает из-за вращения Земли в пространстве. Период вращения Земли есть промежуток времени, за который она делает один оборот относительно определенного направления. Если фиксировать направление на неподвижные звезды, получаются звездные сутки. Направление на Солнце дает солнечные сутки. Длительность звездных и солнечных суток различается потому, что Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается вокруг Солнца. Продолжительность солнечных суток (как промежутка времени между двумя одинаковыми положениями Солнца на небе) в течение года слегка варьируется, поскольку орбита Земли не окружность, а эллипс. Поэтому, исчисляя время, пользуются понятием средних (за год) солнечных суток.

Вращение Земли не является идеально равномерным. Неравномерность эта очень мала, ее можно заметить только при помощи тонких астрономических наблюдений. Слегка изменяются и скорость вращения, и направление оси вращения. И в том и в другом случае есть изменения медленные, регулярные (их называют вековыми), а есть быстрые, нерегулярные.

Медленные изменения скорости и направления оси вращения вызваны гравитационным влиянием Луны и Солнца, но прежде всего Луны.

Одно из них- прецессия оси вращения Земли с периодом 25800 лет. Если бы Земля была идеально круглой, прецессии не возникало бы. Причина прецессии- гравитационное притяжение к Луне экваториальных утолщений земной фигуры. «Лишняя» масса на экваторе Земли притягивается Луной. Создается момент сил, стремящихся развернуть волчок, уменьшить наклон оси вращения Земли. Но, по законам вращающихся тел, вместо этого возникает медленное вращение самой оси вращения- прецессия.

Если бы Луны не было, земная ось все равно прецессировала бы под аналогичным воздействием Солнца и планет, но период прецессии был бы тогда не 25800 лет, а в несколько раз больше (около 100 тыс. лет).

Установлено, что вращение Земли постепенно замедляется. Причиной замедления является Луна, ее приливное воздействие на Землю.

Ответ на вопрос о причине этого явления был дан в конце XVII в. Ньютоном, объяснившим происхождение приливов и создавшим их первую теорию. Причина приливов и отливов- гравитационное влияние Луны и Солнца, точнее то возмущение, которое вносят Луна и Солнце в гравитационное поле Земли.

Гравитационное поле Земли в первом приближении можно представить как поле массивного шара. При этом на каждое тело, находящееся на поверхности Земли, действует сила притяжения, направленная к центру Земли. Эта сила зависит от массы тела и называется весом этого тела. Притяжение Луны действует таким образом, что создает добавку к весу тела. Эта добавка называется приливной силой и может быть направлена как к центру Земли (тогда вес тела увеличивается), так и от центра (вес тела уменьшается).

Аналогично действует Солнце. Оно неизмеримо массивнее Луны, однако приливная сила Солнца из-за его удаленности оказывается вдвое меньше лунной. Приливные силы Луны и Солнца складываются по правилу сложения векторов. Сумма максимальна, когда они находятся на одной линии или близко к тому, то есть в периоды новолуний, полнолуний и особенно затмений.

Приливные силы слегка вытягивают атмосферу Земли в сторону Луны. Они вызывают деформацию твердого тела Земли. Однако наиболее заметно откликается на приливное воздействие океан. Приливные силы, направленные по касательной к поверхности Земли, то есть горизонтальные, сгоняют в океане воду в направлении подлунной и противоположной ей точек, образуя в них поднятие воды (прилив). В открытом океане высота поднятия воды немного меньше одного метра. Вращение Земли и движение Луны непрерывно смещают подлунные точки и заставляют приливную волну бежать вслед за Луной, встречая препятствия в виде материков. Вблизи берегов, в заливах и узких проливах приливы достигают большой высоты, а иногда становятся грозным явлением. Рекордная разность между высокой и низкой водой (19,6 м) регистрируется в заливе Фанди (Bay of Fundy) в Канаде.

Солнечные приливы бывают два раза в сутки, то есть чередуются с периодом 12 ч. Для того чтобы найти период лунных приливов, необходимо кроме вращения Земли учесть и орбитальное движение Луны вокруг Земли. Из-за него период лунных приливов удлиняется на 26 мин., то есть составляет 12 ч 26 мин.

Накладываясь один на другой, лунные и солнечные приливы могут взаимно усиливаться или ослабляться.

Как уже отмечалось, максимальные приливы бывают в периоды новолуний и полнолуний, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются вдоль одной линии.

Таким образом, приливы и отливы, подчиняясь в основном суточному ритму (два прилива в сутки), изменяют свою амплитуду в ритме лунного месяца. Лунный месяц- период между двумя одинаковыми фазами Луны, скажем, от полнолуния до полнолуния, составляет 29 суток 14 часов 6 часов.

Итак, приливы стремятся затормозить вращение Земли и в конечном счете повернуть Землю одной стороной к Луне. Луна уже повернулась к Земле одной стороной, поскольку земные приливы на поверхности Луны значительно сильнее, чем лунные на поверхности Земли (в первом случае приливная сила в 36 раз больше, чем во втором).

Другая двойная планета солнечной системы, Плутон- Харон, уже завершила свою приливную эволюцию.

Вращение Плутона и Харона полностью и навечно синхронизовано, периоды осевого вращения равны между собой и равны периодам обращений одного вокруг другого по относительным орбитам, так что планета и спутник всегда «смотрят» друг на друга одной стороной.

3 Ритмы Земли и Солнца: Орбитальное вращение Земли. Сезонные изменения. Климат. Магнитное поле Земли и его изменения

Одним из главных глобальных ритмов Земли, определяющих огромную совокупность явлений ее внешних оболочек (в том числе, разумеется, биосферы), является годичный ритм.

Смена времен года есть следствие двух вращений планеты- вокруг собственной оси и по орбите вокруг Солнца- и, что очень важно, их взаимной ориентации (наклона оси вращения к плоскости орбиты). Смены времен года не происходит на Юпитере- ось вращения Юпитера почти перпендикулярна плоскости его орбиты. Напротив, в утрированном виде происходит смена времен года на Уране, который вращается «лежа на боку»: зима при таком вращении усугубляется полярной ночью на всем полушарии, а лето совпадает с полярным днем.

Понятие о климате было введено еще в Древней Греции, а само это слово означает «наклон». Действительно, главную составляющую в климат каждой местности вносят условия согревания земной поверхности солнечными лучами, условия освещенности.

Сегодня под словом «климат» подразумевается понятие более широкое, чем вкладывалось в это слово древними греками. Климат Земли- это вся совокупность усредненных по времени погодных данных- температуры, давления, влажности, направления ветров и течений- во всех точках планеты для каждого дня года. Обычно в качестве такого срока выбирается декада, треть месяца. Рассмотрим, к примеру, среднюю температуру за одну декаду, скажем, с 1 по 10 мая. Если взять средние декадные температуры с 1 по 10 мая за разные годы, то они не совпадут точно, их расхождение может достигать десятка градусов. Если же взять их среднее значение за 10 лет, то такое же среднее за другое десятилетие будет отличаться от первого всего на несколько градусов. Эти отличия говорят об изменениях погоды.

Для того чтобы судить об изменениях климата (а не погоды), требуется усреднять за еще больший промежуток времени, например за 100 лет. Замечено, что и в этом случае существует различие средних декадных температур: оно небольшое (доли градуса), но зато регулярное. Средние столетние температуры имеют почти одинаковый ход по всей Земле. Например, в XVI- XVII веках было на несколько градусов холоднее, чем сейчас, а в XI- XII веках немного теплее, причем на всей планете целиком.

Если рассматривать историю Земли на временной шкале в десятки и сотни миллионов лет, то можно убедиться, что в далеком прошлом глобальный климат был в среднем на 8 - 15 ^oC теплее, чем сейчас. Большую часть времени полярные районы были свободны ото льда. Эти сравнительно теплые условия время от времени прерывались суровыми эпохами оледенений. Существуют геологические свидетельства того, что одна такая эпоха оледенения была 700 млн. лет тому назад, а другая- примерно 300 млн лет назад. Последнее подобное оледенение началось в геологическую эпоху плейстоцена- около 2 млн. лет назад- и продолжается до сих пор.

С тех пор длительные холодные периоды сменялись кратковременными периодами потепления. Изучение ледников и остающихся после них отложений позволило обнаружить несколько десятков ледниковых периодов. Они повторяются нерегулярно, промежутки между ними колеблются от 40 тыс. до нескольких сот тысяч лет. Последний ледниковый период был всего 20 тыс. лет тому назад. Именно в этом временном интервале происходят изменения характеристик вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Действительно, период прецессии составляет 25800 лет, угол наклона экватора к плоскости орбиты (эклиптике) колеблется с периодом 41 тыс. лет, эксцентриситет земной орбиты также изменяется с характерным периодом около 100 тыс. лет. Астрономическую теорию колебаний климата разработал в 20-е гг. XX в. югославский ученый М. Миланкович. Эта теория дала возможность вычислить времена ледниковых периодов прошлого, которые практически совпали с ледниковыми периодами, известными по геологическим данным. В теории Миланковича доказывается, что совокупное изменение названных характеристик осевого и орбитального вращения Земли может привести к длительному изменению средней освещенности земной поверхности, которое, накапливаясь в течение столетий, дает устойчивое глобальное изменение климата, вплоть до наступления ледникового периода.

Земля- гигантский магнит. Ее магнитное поле можно уподобить полю, создаваемому полосовым постоянным магнитом (намагниченным стержнем). Такой стержень называется магнитным диполем. Так что магнитное поле Земли подобно полю магнитного диполя. Описывая таким образом магнитное поле Земли мы не должны забывать, что это лишь упрощенная модель. Модель была бы совсем простой, если бы ось магнитного диполя проходила через центр Земли и совпадала бы с осью вращения Земли. Но это не так. Ось воображаемого стержня отстоит от центра Земли на 0.07 R_? 460 км, а ее направление не совпадает с осью вращения Земли. Поэтому и магнитные полюса Земли не совпадают с ее северным и южным полюсами. Один магнитный полюс находится в Гренландии, а другой- в Антарктиде. Причем на севере, в Гренландии, находится южный полюс магнита, а в Антарктиде- северный.

На структуру крупномасштабного поля Земли заметно влияет солнечный ветер. Солнечный ветер- это поток плазмы, непрерывно исходящий от Солнца во все стороны. Частицы солнечного ветра движутся вдоль магнитных силовых линий межпланетного магнитного поля. Средняя скорость солнечного ветра в окрестностях Земли составляет 400 км/с. Солнечный ветер сильно искажает симметричную картину магнитных силовых линий. Фигура, которую образует магнитное поле Земли в результате взаимодействия с солнечным ветром, называется магнитосферой Земли. С освещенной (дневной) стороны, то есть со стороны Солнца, линии сжимаются ветром- поле усиливается, с темной (ночной) стороны линии сдуваются, разрежаются- поле ослабляется.

А внутри всей этой сложной структуры вращается планета Земля вместе со всеми ее обитателями. Выходит, что для жителя Земли, участвующего в суточном вращении, конфигурация и напряженность магнитного поля непрерывно меняется в характерном суточном ритме. На эти изменения накладываются 27-суточные периодические вариации, связанные с вращением Солнца и секторной структурой межпланетного поля. Поясним эти понятия.

Солнце вращается дифференциально, то есть периоды вращения на разных широтах не одинаковы. Период вращения на экваторе Солнца (гелиографическая широта 0^? ) составляет примерно 25 суток, на более высоких широтах период вращения больше: на широте 75^? он достигает 32 земных суток. Линейная скорость вращения на солнечном экваторе составляет примерно 2 км/с (в 4 раза больше, чем на экваторе Земли).

Мы смотрим на Солнце с Земли, которая вместе с нами обращается вокруг Солнца, причем в том же направлении, в каком вращается само Солнце. Поэтому с Земли нам кажется, будто Солнце вращается немного медленнее. Синодический (видимый с Земли) период вращения Солнца составляет приблизительно 27 суток.

Вместе с Солнцем вращается и его магнитное поле. Оно простирается далеко от Солнца и на больших расстояниях от него образует так называемую секторную структуру.

Магнитосфера Земли выполняет важнейшие защитные функции. Она перехватывает или отклоняет вредоносные космические лучи и частицы солнечного ветра. Однако некоторые наиболее энергичные частицы могут проникать через щели в магнитосфере, то есть участки, где поле слабее всего. Эти частицы ответственны за разрушение ионосферы Земли и, следовательно, за нарушения радиосвязи.

Около магнитных полюсов силовые линии геомагнитного поля расположены ближе к поверхности Земли. Заряженные частицы солнечного ветра, двигась вдоль магнитных силовых линий, проникают в районах магнитных полюсов более глубоко в атмосферу и, взаимодействуя там с атомами и молекулами, передают им часть своей энергии. Из-за этого в верхней атмосфере возбуждается свечение, и мы можем наблюдать одно из самых красивых явлений природы- полярные сияния.

За последние 70 млн. лет инверсии (изменения знака) магнитного поля Земли происходили не менее трех раз за каждый миллион лет. Самые короткие из обнаруженных периодов с постоянным направлением поля- около 50 тыс. лет. Однако существовали и длительные периоды постоянного знака поля. Например, в период, близкий к меловому (более 70 млн лет назад) знак полярности оставался неизменным, вероятно, многие миллионы лет. Периоды смены полярности характеризуются исчезновением магнитного поля. Было установлено, что вымирание нескольких видов радиолярий происходило именно в периоды смены полярности магнитного поля Земли. Известно также, что около трети всех видов живых организмов вымерли в период, близкий к меловому, когда после очень длительного периода стабильной полярности снова возобновились частые смены полярности геомагнитного поля.

11-летний ритм солнечной активности

Мы обсудили долгопериодические, соответствующие геологической шкале времени, изменения геомагнитного поля. Есть и другие- очень кратковременные, резкие, нерегулярные, на первый взгляд, изменения магнитного поля Земли. Эти изменения происходят из-за того, что в результате взрывных процессов на Солнце в равномерном потоке солнечного ветра образуются сильные неоднородности. Взрывные процессы в атмосфере Солнца- солнечные вспышки- приводят к тому, что целые облака плазмы, потоки высокоэнергичных частиц устремляются прочь от Солнца вдоль магнитных силовых линий межпланетного магнитного поля. Если на их пути оказывается Земля с ее магнитосферой, они вызывают большую совокупность явлений глобального масштаба. Происходит изменение геомагнитного поля (магнитная буря), изменяется состояние ионосферы, возрастает поток космических лучей, бомбардирующих Землю. Нарушается или даже совсем прекращается радиосвязь, происходит усиление полярных сияний. Через 2 - 4 суток после магнитной бури происходит заметная перестройка в тропосфере Земли, увеличивается нестабильность атмосферы, нарушается характер циркуляции воздуха, развиваются циклоны и другие метеорологические явления.

Сама вспышка (взрыв) продолжается несколько минут, свет от нее долетает до Земли за 8 мин., облака плазмы- за 1- 2 суток, еще столько же длятся глобальные возмущения во внешних оболочках Земли. Однако бывают продолжительные периоды, когда вспышки следуют часто одна за другой. Эти периоды называются периодами повышенной активности Солнца. Солнечная активность вызывает ряд явлений в биосфере Земли. Статистически установлена связь между уровнем солнечной активности и количеством сердечно-сосудистых заболеваний, динамикой эпидемий, эпизоотий и т.д.

Мерой активности Солнца можно считать количество вспышек за месяц или за год. Но удобнее выбрать другую характеристику активности. Лучше измерять солнечную активность по числу солнечных пятен (f) и числу групп пятен (g), наблюдающихся в данный момент на Солнце. Комбинация этих чисел называется числами Вольфа (по имени швейцарского астронома Р.Вольфа, предложившего такую меру в середине XIX века). Числа Вольфа подсчитывают ежедневно, а затем усредняют за месяц или за год. График чисел Вольфа показан на рис.1.

Рис.1: Вариации солнечной активности с начала телескопических наблюдений в 1610 г.

В первом приближении общее поле Солнца имеет вид магнитного диполя (как поле Земли). По некоторым данным, общее поле Солнца медленно (с периодом 22 года) вращается. Это вращение поля происходит таким образом, что в период минимума солнечной активности магнитные полюса совпадают с осью вращения Солнца (скажем, в 1985 г. южный магнитный полюс Солнца находился вблизи северного гелиографического полюса), затем угол между осью вращения и осью магнитного диполя постепенно увеличивается и через 11 лет полярность общего поля меняется на противоположную (в 1996 г. южный магнитный полюс совпадал с южным гелиографическим). Поэтому, формально, правильнее говорить не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности. Общее магнитное поле Солнца отчетливо фиксируется только в периоды минимума солнечной активности. В годы повышенной активности Солнца общее поле маскируется мощными магнитными полями многочисленных пятен и активных областей.

Связь между солнечной активностью и различными процессами, происходящими в как в органическом, так и неорганическом мире на Земле, отмечалась еще в XIX в. По-видимому впервые В.Гершель в 1801 г. подметил зависимость урожая пшеницы от числа солнечных пятен. В 1878 г. было замечено, что количество и качество производимого в Германии вина тоже таинственным образом связано с пятнами на Солнце.

Огромную работу по исследованию связей земных процессов с солнечной активностью провел российский ученый А.Л.Чижевский (1897- 1964,). Результаты этой работы он обобщил в замечательной книге «Земное эхо солнечных бурь», которую написал на французском языке и впервые издал в Париже в 1937 г. Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей и целый ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод, сток рек, толщина донных отложений ила, количество льда в полярных морях, повторяемость засух, ураганов, ливней, среднегодовая температура. Он сделал впечатляющий анализ статистики эпидемий и пандемий холеры, тифа, дифтерии и гриппа в прошлом (до появления прививок и эффективных методов лечения) и установил их отчетливую связь с активностью Солнца. А.Л.Чижевский по праву считается во всем мире основоположником гелиобиологии- науки о связи биосферы Земли и явлений на Солнце.

Огромный статистический материал, собранный в Екатеринбурге при сотрудничестве медиков и астрономов, свидетельствует о зависимости от магнитных бурь смертности в результате сердечно-сосудистых заболеваний.

В заключение этого раздела обратим внимание на серьезную экологическую проблему, которую стали осознавать лишь в последнее время. Оказалось, что солнечная активность имеет прямое отношение к современной проблеме защиты окружающей среды и человека от искусственного электромагнитного излучения. На Земле сотни тысяч мощных стационарных и передвижных радиопередатчиков непрерывно работают в диапазоне от длинных волн до ультракоротких. В то же время известны поражающие факторы радиоволн СНЧ и УКВ диапазонов и механизмы их воздействия на человека на значительных удалениях (до сотен километров) от источника. Энергия этих волн, отражаясь от ионосферы, может накапливаться в слое между поверхностью Земли и ионосферой (в так называемом приземном волноводе). Степень накопления энергии волн может быть очень большой, многократно превышая допустимые нормы. Она зависит от состояния ионосферы, которое определяется космическими факторами и прежде всего степенью солнечной активности.

Большой интерес представляют исследования влияния солнечной активности на умственные способности людей. Еще несколько лет назад такая постановка вопроса могла показаться антинаучной. Однако исследования послед-них лет показали, что излучение Солнца оказывает влия-ние на творческую активность людей. Это подтверждают исследования, проведенные советским ученым В. А. Ива-новым. Он проанализировал ритм работы 120 поэтов, пи-сателей и композиторов, статистически обработал полу-ченные результаты и пришел к выводу, что в их творчест-ве наблюдаются подъемы и спады. Особый интерес пред-ставляет тот факт, что подъем творческой активности приходится в основном на максимумы солнечной актив-ности.

Аналогичные исследования провел В. Г. Логинов. Проанализировав ритм творчества великих поэтов и пи-сателей, он подтвердил, что наибольший подъем в их твор-честве совпадал с периодами наибольшего излучения Солнца.

Весьма интересные исследования влияния ритмов сол-нечной активности на рождаемость великих людей прове-ли российские ученые Е. В. Максимов и В. Н. Завадич. Они статистически обработали данные, взятые из энциклопе-дии,- даты рождений всех известных людей за последние 400 лет. Они обнаружили вполне определенную периодичность всплесков кривой рождения великих людей. За 400 лет выявилось 18 подъемов кривой, периодичность следо-вания которых составила в среднем 22,7 года.

Российский ученый М. С. Эйгенсон высказал предположение о взаимо-связи циклов солнечной активности. Он считает, что любой цикл высшего порядка  можно  представлять как сумму циклов  более низкого порядка.  Так,  например,  вековой цикл состоит из нескольких 11-летних циклов, 600-800-летний - из нескольких вековых и т. д.

Здесь речь идет о гармониках физического режима Солнца, которые не всегда могут наблюдаться на его поверхности, но они обна-руживаются по геофизическим эффектам. В качестве при-мера можно привести полярные сияния, возникающие в результате проникновения солнечных корпускул в атмос-феру Земли. Корпускулярные излучения Солнца не видны на его поверхности, но обнаружить эти излучения можно по процессам, которые возникают на Земле при воздей-ствии корпускул Солнца на атмосферу (например, по магнитным бурям, приводящим к нарушению радиосвязи).

4 Ритмы и физические поля организма

Естествознание приблизилось к пониманию механизмов взаимосвязи функционирования живой природы и космических явлений.

Общеизвестно влияние метеорологических и климатических факторов на жизнь, поэтому, если погода зависит от солнечной активности, климат- от параметров вращения Земли и ее магнитного поля, то естественно ожидать зависимость биологических явлений от соответствующих космических причин. Вместе с тем есть много указаний на то, что космические факторы действуют на живые организмы не только через погоду, но и непосредственно переменными полями.

Идею этого влияния можно выразить с помощью следующих трех позиций.

1. Физико-химические процессы в организме сбалансированы и протекают в определенном темпе. Важнейшие процессы жизнедеятельности организма осуществляются посредством собственных электрических и магнитных полей и импульсов, имеющих свои строго определенные ритмы.

2. Существуют внешние (для организма) поля (гравитационное и магнитное поля Земли, поле электромагнитного излучения), имеющие как постоянную, так и ритмическую составляющие. В них погружено все живое на Земле. В них мы живем, к ним приспособлены физико-химические процессы в организме, с ними взаимодействуют собственные поля организма.

3. Изменения привычных для организма внешних полей или их ритма, вызванные естественными и искусственными причинами (различные виды радиации, магнитные бури, искусственное состояние невесомости и т.д.), приводят к различного вида нарушениям жизнедеятельности клеток и организма в целом, а иногда и к ее полному прекращению.

В этой главе мы рассматривали физические поля Земли, причины, вызывающие их изменения, и характер этих изменений.

А о каких физических полях организма идет речь? Можно ли их зафиксировать? Исследования такого рода успешно проводятся медиками и физиками. Кратко назовем их основные результаты.

Организм испускает тепловое (инфракрасное) излучение, собственные акустические (звуковые) волны. На поверхности тела (на коже, волосяном покрове и т.п.) всегда существует поле статического электрического заряда, переменное электрическое и магнитное поле.

Инфракрасное и тепловое радиоизлучение несут информацию о температуре и тепловом балансе органов и тканей. Низкочастотные электрические поля (с частотами до 1 кГц) связаны, как правило, с электрохимическими (в первую очередь трансмембранными) потенциалами, отражающими функционирование различных органов и систем организма. Такие же частоты имеют и магнитные поля, связанные с токами в проводящих тканях, сопровождающими физиологические процессы. Низкочастотные звуковые волны (инфра\-звук) дают важную информацию о механическом функционировании внутренних органов, мышц и т.д. Высокочастотные акустические сигналы связаны с источниками на клеточном и молекулярном уровне.

В последней четверти XX в. начались работы по исследованию полей человеческого организма. С помощью чувствительных приемников и радиометров изучаются электромагнитные поля организма. Разработана аппаратура для регистрации электрических полей организма и электрических потенциалов на поверхности тела. Она широко используется в медицине- это электрокардиография, электроэнцефалография и др. В конце 60-х гг. XXв. появились сверхчувствительные приборы для регистрации собственных магнитных полей организма. Стала развиваться перспективная область исследований, основанных на анализе информации, поставляемой этими слабыми полями. Она получила название биомагнетизма, в отличие от магнитобиологии, занимающейся изучением влияния сильных магнитных полей на биологические процессы.

Установлено, что постоянные или колеблющиеся с периодом в несколько минут магнитные поля характерны для желудка человека. Были обнаружены магнитные поля постоянных электрических токов в коже, появляющиеся при прикосновении к покрывающему ее волосяному покрову. Измерены магнитные поля при сокращении мышц человека или их легком массаже. Глаза- источники довольно сильного электрического поля, так как работа сетчатки сопровождается возникновением потенциала до 0.01 В (вольта) между передней и задней ее поверхностями. Это вызывает в окружающих тканях электрический ток, магнитное поле которого можно регистрировать. Индукция магнитного поля глаза существенно выше, чем магнитного поля мозга. При работе мозга возникают как электрические, так и магнитные поля.

Наиболее сильные сигналы порождаются ритмической активностью мозга. С помощью электроэнцефалографии проведена классификация этих ритмов и установлено соответствие между ними и функциональным состоянием мозга (бодрствованием, разными фазами сна) или патологическими проявлениями (эпилептическим припадком и т.п.). Например, альфа-ритм- это колебания электрического и магнитного полей мозга с частотой 8- 12 Гц. Он характерен для бодрствующего человека с закрытыми глазами в спокойном состоянии.

Внешние поля, волны, потоки частиц в соответствии с законами физики взаимодействуют с собственными полями организма и через это взаимодействие оказывают влияние на организм человека, на функционирование органов, центральную нервную систему, работу мозга и т.д.

По-видимому, особенно чувствителен организм к воздействию внешних полей, действующих в определенных ритмах, синхронных с ритмами самого организма.

5. Функциональное состояние биологических ритмов человека

На основании многочисленных исследований, проведенных учеными разных стран, о существовании биологических часов в многоклеточных живых организмах, можно считать, что в живых организмах существует иерархия ритмов, при этом биологические часы отдельных клеток синхронизируются с суточными ритмами «ведущих клеток». В настоящее время основная задача ученых -- обнаружить клетки, управляющие ритмом всего организма [Доскин В.Н., Лаврентьева Н.Н., 1991].

Что же касается высших позвоночных животных и человека, то у них поиски центром управления биологическими часами продолжаются. В этом направлении сделано много. Так, американский ученый К.Рихтер еще в 1960г. высказал предположение о существовании у человека трех типов биологических часов: центральных, гомеостатических и периферических. Центральные часы расположены в таламусе, гипоталамусе, ретикулярной формации и в задней доле гипофиза. Гомеостатические часы имеют непосредственное отношение к гипоталамусу и связаны с различными железами внутренней секреции. Периферические часы находятся в разных тканях и независимы от центральных часов.

Согласно Рихтеру, центр управления биологическими часами у человека расположен не в коре головного мозга. Это обстоятельство он объясняет тем, что зависимость от коры мозга придавала бы суточным ритмам физиологических процессов все основные черты условных рефлексов. Действительно, влияние коры головного мозга на суточные ритмы человека ограничено. Даже при отсутствии обоих полушарий суточная периодичность различных физиологических процессов, в частности ритма сна и бодрствования, сохраняется. Поэтому центр управления биологическими часами человека, надо полагать, находится под полушариями. Биологические часы наиболее устойчивы к случайным изменениям во внешней среде, что важно для сохранения суточного режима. Кроме того, разделение функций между корой и нижележащими участками мозга имеет большое приспособительное значение, позволяющее освободить кору от управления множеством внутренних процессов и создать тем самым условия для приспособления организма к изменениям внешней среды.

Гипоталамус имеет непосредственное отношение к управлению суточным ритмом. В нем находятся центры, управляющие температурой тела, работой желез внутренней секреции, а также углеводным, водно-солевым и жировым обменом. Управление суточной периодичностью наиболее четко проявляется в деятельности температурного и водно-солевого центров. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования, проведенные на людях. Работа этих центров осуществляется так называемыми субцентрами с помощью различных способов. Так, например, температурный центр через дин из субцентров осуществляет регулирование температуры при помощи физических процессов, изменения интенсивности потоотделения и дыхания; просвет сосудов через другой субцентр -- путем химических процессов усиливает обмен веществ при понижении температуры крови.

С помощью гипоталамуса в организме человека регулируются ритмы многих процессов, например, ритм содержания эозинофилов и других клеток крови.

Гомеостатические часы связаны с работой гипоталамуса. Они управляют нервными центрами гипоталамуса через гипофиз, и в их деятельности наиболее полно представлен принцип обратной связи. Принцип работы соответствующих центров заключается в том, что возбуждение возникает в них в результате недостатка специальных веществ в крови, а торможение -- при их избытке. Возбуждение одного из центров гипоталамуса приводит к выработке нейросекрета, который заставляет клетки гипофиз вырабатывать гормоны. Под его влиянием кора надпочечников выделяет вещество, тормозящее деление клеток костного мозга.

Периферические часы позволяют длительное время сохранять положение фаз какого-либо физиологического ритма при нарушении нормального чередования света и темноты. Изменение фаз ритма в этом случае будут свидетельствовать о прямом или косвенном влиянии гипоталамуса на периферические часы.

В организме человека нет таких физиологических процессов, которые не зависели бы полностью от ЦНС и от общего состояния организма. В работе периферических часов время от времени могут участвовать и центральные часы, которые по нервным путям будут осуществлять регуляцию ритма из гипоталамуса. В этом случае может происходить изменение местоположения центра биологических часов человека. Оно непосредственно связано с системой регуляции, с механизмом работы и природой биологических часов.

Тот факт, что в другом часовом поясе ход биологических часов перенастраивается, свидетельствует об их условно-рефлекторной регуляции.

Заключение

За внешней хаотичностью окружающего нас мира скрыта удивительно высокая степень его организации, основой которой служит система космических ритмов, возбуждаемых упорядоченными изменениями гравитационного поля Вселенной. Ритмы - это и эпохи горообразования, и великие экспансии ледников на Земле, и смена ландшафтов, и пути эволюции человечества.

Люди, животные и растения живут в суточном ритме, то есть в ритме, задаваемом вращением Земли, восходами и заходами Солнца. Любое природное явление, происходящее на Земле, прямо или косвенно имеет своим первоисточником Солнце. Лунные приливы, падения метеоритов, ничтожный приток тепла из недр Земли да сейсмические явления- вот, пожалуй, и все, что совершается на Земле без участия Солнца. Его энергия- причина почти всех процессов, происходящих на Земле (в том числе существования жизни). Она приходит от Солнца главным образом в виде электромагнитного излучения (свет Солнца). Эту энергию можно измерить с помощью светочувствительных приборов и других приемников излучения. Среднее количество энергии, приходящей от Солнца во всех диапазонах электромагнитных волн за 1 сек. на площадку площадью 1 кв.м (сориентированную на Солнце), называется солнечной постоянной. Усредненная за большой промежуток времени, эта величина составляет S_o=1370 Дж/с·м². Зная, сколько энергии падает в секунду на площадку 1 м², можно оценить ту долю солнечной энергии, которую перехватывает вся Земля. Это огромная энергия- 1,8·10¹⁷ Дж/с, но в то же время она составляет ничтожную долю от полной энергии, испускаемой Солнцем в пространство: всего одну двухмиллиардную ее часть. Именно эта доля солнечной энергии создает все многообразие процессов в живой и неживой природе, которые составляют предмет изучения большинства наук о природе и человечестве.

Список литературы

1. Агаджанян Н.А., Шабатура Н.Н. Биоритмы, спорт, здоровье. - М.: Физкультура и спорт, 1989. - 208с.

2. Детари Л., Карцаш В. Биоритмы. -М.: Мир, 1984. - 160с.

3. Доскин В.А., Лаврентьева Н.А. Ритмы жизни. - М.: Медицина, 1991. - 176с.

4. Куприянович Л.И. Биологические ритмы и сон. - М.: Наука, 1976. - 66с.

5. Максимов Е. В. Ритмы на Земле и в Космосе.-СПб.: Изд. С.-Пб ун-та, 1995, С 323

6. Харабуга С.Г. Суточный ритм и работоспособность. - М.: Знание, 1976. - 144с.

7. Шапошникова В.И. Биоритмы -- часы здоровья. - М.: Советский спорт, 1991. - 68с.

8. Эмме А.М. Часы живой природы. - М.: Советская Россия, 1962. - 202с.