Одним з найважливіших об'єктів геоекології, нового фундаментального напрямку наук про Землю, є геофізична середовище. У даній публікації основну увагу приділено дослідженню характеру обуреної складової і детальному аналізу структури короткоперіодичних коливань варіацій магнітного поля високих широт на прикладі Південно-Східного Беломорья.
У публікаціях, присвячених дослідженню варіацій магнітного поля, в основному аналізуються добові і півдобові ритми коливань, причому як явища-індикатори будови земної кори, напружено-деформованого стану, землетрусів, а не як клас явищ, що впливають на здоров'я людини. Дані авторів свідчать про наявність численних високочастотних періодів у структурі магнітоваріаціонних спектрів, ігнорування яких не тільки збіднює результати досліджень, а й призводить до недоучету їх впливу на навколишнє середовище, в тому числі і на фізіологічні процеси, що протікають в організмі людини.
Усі життєві процеси значною мірою визначаються сонячною активністю: корпускулярними потоками заряджених часток, які, втручаючись в навколоземний простір, викликають магнітні бурі й варіації магнітного поля різних періодів. Загальновідомо, що матерія - це атоми і мікрочастинки і це - вічний рух (орбітальний і власне). Магнітне поле - індикатор руху (або аттрактор?) Адже магнетону Бора та спін-моментом характеризуються всі фізичні тіла. Вивчаючи варіації магнітного поля, ми як би заповнюємо "медичну карту" екологічного стану матеріального середовища існування, в т.ч. і людини.
Обурені варіації в силу свого безладного характеру з безперервно змінюються періодами, амплітудами і фазами особливо впливають на життєві процеси навколишнього середовища. Прогнозована аномальне підвищення рівня сонячної активності у 25-му циклі настав століття (2024 р.) викликає природне занепокоєння і визначає актуальність даних досліджень з метою виділення з ряду спостережених варіацій магнітного поля всього об'єктивного спектру обурених коливань, характерних найбільш аномальним тимчасовим інтервалам досліджуваного району.
Найбільший інтерес у авторів при дослідженнях спектру коливань викликали короткоперіодних, регулярні квазисинусоидального та нерегулярні пульсації. Вони піддавалися більш детального аналізу, враховуючи те, що біоритми людського організму частково лежать в тому ж частотному діапазоні, а отже, можна припускати резонансну реакцію впливів, коли слабке зміна зовнішнього поля може зумовити підвищену реакцію людського організму (так званий сильний відгук на слабкий вплив) .
Проведене вивчення індивідуальної магнітної чутливості у практично здорових мешканців м. Архангельська показало, що найбільш часто (70%) зустрічається середній рівень магніточутливості; низький і високий значно рідше - 14 і 16% відповідно. Таким чином, навіть серед групи практично здорового населення у 16% спостерігається висока динаміка короткочасної перебудови вегетативно-гуморальної та серцево-судинної систем при зміні геомагнітного поля. У зв'язку з вищевикладеним стає очевидним необхідність проведення досліджень як структури короткоперіодних коливань, так і реакції населення на вплив останніх і розробка наукових основ кліматотерапії та інших форм геліометеотропних реакцій.
У процес дослідження обуреної частини варіацій магнітного поля були включені: діаграмні аналіз світлового інтервалу доби по днях в межах місяця з метою якісної оцінки всіх присутніх періодів коливань; амплітудно-частотний аналіз досліджуваних часових рядів з метою виділення повного спектру коливань; спектрально-часової (СВАН) аналіз високочастотного інтервалу з метою виявлення короткоперіодичних коливань - у діапазоні до 180 с, збігаються з періодами власних коливальних рухів внутрішніх органів людини.
Вивчення варіацій Південно-Східного Беломорья базувалося на матеріалах високоточних магнітних вимірювань з використанням приладів ММП-203М-1, точністю 0,1 і 1,0 нТл. Використовувалися виміри через 15, 20, 30 с. Загальна кількість календарних років включених в аналіз - 14 (з 1979 по 1990, 1992, 1995, 1999 рр..); Повних місяців - 65; сумарний час спостережень - 10740 ч. У результаті виявлений максимально повний спектр коливань, що характеризує обурені варіації змінного магнітного поля регіону. Складено узагальнений "магнітний портрет" середньостатистичного року з амплітудно-частотними характеристиками кожного місяця (див. таблицю).
Виявлений образ (spectrum) характеризується стійкими низько-, середньо-і високочастотними коливаннями залежно від періоду і іррегулярними пульсаціями - МБ, СВ, ОСВ, і НВ.
МБ - магнітні бурі тривалістю від декількох годин до 2-3 діб., Коливання квазисинусоидального і неправильної форми з затухаючої амплітудою, бухтообразние серії імпульсів різних по фазі і амплітуді. Максимальні значення амплітуд у подібні дні припадають на 15-16 год, збільшення яких досягають 100-200 нТл за 30 хв, в окремі дні до 300 нТл за 10-15 хв. Виявлено прогнозний ознака початку магнітних бурь: за 10-12 год до початку різких збурень з'являються регулярні четирехмінутнікі з амплітудою до 30 нТл; через 2-3 год до них приєднуються коливання до 160-200 нТл за 6 хв; далі частота їх збільшується, характер сигналу ускладнюється і переходить в так звану "бурю" - короткочасні, найбільш інтесивніше зміни магнітного поля безладного характеру з безперервно змінюються періодами, амплітудами і фазами.
СВ - середні обурення, коливання пікоподібне форми, одиночні до 200-400 нТл тривалістю до 60-70 хв і неправильні флуктуації, наступні один за одним з змінюють амплітудами до 80 нТл за 20 с.
ОСО - відносно спокійні обурення, коливання пилкоподібної форми, дрібні від 4 до 30 нТл за 30 с до 13 хв і 20-60 нТл за 30 хв.
НВ - нічні обурення, коливання бухтообразной форми і неправильні флуктуації мінімумів і максимумів з амплітудою до перших сотень нТл за 3-4 год, ускладнені одиночними імпульсами до 20 нТл за 4-8 до 15 хв.
Коливання з періодом до 10 хв характерні для всього року, виключаючи найспокійніші місяці: липень, має стабільно-спокійний характер коливань (за шість років - жодного аномального дня) і січень з рівномірно-фоновим ритмом флуктуацій, і час білих ночей з характерним зниженням регіонального рівня на кілька сотень нТл. Щодо спокійний вересень (за 6 років 1-2 аномальних дня); серпень, як правило, стабільно спокійний. Низькочастотна складова варіацій червня має найбільш витриманий ритм, стабільний з 8 до 21 год з характерним зростанням рівня на 100 нТл до 15 год Аналогічна квітнева гармоніка витримує спокійний ритм коливань, як правило, протягом 2 / 3 міс. У березні характерні різкі обурення два перші тижні і в останні дні місяця, в лютому - хвилеподібні обурення через 3,5 діб. Травневі дні нестабільні, мають плавнолінейние форми коливань, 4-5 днів аномальних, для них характерно нічний різке підвищення загального рівня магнітного поля. У листопаді спостерігається близько 10% різковираженим аномальних днів. Грудень - слабо аномальний місяць з одиничними аномальними днями. Найбільш яскраво виражене аномальне час - жовтень. Щомісяця спостерігається більше 50% яскраво виражені зміни магнітного поля: низькочастотні складові представлені часовими гармоніками з амплітудою до 180 нТл; короткоперіодичні коливання в основному з періодами до 15-30 хв високоамплітудні (200-300 нТл) і низькоамплітудні (8-10 нТл); з загальної маси жовтневих коливань виділяється густа мережа високочастотних пульсацій з періодами до 3 хв і амплітудами до 30 нТл. Саме цей часовий інтервал (жовтень) в першу чергу став об'єктом детального дослідження авторів з метою виділення докладного спектру коливань, в т.ч. і короткоперіодних. Аналізувався передостанній рік 22-го циклу сонячної активності - жовтень 1995 р. У аналіз включені 17 тимчасових рядів, в середньому по 1580 вимірів, через 20 з світлого інтервалу доби - з 8 до 17 год (період максимальної інтенсивності життєвих процесів навколишнього середовища і людини) .
У результаті аналізу часових рядів з урахуванням регіонального рівня 53200 нТл і знятого квадратичного тренду (рис. 1) отримана якісна оцінка всіх присутніх періодів по ритмам з п'ятихвилинною кратністю. Виявлено максимальну присутність ритмів 40, 20, і 5 (> 20%) з періодами 39, 42, 18, 21, 6 мін (тут і нижче по тексту перераховані в порядку спадання амплітуди), середнє - 45, 70, 10 (<20 %) з періодами 45, 69, 72, 12 мін та великий набір одиничних проявів: високоамплітудні (до 30 нТл) - 30, 75, 80, 190 і низькоамплітудні (до 5 нТл) - 100, 115, 35, 15, 130 хв (рис. 2).
На СВАН-діаграмах проглядається аналогічна ритміка приблизно з тими ж домінуючими періодами. Повторно проявилися ритми: 45, 30, 20, 190, 10, 35, 15 з періодами 45, 46, 30, 31, 18, 20, 22, 188, 11, 12, 36, 13, 14, 15, 16 мін та виділені нові: 180, 90, 60, 25 з періодами 180, 90, 91, 92, 60, 61, 26, 23 хв. У той же час видно, що ступінь простежуваності у різних частотних складових різна. В області періодів від 180 до 60 хв є значна інтерференція між сусідніми коливаннями (рис. 3); середньочастотні коливання з періодом від 60 до 10 хв нестійкі і нечисленний (рис. 4). Високочастотна гармоніка представлена детальним поруч коливань, характерних для початку (рис. 5, а), середини (рис. 5, б) і кінця (рис. 5, в) місяця. Складові з періодом 145 і 170 з присутні на початку і наприкінці місяця, а з періодом 198 і 199 с - в середині та наприкінці місяця. Останній тиждень жовтня яскраво виявила густу мережу коливань (рис. 5, в), періоди яких (98, 105, 124, 131, 145, 167 с) максимально збігаються з періодами скорочення і розслаблення гладкої м'язи внутрішніх органів людини (до 180 с). Така щільність складових у спектрі, безумовно, повинна і "забезпечити" максимальну ймовірність резонансної реакції впливів, і позначиться на загальному стані людини. Так, при близькості частот скорочення м'яза серця і магнітних збурень виникає резонансне зростання вихрових рухів, що фактично може призвести до катастрофічного порушення кровообігу, причому резонансна частота залежить і від стану стінок кровоносних судин і згортання здатності крові, яка також змінюється у період магнітних бур. На чому грунтується дане твердження?
Життєдіяльність будь-якого організму супроводжується протіканням всередині нього слабких електричних струмів - біострумів. Магнітне поле людського організму, це сума двох складових: власного магнітного поля, порушеної біотоками окремих органів (серце, мозок і ін), і наведеного магнітного поля, порушеної рухом струмопровідної рідини (електроліту), яким є кров. Наведені зовнішнім магнітним полем біоструми, у свою чергу, породжують вторинне магнітне поле, що характеризує конкретного суб'єкта. Вплив магнітного поля відбувається двояким чином: прямим впливом на кровоносну систему і помеховой індуктивним дією на нервову систему (висока електрична провідність крові; електрична активність м'язових і нервових клітин). Ступінь впливу (крім співвідношення між розмірами тіла і довжиною хвилі) залежить від орієнтації тіла відносно падаючої геомагнітної хвилі і місця знаходження суб'єкта, що може у багато разів змінити електромагнітне поглинання.
До останнього часу виділення тектонічних порушень проводилося, в основному, з метою оцінки можливих шляхів вертикальної міграції забруднюючих речовин і виникнення сучасних рухів земної кори в районах великих інженерних споруд. Такий підхід знайшов своє досить детальне відображення в ряді інструктивних і методичних документів. При цьому не враховується матеріальний і енергетичний аспекти, притаманні тектонічним дислокациям.
Дослідження останніх років показали, що з тектонічними порушеннями пов'язаний цілий ряд серйозних екологічних факторів, що виникають як під дією антропогенного навантаження, так і мають суто природне походження: вертикальна міграція флюїдів, глибинна дегазація, порушення надійних флюїдоупор і т.п.
Найменш вивченими є "енергетичні" властивості тектонічних порушень, які є областями розрядки напружень на великих глибинах в земній корі. Індикаторами розломів в геофізичних полях є, як відомо, зміни (іноді значні) електромагнітного поля і поля сили тяжіння. Зазвичай неотектонічні рухи платформних територій характеризуються пульсуючим режимом із змінами напрямку і амплітуди переміщення, супроводжуються варіаціями електромагнітного поля вздовж дислокації.
Інакше йде справа з вузлами перетину тектонічних дислокацій, які є лише зовнішніми ознаками тих тектонічних структур, індикаторами яких вони є. Вузли презентують собою складно побудовані як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах об'ємні тіла, що простягаються на значні глибини. Причому глибинність структур збільшується за рахунок прихованих систем порушень, багато з яких досягають поверхні фундаменту або Мохо. Чималу роль тут грає така властивість розломів, як фрактальність. Зі збільшенням числа пересічних тектонічних зон (як виражених у верхніх частинах земної кори, так і прихованих систем порушень) ступінь роздробленості, проникності і глубинности тектонічного вузла зростає. У цьому випадку виникає вертикальна високопроніцаемие область, яка забезпечує коро-мантийное взаємодія і постійний приплив флюїдів і глибинних газів, тобто виникає постійний глибинний стовбурових канал підвищеного тепломасообміну за рахунок взаємодії дінамопар глибинних дислокацій, який нерідко супроводжується підвищеною сейсмічністю. При цьому вузли перетину тектонічних порушень, маючи складну структуру поля провідності, можуть бути джерелами наведених вихрових струмів, що змінюють загальну картину геомагнітного поля (свого роду електричні диполі). Питання це особливо актуальне для районів Крайньої Півночі, тому що тут існує ряд факторів, що підсилюють цей ефект: близькість магнітного полюса Землі (наявність спрямованого потоку заряджених частинок); близькість полюса обертання Землі, що обумовлює зв'язок варіацій геомагнітного поля і землетрусів із змінами швидкості обертання Землі (ефект D-хвиль); підвищена дисперсія варіацій геомагнітного поля ; приналежність окраїнно-планетарної зоні, яка характеризується підвищеною блокової делимостью земної кори і наявністю обертального моменту блоків при перерозподіл межплітних деформацій.
Враховуючи вищевикладене та поклавши в основу встановлений факт про здатність вертикальних геологічних структур глибинного закладення, зокрема вузлів перетину однорангових тектонічних порушень, різко посилювати амплітудно-частотні характеристики короткоперіодичних коливань у момент магнітних бур (ефект природного диполя, електромагнітне дипольне випромінювання), складена схема розміщення геопроводящіх зон, що формують особливі умови для розвитку навколишнього середовища, у тому числі й захворювань серцево-судинної системи та їх загострень (інфаркт міокарда, інсульт, гіпертонічний криз і т.д.), небезпечних для людей, схильних до сприйняття подібного роду пресингу (рис. 6). Авторське визначення "геопроводящая зона" очевидно вимагає більш докладного пояснення, яке наводиться нижче.
В даний час помітно посилилася увага до проблеми вивчення геопатогенних зон (ГПЗ), що роблять негативний вплив на здоров'я і життєдіяльність людей і тварин. Термін цей на справжній момент не має однозначного визначення. Зазвичай під ГПЗ розуміються ділянки земної поверхні, що фіксуються як на відкритій місцевості, так і всередині будинків і споруд, тривале перебування в яких створює біологічний дискомфорт і нерідко викликає погіршення здоров'я і навіть загибель людей.
Таке ставлення до ГПЗ цілком обгрунтовано. Однак слід розширити це поняття: по-перше, необхідно враховувати вплив ГПЗ не тільки на людину або людська спільнота, а й на всі елементи біосфери і на неї в цілому, по-друге, звернути увагу не тільки на негативне, але й на позитивний вплив таких зон, а такі факти відомі. Тому доцільно розуміти під ГПЗ частина території, що надає відчутний вплив на біосферу, в тому числі на здоров'я і життєдіяльність людини. У цьому випадку (відсутність "універсальності" патогенного впливу) сама назва ГПЗ не є достатньо коректним, тому деякі дослідники пропонують поділяти ці зони на геопатогенні та геовітальние, або геовітагенние. На наш погляд, такий розподіл збіднює і різко звужує проблему, тому що ми маємо справу зі складнопобудованих, самоорганизующимися системами, яким властива просторово-часова мінливість (особливо в режимі "вплив-відгук"), тобто одна і та ж структура може мати риси як "патогенності", так і "вітальності".
У рамках геекологіі вся сукупність подібних зон по геологічної традиції часто іменується аномальними екологічними зонами. У принципі це більш точне (по суті), але в той же час і більш широке назва, що об'єднує явища різні в генетичному відношенні. Тим не менш, ця назва цілком могло б стати прийнятним, оскільки подібні ділянки земної поверхні можна розглядати як деякі аномалії з наступним більш дробовим поділом. З точки зору методології орієнтування на аномалії робить необхідним вичленення об'єкта з навколишнього середовища за допомогою аналітичних процедур. Такий елементарістскій підхід отримав вираз як "ідеологія ізольованою аномалії" (термін В. М. Страхова). При цьому процедура виділення аномалій (явно виражених спотворень поля) повинна базуватися на знанні законів структуризації аналізованого поля. Оскільки аномалії немає без норми, необхідно чітко уявляти, яка ця норма. Однак на детальних рівнях інформації частота поширення зон у просторі і мобільність їх зміни в часі робить ці зони не настільки аномальними, а скоріше звичайними умовами еволюції біосфери і людини.
Перш за все необхідно уточнити, що представляють собою ГПЗ у генетичному, морфологічних та морфометричних відношенні і який механізм їх дії на біосферу? За генетичному типу їх іноді поділяють на три категорії: природні (природні), природно-техногенні та техногенні. Нам здається більш коректним відносити до цих зон лише першу категорію, тому що дві останні є свого роду "новоутворення" - результатами антропогенної діяльності і розвиваються за іншими законами (в першу чергу, тимчасовим).
Тому нами розглядалася лише перша категорія, причому в першу чергу лише ті зони, які генетично пов'язані з геодинамічної структурою земної кори і його найважливішими елементами - розломних зонами, під якими розуміються найбільш мобільні, енергоємні і самі ослаблені частини земної кори. Саме з цими геодінамичних зонами пов'язаний основний перенесення тепло-, масо-і енергопотоків у надрах Землі.
Геомеханіки і тектонофізіки, вивчають характер напружено-деформованого стану земної кори під впливом тектонічних та техногенних навантажень, прийшли до висновку, що складна блокова подільність верхньої частини літосфери - результат розподілу діссіпірованной механічної енергії, у зв'язку з чим самі зони порушення та їх структури отримали назву дисипативних , тобто з енергетичних позицій всі ці геодинамічні зони є провідниками енергії з земних надр і надходження її з космосу. З цих позицій нам видається більш коректним іменувати ці структури геопроводящімі зонами, не змінюючи при цьому склалася абревіатури - ГПЗ.
Геопроводящіе зони виділялися наступним чином: на картографічній основі магнітометрії, гравіметрії, геоморфології (рельєф) і дешифрування космознімків (виявлення систем лінеаментів за двома напрямками) фіксувалося максимальну кількість лінійних елементів; визначалися всі вузли перетинань і оцифровується, виключався інтервал 0-1 (до 2) , виконувалась отрісовка ізоліній. У результаті була побудована схема вузлів перетинань багатофакторних лінеаментів, певною мірою відбиває глибину і роздробленість вертикальної геологічної товщі.
Проведений нами аналіз показав, що відзначені іншими дослідниками факти, зокрема дихотомія деревних форм (кожна п'ята або десята ялина має від двох до восьми вершин), знаходять своє відображення у просторовій приуроченості до геопроводящім зонам (див. рис. 6).
Таке ж просторове збіг відзначається і для сумно відомих місць масової загибелі морських зірок у Двинськом і Онезькім затоках (див. рис. 6) і риб у Лекшмозере. Ці явища досі не знайшли свого переконливого пояснення. Не претендуючи на пояснення цього феномена у всій його повноті, тому що це питання потребує додаткового детального вивчення, можна припустити існування кількох чинників, що спровокували цей процес: різке аномальна зміна параметрів електромагнітного поля у вузлах перетинання розломів; забруднення донного шару токсинами і важкими металами, властивими породам цього регіону. Остання обставина може бути пояснено або втратою фрикційних властивостей порід під дією хвилі землетрусу, або зміною складу (іонної міграцією елементів) підземних вод під дією вторинних наведених струмів у вузлах розломів.
Вирішення цих питань має величезне значення для екологічних досліджений, тому що дозволяє не тільки вирішувати "класичний" питання про зв'язок електромагнітних хвиль із землетрусами, але і виділяти ділянки біологічного дискомфорту і зон корозійно-електролітичної небезпеки. При дослідженні північних територій Росії ці явища набувають особливо важливе значення для здоров'я населення, розміщення шляхо-і нафтопроводів, інженерних споруд (в т.ч. і міських агломерацій), освоєння родовищ мінеральної сировини.
З.Б. Чистова, Ю.Г. Кутін, Т.Б. Афанасова
Інститут екологічних проблем Півночі УрВ РАН