Магнитная буря в стакане воды

Принято считать, что магнитные бури — что-то очень вредное, подрывающее здоровье. Действительно, многие люди плохо себя чувствуют, когда по телевизору объявляют об очередной буре. У многих наблюдается ухудшение настроения, упадок сил, головная боль, нарушения сна, депрессия, скачки давления, некоторые чувствуют ломоту в суставах, возрастает уровень беспокойства и конфликтности. Есть ли под всем этим научное обоснование? Можно ли избавиться от плохого самочувствия во время магнитных бурь — особенно сильных, вроде той, что разразилась в воскресенье и понедельник. Обо всем этом «Ъ-Наука» спросила ученых, которые изучают магнитные бури.

Фото: Анатолий Жданов, Коммерсантъ

Сергей Васильевич Анисимов, доктор физико-математических наук, директор геофизической обсерватории Борок Института физики Земли РАН:

— Геомагнитные бури рассматриваются как неотъемлемый элемент космической погоды. Физический механизм планетарного возмущения геомагнитного поля определяется геоэффективным взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой Земли.

Изменение скорости и плотности солнечного ветра отражает активность солнечных областей, ответственных за выбросы потоков солнечных протонов. Совокупность крупномасштабных энергетических процессов, происходящих на Солнце, в межпланетном космическом пространстве и на орбите Земли определяет интенсивность, динамику и разнообразие поведения магнитного поля во время геомагнитных бурь.

За более чем 200-летнюю историю систематических инструментальных сухопутных магнитных наблюдений регистрируемые изменения напряженности магнитного поля на поверхности Земли во время магнитных бурь составили не более 1% от средней величины невозмущенного геомагнитного поля.

А какое по величине изменение напряженности электрического поля в приземном атмосферном слое следует ожидать во время геомагнитной бури? Сотрудники геофизической обсерватории Борок, используя базу данных многолетних аэроэлектрических и геомагнитных наблюдений, исследовали отклик планетарных геомагнитных возмущений в атмосферном электрическом поле средних широт. Результаты исследования опубликованы в специализированном научном издании.

За период 1998–2015 годов было выделено 19 сильных и очень сильных магнитных бурь, соответствующих невозмущенным метеоусловиям нижней атмосферы. По результатам статистической обработки обнаружен достоверный отклик сильных, очень сильных и гигантских геомагнитных бурь в атмосферном электрическом поле средних широт.

Результаты анализа позволяют утверждать: обнаружена статистически значимая вариация напряженности аэроэлектрического поля, характеризующаяся возрастанием электрического поля на временном интервале около восьми часов относительно времени минимума характерной вариации геомагнитной бури. Это свидетельствует о наличии статистически значимого отклика электрического поля приземной атмосферы средних широт на магнитные бури. Изменение атмосферного электрического поля составляет около 50 в/м, что соизмеримо, например, с вариацией от прохождения электрически активного предгрозового облака.

— Что это означает?

— Это означает, что мы получили достоверный ответ на фундаментальный научный вопрос о связи магнитных бурь и электрических процессов в нижней невозмущенной атмосфере, что само по себе очень важно для исследования механизмов солнечно-земных связей.

Полученные нами результаты достоверно показывают, что магнитные бури вносят определенный вклад в динамику электрического состояния приземной атмосферы. При этом величина вариации электрического поля, обусловленная геомагнитной бурей, сравнима с вариациями атмосферного электрического поля от погодных метеорологических процессов.

Таким образом, результаты проведенных нами исследований показывают, что магнитная буря — это абсолютно нормальное природное геофизическое явление.

Может ли, например, прохождение грозового облака как-то влиять на наше здоровье и самочувствие? Вряд ли.

— Такие взаимосвязи природных процессов, как я понимаю, существовали на всем протяжении истории земной биосферы. Можем ли мы сказать, что они нам необходимы?

— Да, как только возникла планета Земля и совокупность геосферных оболочек — магнитосфера, ионосфера, атмосфера, гидросфера и литосфера, явления, обусловленные солнечными процессами, стали происходить регулярно и периодически. Это естественные условия нашей жизни, в которых мы эволюционировали как вид, и если этого не будет, то для здорового организма скорее возникнут определенные проблемы, чем наоборот.

— Вы сказали для здорового организма. Как вы думаете, может быть, плохое самочувствие во время магнитных бурь — это не мнительность, а реальность, связанная с нарушением нашей адаптации?

— Зрите в корень. Что такое современный мегаполис? Это прежде всего среда обитания человека, которая сформировалась в недавнюю сотню лет. Для человечества это максимум четыре поколения, когда люди рождались и жили в этом новом конгломерате. Принципиальное отличие среды обитания — электромагнитное и аэрозольное загрязнение мегаполиса.

Практически я рассматриваю мегаполис как некий купол, изолированный от природных электрических токов, полей и аэроионов, заполненный искусственными электромагнитными шумами и различными аэрозолями разных размеров и концентраций. Это среда, отличная от природной. Я не противник благ цивилизации, но ситуация такова, что современный мегаполис — это новая сфера среды обитания.

Попасть в солнечный шторм

Хроника

Самые крупные магнитные бури, которые бушевали на Земле или угрожали обрушиться на планету.

13 мая 1921 года. Железнодорожный шторм

В этот день астрономы обнаружили на Солнце огромное пятно, его радиус достигал 150 тысяч километров. А спустя сутки разразилась геомагнитная буря, в результате которой была выведена из строя половина всей техники Центральной железной дороги Нью-Йорка. Кроме того, все Восточное побережье США осталось без связи.

23 мая 1967 года. Военная тревога

Это был период холодной войны. Мощная вспышка на Солнце и последовавшая за ней геомагнитная буря нарушили радиосвязь в США и вывели из строя их обзорные радиолокаторы. Командование Военно-воздушной обороны США было уверено, что все это «происки» СССР и уже готово было схватиться за ядерное оружие. Физики вовремя прояснили ситуацию.

13–26 апреля 1972 года. «Аполлон-16»

На Луне находился экипаж «Аполлона-16», когда на Солнце произошла сильнейшая вспышка. Во время такой солнечной активности перемещаться по космосу смертельно опасно, поскольку уровень радиации зашкаливает. В рамках этой миссии астронавты трижды выходили на поверхность Луны. Если бы эти выходы совпали с периодом магнитной бури, то астронавты получили бы дозу радиации в 300 бэр — это смертельная доза.

13 марта 1989 года. Буря года

Эта буря прогулялась по всем континентам. В результате был выведен из строя трансформатор на атомной станции в Салеме (Нью-Джерси, США). В Квебеке (Канада) повреждена высоковольтная линия электропередач, из-за чего около 6 млн человек в течение 9 часов оставались без электричества. В СССР была нарушена радиосвязь, зато жители Симферополя могли полюбоваться непривычным для их широт полярным сиянием.

14 июля 2000 года. Вспышка Дня Бастилии

Видимо, в честь национального праздника Франции на Солнце случилась мощнейшая вспышка, вызвавшая магнитную бурю, которой присвоили самую высокую степень мощности — пятую. Выброс был настолько сильным, что его засекли даже аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», находящиеся на краю Солнечной системы. Магнитная буря сопровождалась повреждением радиосвязи и повышенным уровнем радиации в районе полюсов.

28 октября 2003 года. Хэллоуинская вспышка

В этот день произошел буквально рекордный выброс солнечной энергии. Правда, сама буря прошла стороной и не достигла околоземной орбиты. Тем не менее серьезно пострадали средства связи — были повреждены спутники, нарушена мобильная и телефонная связь. А город Мальмё (Швеция) был обесточен в течение часа.

10 мая 2011 года. Комета-самоубийца

Огромная комета буквально врезалась в Солнце на бешеной скорости. В результате произошел мощный взрыв, который сопровождался колоссальным выбросом солнечной энергии. Правда, Земле в этот раз повезло — основной удар прошел мимо нее, иначе бы серьезных повреждений не избежать. А так в течение еще нескольких недель астрофизики пристально наблюдали за «поведением» Солнца, ожидая появление и солнечного ветра, и других комет, которые составляли большое «семейство» с той, что протаранила Солнце.

6 сентября 2017 года. Максимальный балл

В этот день зафиксирована самая мощная вспышка за последние 12 лет, которой был присвоен максимальный балл — Х9,3. Буква Х означает, что вспышка относится к экстремально большим вспышкам, цифры оценивают ее мощность. В этот же день корональные выбросы достигли Земли, что привело к некоторым перебоям со связью. Была высокая вероятность, что геостационарные спутники, удаленные от Земли на десятки тысяч километров, могут столкнуться с облаком солнечной плазмы. Но в итоге все обошлось.

Однако на эволюционном масштабе времени мы не можем достоверно утверждать о влиянии мегаполиса на здоровье человека. Каких-либо объективных научных исследований нет и быть не может — слишком мало времени мы живем в этих искусственных условиях. Но полагаю, такое влияние вполне возможно.

Конечно, некий защитный барьер у нас есть, но он истощается, поэтому мы можем предполагать, что сниженное общее самочувствие, утомляемость, нарушения сна для людей, живущих в мегаполисе, неизбежны.

Нарушаются природные циклы. Если раньше Солнце определяло ритм жизни, то сейчас в сфере мегаполиса это зачастую не так. Все это может влиять и на переносимость магнитных бурь.

— Изменились ли мы биологически, или постоянно ломаем свою природу, живя в мегаполисах по своим ритмам?

— Вряд ли мы могли измениться биологически за столь короткое время. Возможно, в чем-то мы меняемся, но хорошо ли это? Похоже, это некая неизбежность, в которой мы живем, и наша задача — минимизировать возможный риск для здоровья, который может наносить мегаполис с его шумами, аэрозолями и электромагнитными полями.

Вячеслав Владимирович Крылов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией популяционной биологии и генетики Института биологии внутренних вод РАН:

— Мы проводим оригинальные эксперименты по влиянию электромагнитного поля на живые организмы и в том числе смотрим, как они чувствуют себя в условиях искусственно воспроизведенных магнитных бурь.

— Какие организмы вы используете в своих экспериментах?

— Мы используем гидробионтов — рыб, ракообразных (дафний) и моллюсков, оценивая их плодовитость, темпы роста, продолжительность жизни и так далее. Мы работаем в узком диапазоне низких частот, моделируя то, что можно встретить в естественной среде, это геомагнитные бури и пульсации. Мы берем запись геофизического события, сделанную в обсерватории, переводим ее в цифровую форму и воспроизводим с помощью нашей системы.

— Что представляет собой ваша система?

— Аналогов ей нет. Мы разработали и собрали ее вместе со специалистами геофизической обсерватории Борок. Вообще без вклада наших коллег-геофизиков ничего бы не состоялось. Идея исследования зародилась на биофизических конференциях, которые проходили в Пущино и в Санкт-Петербурге. В то время в воздухе витала идея, что геомагнитные пульсации определенного типа могут оказывать воздействие на живой организм, а проверить это было очень сложно технически, поскольку не было подходящих систем. И мы загорелись идеей такую систему создать.

Важная ее особенность состоит в том, что она должна обладать обратной связью. Когда идет эксперимент, может случиться что угодно — локальное изменение магнитного окружения, геомагнитная буря и так далее, и в этот момент надо их отсечь. Достигаться это может двумя способами — полным экранированием поля или активной компенсацией. Мы выбрали второй вариант. Наша установка представляет собой комбинацию контрольного датчика, отслеживающего ситуацию с геомагнитным полем, систему согласования этих сигналов, фактически компьютер и систему обмотки колец, куда подается напряжение с компьютера.

Кольца деревянные, поскольку этот материал не дает помех. Мы подаем на них сигнал, имитирующий геомагнитную бурю, и пульсации, а все внешние возмущения устраняем. Если снаружи произойдет какое-то низкочастотное возмущение, оно будет зарегистрировано датчиком, и на кольца будет подано противополе той же силы, которое по принципу суперпозиции сгладит это возмущение внутри системы в ровную линию.

Таким образом, мы моделируем внутри окруженного кольцами аквариума те процессы, которые происходят в природе. Геофизики подобрали нам запись типичной магнитной бури, и мы ее, одну и ту же, воспроизводили в различных экспериментах, чтобы набрать статистику.

— Какую же статистику вы набрали?

— В наших экспериментах мы не нашли значимого эффекта влияния исследованных геомагнитных пульсаций на живые организмы. По сравнению с сильными факторами окружающей среды, такими как температура или давление, это влияние не столь значимо для биологических объектов.

При этом мы получили очень интересный и совершенно неожиданный результат.

Согласно нашим наблюдениям, влияние оказывают очень медленные, но существенные изменения, связанные с главной фазой бури, которые сопоставимы по продолжительности с суточной вариацией геомагнитного поля. Эта вариация связана с изменениями освещенности ионосферы Солнцем в течение суток.

Получается, что ежесуточно на магнитограмме мы видим изменяющуюся картинку, чем-то похожую на электрокардиограмму.

— Земля, как живой организм, выдает ЭКГ?

— Образно выражаясь, да, и наблюдаемые нами биологические эффекты имитации геомагнитной бури были вызваны магнитными флуктуациями, похожими на усиленные в несколько раз суточные колебания, которые произошли в несвойственное для них время. Можно предположить, что бури воспринимаются организмом как нарушение ритма суточной геомагнитной вариации, которая, в свою очередь, является вторичным водителем циркадных ритмов. Иначе говоря, это может быть похоже на эффект джетлага, когда нарушаются наши гормональные ритмы и режим активности.

— Может ли это сказываться на нашем самочувствии?

— Да, может. Вероятно, мы можем ощущать геомагнитную бурю, как тот же джетлаг, будто бы не выспались, даже если спали всю ночь, разбитость, утомляемость и так далее.

— Когда происходит джетлаг, нам рекомендуют принимать таблетки с мелатонином и включать свет. Может быть, и в этом случае так поступать?

— Вполне возможно, это тоже поможет, как и снижение физической нагрузки, хотя мы не медицинская организация и никаких советов относительно здоровья человека давать не можем. Важно также понимать, что чувствительность к этому фактору у всех разная. Пока мы молоды и здоровы, функциональное состояние нашего организма позволяет вообще не чувствовать перемен. С возрастом чувствительность может повышаться, но тоже не у всех.

Кроме того, даже один и тот же организм может ощущать магнитную бурю по-разному в разные моменты своей жизни. Ведь на нас воздействует множество факторов. А учитывая все сказанное, несложно понять, что эффекты бурь могут зависеть от согласованности с суточной геомагнитной вариацией, то есть, проще говоря, от времени суток. Если, например, главная фаза придется на утренние часы, то есть на время ожидаемого организмом пика суточной магнитной кардиограммы, то такая буря должна быть незаметна для организма.

Но вообще в этой области столько домыслов и спекуляций, что даже человек, не чувствительный к колебаниям геомагнитного поля, может ощутить неприятные симптомы, решив, что он магниточувствителен. Это эффект антиплацебо.

Однако это еще не все. Высказано предположение, что в тех местах, где солнца мало, суточные вариации геомагнитного поля играют весьма существенную роль, дополняя сбитые с толку системы циркадных ритмов. По сути, они помогают организму правильно настроить эти системы. Это может быть существенно также для организмов, живущих под землей, глубоко под водой, пещерных видов и так далее. Сейчас мы начинаем цикл работ, где будем исследовать организмы, живущие не на поверхности Земли.

— А если наоборот — длинный световой день, полярная ночь?

— Скорее всего, в этом случае ежесуточные геомагнитные изменения тоже могут выступать в роли внешнего водителя циркадных ритмов.

— Постоянное отсутствие солнечного света и, соответственно, эффекты джетлага ощущают космонавты. Может быть, есть смысл создать на борту космической станции соответствующую геомагнитную обстановку, чтобы улучшить их состояние?

— Там проблема не только в циркадных ритмах, но и в высоких энергиях и полях, несравнимых с земными. Воссоздание условий, поддерживающих ритмичность функций организма, очень важно, но этого намного проще добиться режимом освещения, который является первичным водителем циркадных ритмов. Это, кстати, касается и тех, кто работает сутками и по ночам.