Оценка природно-климатических факторов (магнитного поля Земли) на выбранных территориях. Сообщение 1

Введение. Международное сообщество признает, что изменение климата Земли и его неблагоприятные последствия являются предметом общей озабоченности человечества¹. Для решения проблем, связанных с изменением климата, Российская Федерация ратифицировала Рамочную конвенцию Организации Объединенных Наций об изменении климата², Киотский протокол³ и Парижское соглашение⁴. По данным Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, на территории Российской Федерации ежегодно отмечается порядка 1 тыс. опасных гидрометеорологических явлений. При этом, несмотря на высокий уровень прогнозирования, от 35 до 45 % таких явлений наносят значительный ущерб жизнедеятельности населения. За последние 10–20 лет количество опасных явлений и связанный с ними ущерб существенно увеличились [1–9]. Следует отметить, что климатические условия на территории Российской Федерации изменяются примерно в 2,5 раза интенсивнее, чем в среднем на планете, среднегодовые температуры растут во всех физико-географических регионах и федеральных округах. Наибольшая скорость роста среднегодовой температуры отмечается на побережье Северного Ледовитого океана. Воздействие изменения климата носит комплексный характер и создает значительные риски для здоровья населения. В настоящее время отсутствуют рекомендации, направленные на минимизацию негативного влияния климатических условий проживания на состояние здоровья населения [10–12]. В целях предупреждения этих рисков на государственном уровне были разработаны и утверждены ряд регулирующих документов по адаптации к изменениям климата ^{5 6 7 8} [13]. По этой причине научное обоснование учета климатических факторов при проведении социально-гигиенического мониторинга чрезвычайно важно.

Цель исследования: сравнительная оценка лабораторно-инструментального и расчетного методов оценки магнитного поля Земли на выбранных территориях для дальнейшего выявления приоритетных природно-климатических факторов, разработки мер по адаптации населения к изменениям климата по отдельным регионам, учитываемых при проведении социально-гигиенического мониторинга.

Объем и методы исследования. Лабораторноинструментальные измерения напряженности магнитного поля Земли проведены на территориях Московской, Воронежской, Ростовской областей, в Краснодарском крае, в августе 2020 года. Общее количество проведенных измерений не менее 15 в каждой точке.

Исследования на выбранных территориях выполнены в соответствии с существующим утвержденным стандартом⁹. Для характеристики геомагнитной обстановки используют X, Y и Z компоненты вектора напряженности магнитного поля Земли, а также индексы геомагнитной активности, характеризующие вариации магнитного поля Земли. В данной работе произведена оценка степени напряженности магнитного поля Земли с помощью прибора МТМ-01 (магнитометра трехкомпонентного малогабаритного). Измерительный преобразователь магнитного поля Земли выполнен на базе магниторезистивных датчиков, которые одновременно обеспечивают измерение ортогональных составляющих магнитного поля в контрольной точке и модуля вектора напряженности, при этом показания магнитометра не зависят от ориентации измерительного преобразователя в пространстве. Оценка напряженности модуля вектора геомагнитного поля проводилась в направлении магнитного меридиана Север-Юг в конкретной точке открытого пространства на высоте 1,5–1,7 м от земной поверхности. Оценка напряженности магнитного поля выполнялась на незастроенных территориях на открытом пространстве. Рядом с местом измерений отсутствовали здания, строения, металлические подземные коммуникации. Измерения проводились в каждой выбранной точке на поверхности Земли, с шагом не менее 10 м в направлении от севера к центру и от центра к югу. Затем определялись среднеарифметические значения результатов измерений в каждой точке. Исследования проводились в следующих точках:

• точка № 1 – Московская область, городской округ Химки, Химкинский лес, географические координаты: 55.936438 с.ш., 37.452482 в.д.;
• точка № 2 – Воронежская область, Лискинский район, 50.905303 с.ш., 39.549323 в.д.;
• точка № 3 – Ростовская область, Большелогское сельское поселение, 47.327772 с.ш, 39.861065 в.д.;
• точка № 4 – Краснодарский край, городской округ Анапа, 44.932269 с.ш., 37.352101 в.д.

Результаты исследования и их обсуждение. Гелиогеофизические параметры планеты Земля во многом определяют физиологические свойства живых организмов, геомагнитные возмущения увеличиваются с возрастанием широты местности. Территории для исследования выбраны с учетом изменения широты местности (с севера на юг), оказывающей приоритетную значимость в формировании природно-климатических условий данных регионов.

По современным представлениям магнитное поле Земли в любой точке земной поверхности и в околоземном пространстве можно представить в виде трех составляющих: главного (нормального) поля – диполя, полей вариаций и магнитных аномалий.

Главное магнитное поле, простирающееся на несколько радиусов Земли, защищает нас от влияния потока протонов и электронов, идущих от солнечных вспышек, а также от галактических лучей, приходящих из далекого космоса.

Источники главного магнитного поля находятся в земном ядре. Вклад главного поля в магнитное для большинства районов Земли является определяющим и варьируется от 80 до 98 %. Потоки космического излучения, возмущая ионосферу и магнитосферу Земли, «доносят» вариации магнитного поля до поверхности Земли. Вклад поля вариаций в общее магнитное поле Земли может достигать 5–10 %. По нашему мнению и литературным данным, наибольшее влияние на здоровье человека оказывает магнитное поле Земли, меняющееся под действием солнечной активности; этот факт определяет выбор данного параметра как индикаторного в настоящей работе [14, 15].

Для оценки степени изменения магнитного поля Земли в светлое время суток (начиная с 12 часов дня по московскому времени) и темное время суток (начиная с 00 часов ночи по московскому времени) были проведены инструментальные исследования на территории Воронежской области в точке № 2. Полученные лабораторно-инструментальные исследования показали отсутствие значимого различия в показаниях прибора в светлое и темное время суток на территории Воронежской области, на территориях Московской, Ростовской областей и Краснодарского края исследования в темное время суток не проводились ^{10 11}.

По всей видимости, отсутствие разницы значений между измеренными значениями днем и ночью связаны с основной погрешностью прибора МТМ-01, которая по паспорту составляет ± 10 %.

Необходимо отметить, что значительные изменения магнитного поля, происходящие, в первую очередь во время интенсивных солнечных вспышек, провоцируют на Земле магнитные бури, относящиеся к категории опасных гелиогеофизических явлений. Магнитные бури по интенсивности развития, продолжительности или моменту возникновения могут представлять серьезную угрозу здоровью населения [16–18].

Исследования показали, что главное поле изменяется со временем, для него характерно наличие вековых вариаций. В последнее время эти изменения сильно ускорились [19]. Нами была предпринята попытка оценки магнитного поля Земли на территориях РФ с учетом влияния природно-климатических условий, определенных широтой местности и ресурсами светового климата. Исследования проведены в четырех точках для территорий РФ с разницей по широте местности от 37 до 55 гр. с.ш.).

Полученные значения в каждой точке и среднеарифметические значения инструментальных измерений представлены в табл. 1–4.

При анализе полученных результатов (табл. 1–4) прослеживается тенденция к повышению напряженности магнитного поля Земли в направлении с юга на север (Краснодарский край, Ростовская, Воронежская, Московская области).

Далее было проведено сравнение полученных инструментальных данных с расчетными значениями магнитного поля Земли. Основное магнитное поле Земли может быть математически смоделировано. В настоящее время основными доступными ресурсами, которые предоставляют информацию по расчетным моделям напряженности магнитного поля Земли, являются:

• модель, разработанная Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии;
• всемирная модель геомагнитного поля Земли, разработанная Национальным центром геофизических данных;
• глобальная модель геомагнитного поля, разработанная Британским геолого-разведочным обществом.

Нами для сравнения с инструментальными данными были использованы модели, разработанные и размещенные на сайте «Национального центра геофизических данных» NOAA¹²:

• расчетное значение по данным «Национального центра геофизических данных» NOAA в точке № 1 – Московская область составило 42,19 А/м;
• расчетное значение по данным «Национального центра геофизических данных» NOAA в точке № 2 – Воронежская область составило 41,5 А/м;
• расчетное значение по данным «Национального центра геофизических данных» NOAA в точке № 3 – Ростовская область составило 40,7 А/м;
• расчетное значение по данным «Национального центра геофизических данных» NOAA в точке № 4 – Краснодарский край составило 39,9 А/м.

Определенные значения напряженности магнитного поля инструментальным способом составили от 37,1 до 40,51 А/м, диапазон расчетных значений, согласно модельным расчетам, составил от 39,9 до 42,19 А/м.

Таким образом, напряженность магнитного поля Земли, по данным «Национального центра геофизических данных» NOAA, коррелирует с результатами инструментальной оценки, что позволяет использовать их в целях научных исследований [20].

Заключение. Выявление приоритетных природно-климатических факторов с целью разработки мер по адаптации населения к изменениям климата по отдельным регионам, учитываемых при проведении социально-гигиенического мониторинга, имеет возрастающий научный интерес. На данном этапе работы проведены лабораторно-инструментальные исследования, которые показали, что показатель напряженности магнитного поля Земли имеет тенденцию к повышению в направлении с юга на север, измеренные величины соотносятся с существующими современными моделями расчета. По нашему мнению, наряду с инструментальными исследованиями для выполнения научных исследований возможно использовать расчетные данные о напряженности магнитного поля Земли, в то же время решение задач по профилактике заболеваемости и снижению смертности населения требует дополнительных исследований по направлению «фактор – среда – здоровье», которые планируется провести на последующих этапах выполнения работ.