Буря в голове: могут ли геомагнитные возмущения влиять на состояние человека

Вспышки на Солнце и вызванные ими магнитные бури могут выводить из строя спутники и провоцировать энергетические аварии на Земле. Но правы ли те, кто списывает на геомагнитные возмущения приступы головной боли или повышение артериального давления? Редакция журнала "N + 1" в честь 160-летия самой мощной в истории магнитной бури — «события Кэррингтона» — решила разобраться, что думают ученые о влиянии Солнца на здоровье человека.

Геомагнитная буря 1859 года — мощнейшая за историю наблюдений геомагнитная буря. Комплекс событий, включающий в себя как геомагнитную бурю, так и вызвавшие её мощные активные явления на Солнце, иногда называют «Событием Кэррингтона» или, следуя англоязычной литературе, «Солнечным суперштормом» (англ. Solar Superstorm)[. 1—2 сентября началась крупнейшая за всю историю регистрации геомагнитная буря, вызвавшая отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния наблюдались по всему миру, даже над Карибами; также интересно, что над Скалистыми горами они были настолько яркими, что свечение разбудило золотоискателей, которые начали готовить завтрак, думая, что наступило утро.

В российских СМИ, в том числе вполне серьезных и даже прибегающих к помощи экспертов с научными званиями, часто можно встретить рекомендации на тему о том, как себя вести, если синоптики предупреждают о предстоящей геомагнитной буре.

«...В тяжелые дни лучше ограничить физическую нагрузку, избегать нарушений режима сна, командировок с длительными перелетами. Желательно чаще находиться на свежем воздухе, употреблять достаточное количество жидкости, овощей и фруктов. Важно измерять артериальное давление, вовремя принимать лекарства. Пожилым людям крепкие алкогольные напитки лучше исключить вообще. Но если здоровье позволяет, можно выпить бокал натурального красного вина», — консультирует серьезную газету доктор медицинских наук.

«Предполагается несколько эффектов воздействия возмущений магнитного поля, возникающих из-за вспышек на Солнце: это повышение артериального давления, снижение работоспособности, головные боли, повышение тревожности и обострения хронических заболеваний, в том числе и аллергии», — говорит новостному агентству член-корреспондент РАН.

«Не только метеозависимых, но даже и здоровых людей в начале сентября... ждут мигрени, снижение концентрации внимания и перепады настроения. Многие будут жаловаться на усталость, раздражаться без причины. Возможны приступы озноба. Всему виной магнитная буря с 31 августа на 2 сентября..., пик которой придется на 1 сентября. Она станет мощнейшей за последнее время. Причем уровень угрозы только растет», — пишет еще одно издание.

Что стоит за этими серьезными предупреждениями и рекомендациями? Для того чтобы это понять, необходимо разобраться, что такое геомагнитная буря, каков ее механизм и каким может быть ее воздействие на здоровье человека.

Бури на Солнце

Первый признак непостоянства Солнца — солнечные пятна — люди обнаружили достаточно давно. Существуют данные, что их наблюдали еще в первом тысячелетии до нашей эры. Однако то, что их появление и исчезновение подчиняется 11-летнему циклу, стало понятно только в середине XVIII века. Циклы отсчитываются с 1749 года, и сейчас Солнце находится на пороге нового, 25-го цикла.

Циклы солнечной активности, фиксируемые приборами с середины XVIII века

Wikimedia Commons

Пятна — это лишь одно из проявлений солнечной активности. В зоне солнечных пятен (специалисты называют их активными областями) могут происходить рентгеновские вспышки, возникающие в активных областях в результате «коротких замыканий» в замагниченной солнечной плазме.

Часто такие вспышки сопровождаются корональными выбросами массы, при которых миллиарды тонн плазмы покидают Солнце и улетают в космос со скоростью около 1 тысячи километров в секунду. Если выброс попадет в Землю, от удара облака заряженных частиц верхние слои атмосферы начинают светиться (мы называем это полярным сиянием), а земное магнитное поле начинает колебаться — это и есть геомагнитные возмущения, или магнитные бури.

Корональному выбросу нужно примерно два-три дня, чтобы добраться до Земли, поэтому магнитную бурю можно прогнозировать через три дня после вспышки. Однако расписание магнитных бурь на месяц вперед, которые иногда публикуют в прессе, как правило, — чистое шарлатанство. (Лучше следить за космической погодой у нас на сайте.)

Магнитные бури могут быть вызваны воздействием корональных дыр— так называют зоны с «разомкнутым» магнитным полем, где плазме легче покинуть пределы звезды. Поэтому из этих «дыр» исходит поток высокоскоростного солнечного ветра — со скоростью примерно 600 километров в секунду, примерно вдвое больше, чем у обычного солнечного ветра. Если Земля попадает в эту струю, она может привести к геомагнитным возмущениям, правда не слишком сильным.

Наиболее серьезную угрозу вспышки на Солнце несут космическим аппаратам — их электронику могут вывести из строя протоны и электроны высоких энергий, оказавшиеся в окрестностях Земли в результате корональных выбросов. Кроме того, в периоды высокой солнечной активности земная атмосфера «вспухает», космические аппараты быстрее теряют высоту и могут сойти с орбиты раньше запланированного — именно это случилось с советской орбитальной станцией «Салют-7».

Во времена, когда люди активно пользовались коротковолновым радиодиапазоном, от солнечной активности в большой степени зависела радиосвязь. Во время магнитных бурь менялось состояние ионосферы — огромного «зеркала», которым коротковолновики пользовались для связи с радиостанциями на других континентах, — и связь иногда становилась невозможной. Сейчас, когда связь «ушла» в кабели, эта проблема менее актуальна.

Колебания напряженности магнитного поля (синяя линия), записанная геомагнитной станцией в Эскдейлмьюире (Шотландия) во время магнитной бури 6 апреля 2000 года, и индуцированные ею электрические токи (красная линия), измеренные на трех шотландских электрораспределительных станциях

BGS (NERC)

Однако колебания магнитного поля могут влиять на электрическую инфраструктуру. Магнитное поле Земли измеряется в миллиардных долях теслы (магниты медицинских томографов, например, «выдают» 1,5-3 теслы). Геомагнитные возмущения выражаются в том, что земное поле меняется с амплитудой в десятки нанотесл в минуту. Переменное магнитное поле наводит электрические токи во всех металлических предметах, и здесь все сильно зависит от свойств этих предметов. Если он достаточно длинный — будь то мост, трубопровод, линия электропередач, — то наведенные токи могут быть весьма существенными.

Впервые с такой ситуацией человечество столкнулось в конце августа — начале сентября 1859 года, то есть ровно 160 лет назад, когда произошла самая сильная геомагнитная буря, которую регистрировали приборы. Тогда британские астрономы-любители Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон зафиксировали на Солнце крупную вспышку. На Земле из-за этой вспышки временно стало гораздо светлее, а северное сияние можно было увидеть даже на широте Кубы.

Результаты наблюдений Ричарда Кэррингтона за пятнами на Солнце 1 сентября 1859 года

Richard Carrington / Wikimedia Commons

Тогда это событие не принесло существенных потерь, если не считать того, что на несколько дней перестал работать телеграф. Сейчас «событие Кэррингтона» (так именуют эту бурю) имело бы колоссальные последствия — ведь сегодня наш мир гораздо сильнее зависит от электричества, чем в середине позапрошлого века. По расчетамНациональной академии наук США, аналогичная геомагнитная буря в одних только Штатах нанесла бы ущерб высокотехнологичной инфраструктуре на три триллиона долларов.

К счастью, пока нам везет: 23 июля 2012 года на Солнце произошлавспышка, аналогичная по мощности кэррингтоновской, но она была направлена в сторону от нас.

Тем не менее, в марте 1989 года вспышка на Солнце, сопоставимая по мощности с одновременным взрывом тысяч нейтронных бомб и сопровождавшаяся выбросом солнечной плазмы, не только нарушила вещание радиостанции «Свободная Европа» на СССР (люди, несведущие в астрономии, увидели в этом руку Кремля), но и спровоцировала блэкаут в масштабе целой канадской провинции Квебек.

Политическая гелиобиология

А что же состояние здоровья людей? Как на нем сказываются возмущения геомагнитного поля (если сказываются)? Может, они влияют на какие-то процессы в организме, которые, как и телеграф, связаны с электричеством — то есть на мышечные сокращения и нервные импульсы? Способны ли они влиять на ход «неэлектрических» событий в живом? Ответы на эти вопросы пытается получить гелиобиология.

Чувствительность к геомагнитным бурям — во многом отечественный «бренд». Практически все, кто изучает влияние солнечной активности на живые организмы, упоминают заслуги Александра Чижевского (работал в первой половине XX века) и говорят, что он был основоположником гелиобиологии.

Подавляющее большинство статей, которые удается найти с помощью Pubmed и Google Scholar, написаны российскими учеными, а иностранцы в целом довольно редко поднимают тему «магниточувствительности» (здесь имеется в виду именно зависимость от геомагнитной обстановки) и порой рассматривают ее в негативном ключе.

Такой скептицизм вполне обоснован, ведь ученые — современники Чижевского сомневались в научности и достоверности полученных им выводов. Среди тех, кто отрицал его заслуги, были такие видные фигуры, как физик Абрам Иоффе и биолог Борис Завадовский. Их заявления о деятельности Чижевского послужили одной из причин, почему того сняли с должности директора центральной лаборатории по ионификации, а позднее и репрессировали.

Учитывая, что дело происходило в конце 1930-х годов, можно предположить, что критика в адрес Чижевского имела и политическую составляющую. Тем не менее, два независимых в научном плане академика назвали безграмотным человека, который обосновывалналичие связи между солнечной активностью, с одной стороны, и жизнедеятельностью бактерий, растений и животных и даже социально-политическими событиями, с другой.

Закономерности Чижевский выводил на основе внешнего сходствапоказателей солнечной активности и биологических либо социальных событий в заданное время, без должной статистической обработки. А «М-лучи», которые якобы открыл Александр Чижевский (по его описанию, они исходят от Солнца и заметно повышают человеческую смертность), сейчас не упоминаются ни в одном приличном источнике, и совершенно непонятно, что это такое.

Поиск корреляций

Но и в наше время гелиобиологические исследования продолжаются. Статьи о них выходят в рецензируемых журналах (пускай зачастую и не самых престижных), так что просто отмахнуться от этой науки не получится.

Чаще всего в работах о влиянии геомагнитных бурь на здоровье человека рассматривают корреляции возмущений магнитного поля Земли с физиологическими параметрами, которые сравнительно удобно измерять длительное время: состоянием капилляров в пальцах рук, вариабельностью сердечного ритма, показателями электроэнцефалограммы в определенных отведениях.

Где-то испытуемые — это здоровые люди среднего возраста, где-то к этой группе добавляют пожилых с инфарктом или инсультом и детей. На них надевают соответствующие датчики, а потом показатели этих датчиков сравнивают с геомагнитной обстановкой в то время и в том месте, где находились испытуемые.

В этой связи интересно было бы посмотреть, как чувствовали себя этим летом люди, зависимые, по их собственному мнению, от геомагнитной обстановки. Ведь с середины мая по август включительно на Солнце не наблюдалось ни одной вспышки такой силы, чтобы она могла воздействовать на Землю.

Что же показали эти исследования? К сожалению, сведения о них встречаются редко, к тому же к их результатам следует относиться с осторожностью. И совершенно понятно почему.

Геомагнитное поле и его взаимодействие с солнечным ветром

Отрицательные результаты (когда связи между какими-то явлениями или механизм, обеспечивающий эти связи, не найдены, а задача заключалась именно в этом) не так охотно публикуются в научных журналах, как положительные: они мало что добавляют к уже имеющейся картине мира. К тому же, если связи не обнаруживаются, — и эта «неудача» повторяется у независимых исследовательских коллективов, — логично прекратить поиски в этом направлении, а силы и прочие ресурсы перебросить на более плодотворные проекты.

Поэтому если в специальной литературе геомагнитные бури и упоминают, то обычно в «позитивном» (как симптомы шизофрении) ключе: пишут о том, что они оказывают эффект на какой-то из аспектов здоровья.

Но и кое-какие работы, показывающие отсутствие связи между солнечной активностью и здоровьем человека, в свое время тоже публиковались. Одна из них, по-видимому, и стала причиной непопулярности гелиобиологии на Западе.

Кэй против Гневышева

В 1976-м исследователи из Стэнфордского университета и Национальных институтов здравоохранения решили проверить более ранние находки советских ученых под руководством Мстислава Гневышева. Они подняли большой массив данных о смертности от инсульта и ишемической болезни сердца в США с 1962 по 1966 год и сравнили эти данные с геомагнитной активностью, которую регистрировали в Штатах в тот же период (конкретно — с индексом Ap, то есть среднесуточным уровнем геомагнитной активности).

Авторы учли заранее известные недельные и сезонные колебания смертности от указанных причин, а значения Ap-индекса разбили на пять диапазонов, ведь может быть так, что разные по силе колебания поля неодинаково воздействуют на человека. Тем не менее, статистически значимых корреляций геомагнитных бурь и повышенной, равно как и пониженной смертности от нарушений кровообращения американцы не нашли.

В своей работе они деликатно предположили, что, хотя им не удалось повторить результаты группы Гневышева (а найти и прочесть статьи, на которые ссылались эти русские, оказалось невозможно), влияние солнечной активности, быть может, как-то зависит от широты. Кроме того — и это тоже отмечают зарубежные исследователи — статистической обработки данных как таковой Гневышев не проводил, все закономерности в той статье выведены «на глаз» (это правда).

Результаты сравнений уровня смертности (a, b, c) и значений Ap-индекса (d, e) группой Мстислава Гневышева за 1962–1966 годы

B. J. Lipa, P. A. Sturrock & E. Rogot / Nature, 1976

Поделиться

Не обнаружилось и наглядной связи геомагнитных бурь с депрессиями. В 1994 году ее искал Роналд Кэй (Ronald W. Kay) из Фолкеркской больницы. Он предположил, что за сезонные обострения депрессии в какой-то мере ответственна повышенная солнечная активность.

Кэй установил число обращений 1042 мужчин и 2407 женщин в больницу по поводу психотической и непсихотической депрессии (коды диагнозов 296.1 и 296.3; 311.9 и 300.4 по МКБ-8 и МКБ-9) за период с января 1976-го по декабрь 1986 года — то есть более чем за весь 21-й цикл солнечной активности. Временное распределение обратившихся он сравнил с датами и силой геомагнитных бурь, которые пришлись на тот же период.

Единственный статистически значимый тренд, который удалось выявить, связал солнечную активность и число обращений мужчин по поводу психотической депрессии. Правда, объяснить его Кэю все-таки не удалось. Сила геомагнитных бурь никак не влияла на частоту обострений и заново выявленных депрессий, поэтому не было ясно, что же конкретно провоцирует ухудшение психического здоровья.

В своей статье автор делает предположение, что для запуска депрессии важен сам факт начала бури, то есть что Солнце воздействует по принципу «все или ничего». Разницу в результатах для женщин и мужчин Кэй объясняет, исходя из предположения, что действие геомагнитных бурь на организм связано с мелатонином, а на состояние здоровья лиц разного пола мелатонин влияет неодинаково. Не самые убедительные выкладки.

Эксперименты

Чем больше условий приходится учитывать, тем выше вероятность обнаружить ложную связь одного явления с другим — особенно если механизмы какого-то из явлений не вполне понятны. Поэтому было бы хорошо устроить всем испытуемым одинаковую геомагнитную бурю в одном и том же месте — причем так, чтобы они при этом не знали, было ли возмущение магнитного поля или на самом деле нет. И параллельно проводить мониторинг состояния этих людей, оценивая параметры, имеющие численное выражение.

Есть несколько работ, описывающих подобные эксперименты. В ходе одного из них Юрий Гурфинкель из Института космических исследований (его нынешнее место работы — МНОЦ МГУ) с коллегами подвергли девять молодых испытуемых воздействию колебаний магнитного поля, повторяющих те, что наблюдались во время слабой бури 2 октября 2013 года (при частоте 1 герц).

Каждый испытуемый должен был дважды, с интервалом не менее суток, провести 24 часа в специальной комнате в Институте общей физики РАН. В течение одних суток добровольцы находились под действием фонового геомагнитного поля (его индукция и колебания соответствовали обычным для Москвы значениям), в течение других — под действием «записи» бури 2.10.2013 длиной 6 часов, которую повторяли четыре раза без пауз.

Все это время датчики регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ) и вариабельность сердечного ритма, артериальное давление и динамику кровенаполнения капилляров. Затем эти показания у каждого конкретного человека во время «спокойных» суток сравнивали с показаниями суток, в течение которых происходила имитация бури.

Согласно данным, полученным в ходе этого эксперимента, работа сердечно-сосудистой системы все же зависит от геомагнитной обстановки. Во время имитации магнитной бури у испытуемых к вечеру сильнее падало кровенаполнение капилляров, чем в отсутствие заметных возмущений геомагнитного поля.

Корреляции между показаниями ЭКГ и «режимом работы» магнитного поля нашли, но они оказались весьма незначительными, и авторы признали, что размера их выборки (девяти человек) недостаточно, чтобы делать далеко идущие выводы. Кроме того, оказалось, что изменение геомагнитной обстановки в разной степени влияет на конкретных людей, но численного выражения этой разницы в статье нет.

Авторы другой работы, сотрудники Института внутренних вод имени Папанина, проверяли влияние возмущений магнитного поля Земли (при частоте изменений 0,001–5 герц) на лен (Linum bienne), горошек (Pisum sativum), карпов (Cyprinus carpio) и дафний (Daphnia magna) сходным образом, только имитировали немного другую геомагнитную бурю — проходившую 30–31 октября 2003 года, согласно измерениям в городе Борок Ярославской области (там и находится институт).

Эти виды живых организмов ученые выбрали потому, что в более ранних исследованиях выявили их особую чувствительность к магнитным полям.

Для рыб, рачков и растений оценивали такие параметры: состав хлоропластов, геотропизм (рост в глубь земли, характерен для корней); интенсивность окисления липидов, активность фермента супероксиддисмутазы, смертность эмбрионов (для дафний); активность кальпаина в мышцах и мозге, активность протеолитических и пищеварительных ферментов (для рыб).

Оказалось, что многие изменения зависят от частоты изменений параметров магнитного поля и от времени, в течение которого эти изменения проявляются. Скажем, получаса недостаточно, чтобы горошек среагировал изменением состава хлоропластов на магнитную бурю (для этого нужно два часа), а смертность эмбрионов дафний в экспериментальной группе растет по сравнению с контрольной, если возмущения магнитного поля длятся четыре часа и более.

Не все ферменты отреагировали на бурю: она не снизила активность пищеварительных энзимов. А те пульсации магнитного поля, которым в предыдущих работах приписывали главное влияние на физиологию (Pc1), в этом исследовании вообще не оказали эффекта.

С чем связаны такие эффекты? Не зная механизмов действия магнитного поля на организм, точно на этот вопрос не ответить. Биологи из Института внутренних вод в своей статье предположили, что в данном случае важны криптохромы, а также, вероятно, параметрический резонанс отдельных ионов в составе белков и прочих биомолекул. Однако никаких экспериментальных доказательств своим предположениям они не приводят — только ссылки на другие научные статьи.

Магнитное чувство у человека

На живой организм чаще всего могут воздействовать те факторы, которые он способен ощутить органами чувств — либо те, что имеют запредельное значение (скажем, гамма-излучение человек не ощущает, но может умереть от него, если интенсивность излучения превыситопределенный порог).

Магнитное поле Земли не угрожает жизни: его интенсивность измеряется десятками микротесла, ее колебания — десятками, максимум сотнями нанотесла. Остается один вариант, при котором они могут заметно влиять на человека: он воспринимает их органами чувств.

Есть организмы, которые действительно это умеют. Некоторые бактерии располагаются вдоль силовых линий магнитного поля — правда, не по собственному желанию, а пассивно. Магнетотаксис (так называется это явление) им обеспечивают скопления магнетита Fe3O4 в структурах — магнетосомах.

По-видимому, нечто подобное умеют и круглые черви, и птицы. Кто-то связывает их способность ориентироваться по индукции магнитного поля с магнетитом, кто-то — с криптохромовым компасоми мелатонином. Однако в организмах упомянутых беспозвоночныхи позвоночных машинерию для магниточувствительности пока достоверно не нашли.

Не обнаружили ее и у человека. У него, честно говоря, и саму способность к магниторецепции еще только ищут. Занимается этим Джозеф Киршвинк из Калифорнийского технологического института (Калтеха). Он впервые обнаружил ископаемые остатки магниточувствительных бактерий (у самых древних из них весьма солидный возраст — почти 2 миллиарда лет) и вообще начинал карьеру с исследования прошлого Земли (ему принадлежит авторство гипотезы «Земли-снежка»).

В 21 веке Киршвинк плотно занялся магниторецепцией у человека. В марте 2019 года его группа опубликовала работу, в которой показано: при изменении ориентации магнитного поля, имитирующего поле Земли (от которого испытуемые на деле были изолированы), у человека меняется электрическая активность мозга в альфа-диапазоне. Вывод: Homo sapiens обладают магниточувствительностью, однако в сознание данные о параметрах магнитных полей не попадают.

Тут есть много «но». Магнитное чувство у человека искали и раньше, но не находили. Вероятно, виной тому огрехи обработки электроэнцефалограмм, которые Киршвинк исправил. Однако механизм магниторецепции, которому отводят роль главного кандидата, — криптохромовый — не подходит для восприятия тех изменений, из-за которых колебалась активность мозга испытуемых в альфа-диапазоне (тут нужен магнетит).

Ну и наконец: в экспериментах Киршвинка индукция магнитного поля не менялась и постоянно была равна таковой для широты Пасадины, места расположения Калтеха: 35 микротесла. Между тем при геомагнитных бурях меняется именно она. Таким образом, даже если люди магниточувствительны, это может не иметь никакой связи с геомагнитными бурями.

Светлана Ястребова

Источник

И подробнее про «события Кэррингтона» на видео:

И страшилки: