Атмосфера сложна, но у земной поверхности ее состояние, формирующее земную погоду, характеризуется метеорологическими величинами: атмосферное давление, температура и влажность воздуха, облачность и т.д.
Атмосфера – газовая оболочка Земли, вертикальное строение которой очень сложное и различается в соответствии с изменением по высоте температуры воздуха, газового состава или с изменением влияния воздуха на летающие аппараты и на организм человека.
Основные газы атмосферы и их процентное содержание по объему
Кроме газов, находящихся в постоянном соотношении по объему и весу в атмосфере есть примесные газы, содержание которых в атмосфере значительно меняется во времени и в пространстве. Наиболее важным для формирования земной погоды является водяной пар. Кроме того, под влиянием солнечной радиации, радиоактивных веществ, находящихся в земле и в атмосфере, газы ионизируются, формируя в воздухе меняющуюся концентрацию положительных и отрицательных ионов. Двигаясь в атмосфере, они создают электрическое поле атмосферы. Кроме газов в атмосфере взвешены жидкие и твердые частицы – аэрозоли. Аэрозоли бывают естественного (пожары, вулканическая деятельность и т.д.) и антропогенного происхождения. Большое количество аэрозолей влияет и на наше здоровье и на потоки солнечной радиации, приходящей к земной поверхности, т.е. на земную погоду.
Особое значение для нашей жизни имеет атмосферный кислород – он во многом является фактором, значительно влияющим на наше здоровье. Весовое содержание кислорода в единице объема можно вычислить по простой формуле:
Где R – удельная газовая постоянная для атмосферного воздуха, Р – атмосферное давление, е – парциальное давление водяного пара, Т – температура воздуха.
Весовое содержание кислорода в атмосфере зависит и от погоды, как видно из формулы - зависит от атмосферного давления, влажности и температуры воздуха. Может быть, одна из причин влияния погоды на наше здоровье - это изменчивость зависящего от метеорологических факторов содержания кислорода в воздухе. Поэтому на курортах для улучшения здоровья рекомендуют кислородные коктейли.
Комплексные исследования по биометеорологии и биоклиматологии показывают, что для полноты описания атмосферной среды, непосредственно влияющей на человеческий организм, необходимо учитывать все метеорологические факторы. Температуру воздуха, влажность, давление, скорость ветра, потоки солнечной радиации (включая спектральное распределение энергии), длинноволновую солнечную радиацию, осадки (тип и интенсивность), состав воздуха, атмосферное электричество, атмосферную радиоактивность, дозвуковой шум. Таким образом, все факторы составляющие характеристику состояния атмосферы могут вызвать метеопатические реакции.
Прямое воздействие этих элементов может быть мгновенным, т. е. вызываться преобладающей погодой, а может зависеть и от последовательности событий, т. е. от синоптической обстановки. Эффекты могут быть суммарными и возникать в результате длительного воздействия различных условий. В зависимости от продолжительности их можно рассматривать как погодные или климатические, хотя такое подразделение до некоторой степени условно.
Рассмотрим некоторые из перечисленных факторов, влияние которых установлено исследователями, занимающимися проблемой воздействия атмосферы на человека.
Температура воздуха
Одним из самых явных метеопатических факторов является температура воздуха. Изменение теплового режима атмосферы вызывает соответствующие изменения теплообмена человека с окружающей средой. Теплопотери с поверхности кожи происходят за счет длинноволнового излучения, конвекции, кондукции - затрат тепла на испарение жидкости с поверхности кожи.
Теоретическая предпосылка этого эффекта дана еще в 1748 году М. В. Ломоносовым, который считал, что открытый им закон сохранения и движения материи применим и к животному организму. Постоянство температуры человека — основа его жизни.
Теплоотдача в основном осуществляется через кожный покров - около 82%, органами дыхания - 13% и всеми остальными - 5%. Однако это соотношение зависит от теплоизоляции одеждой.
Большое воздействие на человека оказывает не только температура воздуха, но и ее межсуточная изменчивость. Так, повышение температуры воздуха от -4°С до +6°С в течение одной январской ночи 1780 г. в Санкт-Петербурге привело к заболеванию гриппом 40 тыс. человек. Изменение среднесуточной температуры воздуха на 1 - 2°С считается слабым, на 3 - 4 °С - умеренным, более чем на 4°С - резким.
Влажность воздуха
Субъективное ощущение климатического комфорта связано с уровнями активности человека, температурой излучения и др. Кроме того, влияние температуры воздуха на организм человека зависит и от влажности воздуха. При одной и той же температуре изменение содержания водяной пара в приземном слое атмосферы может оказать значительно воздействие на состояние организма.
По сравнению с естественными колебаниями температуры воздуха диапазон температур, в котором человеческий организм чувствует себя комфортно, значительно уже. При температуре тела выходящей за пределы 26 - 40 °С, возможны необратимые процессы в организме.
Наиболее комфортные условия наблюдаются при температур воздуха 20 - 25°С и относительной влажности 50%. При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению с поверхности тела человека, тяжело переносится жара и усиливается действие холода.
Биологические реакции зависят от облачности, влияющей на световой режим, являющейся причиной выпадения осадков, а, следовательно, изменения суточного хода температуры и влажности воздуха.
Биометеорологические исследования показали, что сами осадки оказывают в основном благоприятное воздействие на человека. Уменьшаются инфекционные заболевания, понижается смертность, уменьшаются многочисленные жалобы, вызванные метеорологическими явлениями. Последнее, правда, может быть связано не столько непосредственно с осадками, сколько с изменением электрического поля атмосферы при прохождении дождевой облачности.
Ветер
Разнообразно влияние ветра. При низких температурах ветер усиливает теплоотдачу, что может привести к переохлаждению организма. Зимой ветер понижает сопротивляемость организма, летом - повышает. Сильный ветер, оказывая давление на поверх костные ткани организма и затрудняя дыхание, вызывает отрицательную реакцию. Большой метеопатический эффект имеет фен бора, черные ветры, муссоны.
Атмосферное давление
Наиболее неопределенное влияние на самочувствие человек оказывает атмосферное давление (Р), которое характеризуете значительными непериодическими колебаниями.
По классификации В. Г. Бокши, сильными считаются межсуточные перепады давления 10 - 20 гПа и более, резкими 8 - 10гПа, умеренным 8 гПа, слабыми 1 - 4 гПа.
Е. П. Зверева, анализируя карту средней многолетней абсолютной межсуточной изменчивости Р, отмечает, что его межсуточные колебания (наибольшие и наименьшие) зависят от времен года. В январе очаги с максимальной изменчивостью Р располагаются над Прибалтикой, над бассейном реки Колымы и над Камчаткой. В апреле очаг наибольшей изменчивости находится на центральными районами Арктики и п-овом Таймыр, осенью, в ноябре — над Кольским п-овом и Камчаткой. Сезонное изменение очагов большой изменчивости давления тесно связано крупномасштабными циркуляционными процессами в атмосфере, в частности с циклонической деятельностью. Так, основная причина повышенной межсуточной изменчивости давления воздуха и холодный период в Прибалтике и на северо-западе европейской части России в большой повторяемости циклонов и вторжений арктического воздуха в их тылу.
Факторами, противоречащими непосредственному влиянию давления на самочувствие, является возникновение реакции до изменения давления, а также отсутствие явных реакций при поездках по горным дорогам и полетах на самолетах. Очевидно, что в биометеорологических исследованиях и медико-биологических прогнозах следует учитывать влияние атмосферного давления в комплексе с другими метеорологическими величинами и явлениями, а также с крупномасштабными атмосферными процессами.
Синоптическая ситуация формирует погодные условия
Сильное биотропное воздействие оказывают меридиональные синоптические процессы, умеренное и слабое воздействие характерно для зональных синоптических процессов. Работы немецких ученых (Шульце, Шредер, Купке и др.) показали, что антициклонические процессы не оказывают биотропного воздействия, если они не сопровождаются образованием инверсий нисходящего скольжения. Беккер сделал вывод о взаимосвязи динамических атмосферных процессов и болезненных явлений. Так, прохождение теплого фронта влияет на возникновение спастических состояний и вызывает нарушения различных процессов в организме; коэффициент смертности возрастает при прохождении холодного фронта, процессов восходящего скольжения и турбулентности.
Реакции организма могут проявляться за несколько часов до перемены погоды. С помощью радиозондирования установлено взаимосвязанное изменение метеорологических величин на высоте, в то время как у поверхности Земли еще не регистрируется никаких изменений.
Синоптическая ситуация влияет и на химический состав воз¬духа. Из всех химических факторов абсолютное значение для жизненных процессов имеет содержание кислорода в воздухе, изменение содержания которого влияет на течение многих биологических процессов. Д. Ассман утверждает, что появление болевых ощущений, связанных с погодой, вызвано подавлением окислительно-ассимиляторных процессов в результате уменьшения содержания кислорода в воздухе (ассимиляция — образование в организме сложных веществ из бо¬лее простых). Это предположение он подтверждает выводами других авторов о несомненном влиянии содержания кислорода на функционирование различных систем организма.
При изменении метеорологических условий объемное содержание кислорода, его парциальное давление изменяются незначительно, тогда как весовое содержание кислорода в единице объема колеблется в довольно широких пределах и, по мнению В. Ф. Овчаровой, может характеризовать комплексное влияние этих метеорологических факторов на человека.
Радиация
На человека, безусловно, влияют и различные виды радиации, поступающие к земной поверхности. К ним относятся: атомная космическая радиация, солнечный ветер, рентгеновские лучи, ультрафиолетовая, видимая, инфракрасная и высокочастотная радиация. Кроме того, на биологические организмы воздействует радиация, излучаемая радиоактивными элементами, содержащимися в атмосфере, и излучаемая поверхностью Земли и растениями.
Солнце является основным источником электромагнитной радиации. При среднем расстоянии от Солнца до орбиты Земли общая радиация составляет 
Энергия солнечной радиации взаимодействует с твердыми и газовыми примесями в атмосфере, в результате чего происходит изменение химического состава и термического режима атмосферы.
Биологическое действие всех видов радиации различно. Так, ультрафиолетовую область спектра по биологическому воздействию делят на три участка:
) - бактерицидный, Ультрафиолетовая радиация и видимый свет при длительном воздействии или очень большой интенсивности могут вызвать патологическую реакцию живых организмов. Инфракрасная радиация (в том числе излучение Земли и атмосферы) также оказывает биологическое действие.
Изменение химического состава атмосферы приводит и к изме¬нению спектра излучения, дошедшего до Земли. Около 80 % излучения в диапазоне 0,29—2,4 мкм атмосфера пропускает к земной поверхности (спектральное окно атмосферы).Атмосфера прозрачна также для радиоволнового излучения в интервале длин волн 1—20см. Высокочастотная радиация тоже может оказывать вредное воздействие на человека. Существуют различные стандарты норм радиоволнового облучения. Известно, что отклонение интенсивности радиоволн на коэффициент 106 является частым во время вспышек на Солнце, что может вызывать патологические реакции организма.
Атмосферное электричество
Биологическое воздействие таких эффектов электрического поля атмосферы, как атмосферные ионы и электромагнитные импульсы («атмосферики»), обнаружены уже давно. Особенно интересны работы в этой области А. Л. Чижевского. Электрические поля, течения и проводимость, как и отрицательные ионы различных размеров, формируют основные электрические свойства атмосферы в ясную погоду. Движение воздушных масс, барические системы, ветры, турбулентность, распределение температуры и водяного пара оказывают большое влияние на электрические свойства тропосферы, на распределение заряженных и незаряженных аэрозолей и радиоактивных частиц земного происхождения. Это влияние значительно в слое атмосферного обмена.
В связи с возможными биологическими последствиями изменения величин атмосферного электричества исследователями уделяется большое внимание проникновению естественных колебаний величин в помещения. Исследования показали, что стационарное электрическое поле в помещение не проникает. В помещение проникает около 0,5% энергии поля частотой 50 Гц, 10% — частотой 10 кГц. Поэтому М. Израэль, Р. Рейтер в качестве факторов биологического воздействия предлагают рассматривать только: