Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. СУММАРНЫЙ ОЗОН И УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ. 9
1.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ АТМОСФЕРНОМ ОЗОНЕ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ 9
1 .2.. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА 11
1,3. УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ 20
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ВАРИАЦИЙ СУММАРНОГО ОЗОНА НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ УРОВНЯ ПРИЗЕМНОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ УФ-В ДИАПАЗОНА 32
2.1. СВЯЗЬ УРОВНЯ ПРИЗЕМНОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ
С ОБЩИМ СОДЕРЖАНИЕМ ОЗОНА (ОСО) 32
2.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И АНАЛИЗ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА УФ-В РАДИАЦИИ РЕГИОНОВ УМЕРЕННОГО ПОЯСА СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ 39
2.3. РЕЗУЛЬТАТЫ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА. 2.3.1. КОРРЛЕЯЦИОШ1ЫЙ АНАЛИЗРЯДОВ СУТОЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОСО И ДОЗЫ ПРИЗЕМНОЙ УФ-Л РАДИАЦИИ 45
2.3.2. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕДУРЫ СГЛАЖИВАНИЯ СКОЛЬЗЯЩИМ СРЕДНИМ НА СВЯЗЬ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ СУТОЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОСО И ДОЗЫ УФ-В РАДИАЦИИ 50
2.3.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАПЯ УСРЕДНЕНИЙ ПРИ АНАЛИЗЕ
СВЯЗИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПРИЗЕМНОЙ УФ-В РАДИАЦИИ И КОЛЕБАНИЙ ОСО 56
ГЛАВА З.СОСТОЯНИЕ ОЗОНОСФЕРЫ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ
УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ 63
3.1. ГЛОБАЛЬНЫЙ КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА 63
3.2. ВЛИЯНИЕ УФ-Л РАДИАЦИИ НА ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
3.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ФОТОСИНТЕЗА 67
3.2.2. ВЛИЯНИЕ УФ-В РАДИАЦИИ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ 3.3. СВЯЗЬ КОЛЕБАНИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ТРОПОСФЕРЕ НАД ХВОЙНЫМИ ЛЕСАМИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ С ИЗМЕНЕНИЯМИ СОСТОЯНИЯ ОЗОНОСФЕРЫ 73
3.4. ВЛИЯНИЕ ДОЛГОПЕРИОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОСО НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЛОБАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В АТМОСФЕРЕ 83
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ОЗОНОСФЕРЫ НА ЦИКЛЫ
ОСТРЫХ ИНФАРКТОВ МИОКАРДА 91
4.1. ВЛИЯНИЕ УФ-В РАДИАЦИИ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 91
4.2. ИНФАРКТ МИОКАРДА И ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ РАЗВИТИЯ АТЕРОСКЛЕРОЗА 96
4.3. РОЛЬ ВИТАМИНА D3 В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА 97
4.4. АНАЛИЗ СВЯЗИ ВАРИАЦИЙ УРОВНЯ СУММАРНОГО ОЗОНА И ЦИКЛОВ
ОСТРЫХ ИНФАРКТОВ МИОКАРДА 101
4.4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ 101
4.4.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И РЕЗУЛЬТАТЫ КОРРЕЛЯЦИОНЕ ІОГО АЕ ЇАЛИЗА 107 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115 ЛИТЕРАТУРА 1
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема влияния коротковолновой
ультрафиолетовой радиации в диапазоне 280-315 нм (УФ-В радиация) на биосферу Земли является одной из наиболее актуальных. С особой остротой она проявилась в последней четверти XX века, когда в результате глобального истощения стратосферного озонового слоя, являющегося единственным природным фильтром, защищающим живые организмы от жесткого ультрафиолетового солнечного излучения, произошел рост числа заболеваний раком кожи. Однако до настоящего времени однозначного мнения о влиянии солнечной радиации УФ-В диапазона на здоровье человека не существует.
Наблюдаемое в наши дни значимое увеличение содержания в атмосфере основных парниковых газов, прежде всего диоксида углерода (СОг), привлекает особое внимание, поскольку рассматривается как один из главных факторов, способных привести к потеплению климата с достаточно негативными для человечества последствиям. Однако современные модели климата не учитывают такой значимый фактор, как долговременное глобальное истощение стратосферного озона, в значительной степени определяющего направления и амплитуды потоков СОг между атмосферой и наземными экосистемами. Длительное истощение стратосферного озона провоцирует повышение доз коротковолновой УФ-В радиации, которая оказывает негативное воздействие на фотосинтетический аппарат и увеличивает интенсивность дыхания растений. В северных и средних широтах основной сток СОг из атмосферы осуществляется главным образом за счет фотосинтеза в наземной растительной биоте, поэтому его подавление всего на единицы процентов может приводить к дополнительному увеличению содержания С02 в атмосфере по объемам, сравнимым или даже превышающим вклады за счет индустриального фактора.
Цель работы. Исследовать влияние вариаций общего содержания озона (ОСО) на изменчивость стока С02 в растительную биоту и риск заболевания острым инфарктом миокарда. Основные задачи.
1. Исследовать степень влияния вариаций общего содержания озона на изменение уровня приземной коротковолновой ультрафиолетовой радиации.
2. Установить возможность использования долговременных рядов ОСО в исследованиях биосферных процессов при отсутствии достоверных рядов радиационных наблюдений.
3. Выявить тенденции изменений концентрации углекислого газа в тропосфере над лесами юга Западной Сибири, связанные с вариациями общего содержания озона.
4. Исследовать воздействие современного долговременного глобального истощения стратосферного озона на накопление диоксида углерода в атмосфере и определить имело ли место подобное событие в прошлом.
5. Исследовать влияние естественных доз коротковолновой ультрафиолетовой (УФ-Л) радиации, контролируемой общим содержанием озона, на частоту заболевания острым инфарктом миокарда (ОИМ).
Достоверность результатов диссертационной работы определяется статистической обеспеченностью исследуемых временных рядов и использованием апробированных статистических методов корреляционного анализа.
Научная новизна работы.
• Показано, что вне зависимости от влияния прочих факторов в средних и высоких широтах Северного полушария колебания уровня приземной УФ-В радиации полностью контролируются общим содержанием озона. • Впервые установлена статистически значимая отрицательная связь усредненных значений ОСО по данным космической аппаратуры TOMS с молярной концентрацией диоксида углерода на высоте 1,5 км по данным самолетных измерений над лесами юга Западной Сибири в период максимума летнего солнцестояния (июнь-июль).
• Показано, что наблюдаемые в XX веке долговременные глобальные понижения уровня общего содержания озона способствуют накоплению диоксида углерода в земной атмосфере и являются достаточно редким явлением, не имеющим аналогов, по крайней мере, на временной шкале с 1675 по 2000 годы.
• Впервые установлено, что воздействие умеренных доз УФ-В радиации снижает риск заболевания острым инфарктом миокарда (ОИМ). Найдена статистически высокая положительная корреляция между уровнем ОСО в период максимума летнего солнцестояния и количеством случаев ОИМ, регистрируемых в период с сентября текущего года по май следующего.
Практическая значимость
• При отсутствии достоверных данных радиационных наблюдений в УФ-В диапазоне спектра для анализа биосферных процессов в средних и высоких широтах Северного полушария в качестве адекватной замены предложено использовать временные ряды ОСО.
• Показано, что глобальное истощение озона относится к числу значимых факторов в глобальном цикле углерода, который необходимо учитывать при создании моделей климата.
• Установлено позитивное влияние умеренных естественных доз УФ-В радиации в качестве профилактической меры по снижению риска возникновения острого инфаркта миокарда.
• Обнаруженная связь колебаний уровня суммарного озона и количества случаев острого инфаркта миокарда позволит в дальнейшем прогнозировать риск заболевания. Личный вклад автора: участие в постановке задачи и выборе экспериментального материала, формирование и обработка полученных временных рядов, анализ результатов. Настоящая работа является итогом исследований выполненных автором в 2003-2006 гг..
Положения, выносимые на защиту:
1. В исследованиях воздействия на биосферные процессы УФ-В радиации на длинах волн короче 310 нм в зоне умеренных и полярных широт Северного полушария при отсутствии рядов радиационных данных в качестве их эквивалентной замены могут быть использованы временные ряды общего содержании озона (ОСО).
2. Наличие высокой значимой корреляции измеренных в июне-июле значений ОСО и концентраций СО2 на высоте 1,5 км над хвойными лесами юга-запада Сибири позволяет связать увеличение глобального содержания СОг в атмосфере в 30-е годы и в последнюю четверть XX века с глобальной депрессией фотосинтеза из-за повсеместного длительного спада ОСО в эти периоды времени.
3. Для региона юга Западной Сибири существует статистически высокая положительная корреляция между усредненными летними (июнь-июль) значениями ОСО и количеством острых инфарктов миокарда, регистрируемых в период с осени текущего года до начала нового летнего сезона. Максимальная корреляция проявляется для периода ноябрь-апрель.
Апробация работы. Результаты работ докладывались на международных и российских конференциях:
«Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (EESFEA-2003)» (Томск 2003), «Информационно-волновые технологии в комплексной реабилитации пациентов в лечебных и санаторно-курортных учреждениях» (Томск 2004), «ENVIROMIS-2004» (Томск 2004), «XII Joint International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics» (Томск 2005), «XIII Joint International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics» (Томск 2006). На разных этапах работа была поддержана грантами: по проектам РФФИ № 03-05-65105, №04-04-96016-р2004урал_а, №05-05-98003-р_обь_а и интеграционному проекту СО РАН № 95.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 127 страницах и содержит 15 таблиц, 44 рисунка. Список литературы включает 120 наименований.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, введены положения, выносимые на защиту.
В первой главе сформулированы основные представления об озоне и солнечной ультрафиолетовой (УФ) радиации. Представлены факторы, определяющие короткопериодную и долгопериодную изменчивость ОСО в атмосфере и уровней приземной ультрафиолетовой радиации.
Во второй главе рассмотрен механизм влияния вариаций суммарного озона на изменчивость уровня приземной солнечной радиации УФ-В диапазона. По данным корреляционного анализа для умеренного пояса Северного полушария определен диапазон длин волн солнечного УФ-В излучения, для которого влияние ОСО является превалирующим, установлены границы временного интервала, за пределами которого максимально нивелируется влияние таких значимых факторов, как облачность и атмосферный аэрозоль. Показано, что, несмотря на влияние прочих факторов, между вариациями ОСО и изменениями биологически активной УФ-В радиации существует статистически высокий уровень отрицательной корреляции.
В третьей главе рассмотрены некоторые аспекты проблемы роста концентрации углекислого газа в земной атмосфере. Установлены общие тенденции изменений концентрации диоксида углерода (С02) в тропосфере над лесами юга Западной Сибири. Проведен корреляционный анализ временных рядов летних (июнь-июль) значений молярной концентрации С02 в тропосфере в высотном диапазоне 0,5-7 км и ОСО. Показано, что при создании климатических моделей в числе факторов которые имеют первостепенное значение и определяют направления и амплитуды потоков СО2 между атмосферой и наземными экосистемами необходимо учитывать долговременное глобальное истощение стратосферного озона.
В четвертой главе проведен обзор эпидемиологии острых инфарктов миокарда (ОИМ) в г. Томске за период с 1986 по 2004годы. Выполнен корреляционный анализ рядов летних (июнь-июль) значений ОСО и количества случаев острого инфаркта миокарда, регистрируемых в период ограниченной инсоляции.
В заключении представлены основные выводы по результатам диссертационной работы в целом.
