Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Биопатогенные эффекты слабых магнитных полей 11
1.1. Общебиологические эффекты магнитных полей 11
1.2. Влияние магнитных полей малой интенсивности на организм человека 17
1.3. Связь гелиогеомагнитных аномалий с заболеваемостью и смертностью населения 25
1.4. Геопатогенные зоны и их негативное влияние на здоровье населения 29
1.5. Системный анализ и моделирование в медико-биологических науках 30
Глава 2. Материал и методы исследования 37
2.1. Методы исследования геологической неоднородности земной коры на территории г. Сургута 37
2.2. Методы исследования геомагнитных аномалий и вариаций, связанных с локальными разломами земной коры 41
2.3. Методы дифференцированного изучения сердечнососудистой заболеваемости и смертности городского населения с учетом территориальной неоднородности геомагнитных аномалий 44
2.4. Методы медико-биологического картографического моделирования и статистической обработки данных 51
Глава 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение 55
3.1. Анализ карты локальных разломов земной коры на территории г. Сургута и дифференцированная оценка территориальной неоднородности геомагнитных аномалий в черте города 55
3.2. Системный анализ сравнительной динамики сердечнососудистой заболеваемости и смертности городского населения, проживающего в местах локальных разломов земной коры и над сплошным массивом 61
3.3. Дифференцированный территориальный анализ влияния гелиогеомагнитных возмущений на адресную частоту сердечно-сосудистой заболеваемости городского населения, проживающего в местах локальных разломов земной коры и над сплошным массивом 67
Заключение 75
Выводы 80
Практические рекомендации 81
Список литературы 82
Список сокращений 103
Описание этапов выявления локальных разломов земной коры и оценки их геомагнитных полей на территории города сургута 104
- Общебиологические эффекты магнитных полей
- Влияние магнитных полей малой интенсивности на организм человека
- Методы исследования геологической неоднородности земной коры на территории г. Сургута
- Анализ карты локальных разломов земной коры на территории г. Сургута и дифференцированная оценка территориальной неоднородности геомагнитных аномалий в черте города
Введение к работе
Актуальность проблемы. Сохранение и укрепление здоровья населения Российской Федерации является одним из главных приоритетов государственной политики. В свою очередь общественное здоровье существенно зависит от состояния окружающей среды. В современных условиях оно во многом определяется реальным обеспечением прав граждан на безопасную среду обитания [Г.Г. Онищенко, 2002].
В программном документе «Экологическая доктрина Российской Федерации», принятом Правительством РФ 31.08.2002 г. [2003] обозначены приоритетные направления деятельности государственных органов по обеспечению экологической безопасности страны. Согласно новой Доктрине, основными задачами в области охраны здоровья населения являются улучшение качества жизни, здоровья и увеличение продолжительности жизни населения путем снижения неблагоприятного воздействия экологических факторов и улучшения экологических показателей окружающей среды. Для этого, среди прочих задач, необходимы:
оценка и снижение экологических рисков здоровья населения;
обеспечение экологической безопасности жилья;
обеспечение государственного, муниципального и общественного контроля, а также совершенствование системы лицензирования, сертификации и паспортизации;
совершенствование механизма и усиление роли экологической экс
пертизы проектов, технологий и государственных программ.
Одной их основных задач региональной политики в области эколо
гии является экологически обоснованное размещение хозяйственных и
жилищно-коммунальных объектов.
В этом программном документе подчеркивается, что основными задачами научного обеспечения в сфере защиты окружающей среды явля-
ются развитие научных знаний об экологических основах устойчивого развития, выявление новых экологических рисков, порождаемых как развитием общества, так и природными процессами и явлениями. Для этого необходимо изучение связи между заболеваниями людей и состоянием окружающей среды.
В настоящее время внимание всего научного мира приковано к оценке биологического действия сверхмалых интенсивностей неблагоприятных факторов среды обитания человека, в том числе неионизирующего электромагнитного излучения. Актуальность проблемы сверхмалых воздействий физических факторов окружающей среды признана мировой научной общественностью [Б.М. Владимирский, 1995; Ю.Г. Григорьев, 1997; В.П. Кулешова с соавт., 2001а]. Анализ накопленного материала в области магнитобиологии позволяет сделать вывод о том, что геомагнитное поле является неотъемлемым фактором обитания человека, однако оно при определенных условиях может вызывать биологические эффекты, несущие потенциальный вред человеческому организму. Геомагнитные аномалии являются экологическим фактором риска для общественного здоровья. Проблема электромагнитной безопасности населения и биоэкосистем является одной из важнейших социальных государственных проблем [Б.М. Владимирский, 1995; Ю.Г. Григорьев, 1997].
Необходимо подчеркнуть, что до настоящего времени среди исследователей нет общепринятого мнения о природе универсального физического агента, ответственного за гелиогеобиологические связи. На роль такого агента могут пока обоснованно претендовать только сверхслабые магнитные поля, однако механизм их действия на биосистемы остается до конца не раскрытым [Б.М. Владимирский, 1998].
Интенсивное освоение северных территорий страны, сопровождающиеся переселением в высокие широты больших контингентов пришлого населения, поставили серьезную проблему сохранения и укрепления здо-
ровья людей в неадекватных климато-географических условиях северных урбанизированных территорий. Большая часть климатических, геофизических и космических факторов северных регионов остаются негативными для здоровья человека, появившегося на планете в регионах с более благоприятными условиями окружающей среды [В.И. Хаснулин, 1997]. По мнению О.И. Шумилова с соавт. [2003], большинство иссле-дований биологических эффектов геомагнитных возмущений проводилось в области низких и средних широт, где влияние гелиогеофизических фак-торов в силу их физических особенностей незначительно, в то время как в области высоких широт, где гелиогеомагнитные возмущения максимально выражены, что позволяет говорить о них как о существенном факторе внешней среды, таких исследований практически не проводилось.
Чрезвычайно интересными в свете изучаемой проблемы являются возможные биогенные эффекты геологических неоднородностей земной коры. Так, результаты выполненных в Санкт-Петербургском регионе комплексных геоэкологических и медико-биологических исследований [Е.К. Мельников с соавт., 1994, Е.К. Мельников, 1997] показали, что состояние здоровья населения определяется не столько техногенным воздействием на окружающую среду, сколько наличием геологических неоднородностей, и, в первую очередь, активных разломов. По мнению авторов, большинство активных разломов оказывает патогенное влияние на живые организмы, что служит основанием для выделения их в качестве геопатогенных зон (ГПЗ). Однако причинно-следственные и корреляционные связи между особенностями геофизических факторов над разломами и состоянием общественного здоровья практически не изучены, что и определяет акту-аль-ность проведенного исследования.
Цель исследования: провести системный анализ биопатогенного влияния геомагнитных аномалий локальных разломов земной коры на сердечно-сосудистую заболеваемость населения северной урбанизированной
экосистемы (на примере г. Сургута) с последующей разработкой целенаправленных профилактических мероприятий.
Задачи исследования. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
Составить карту локальных разломов земной коры на территории г. Сургута и дать дифференцированную оценку состояния геомагнитного поля над локальными разломами земной коры и сплошным массивом городской территории.
Провести системный анализ сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности городского населения, проживающего в местах локальных разломов земной коры и над сплошным массивом.
Провести системный анализ развития неотложных состояний у больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, проживающих в местах локальных разломов земной коры и над сплошным массивом.
Провести системный анализ влияния гелиогемагнитных возмущений на адресную частоту сердечно-сосудистой заболеваемости городского населения, проживающего над локальными разломами земной коры и над сплошным массивом.
Научная новизна работы.
Впервые на модели крупного промышленного города показана и научно обоснована территориальная неоднородность геомагнитного поля северной урбанизированной биоэкосистемы, привязанная к локальным разломам земной коры.
Впервые с позиции системного подхода установлена связь реакции аномальных магнитных полей локальных разломов земной коры с лунными приливами и гелиогеомагнитными возмущениями.
Впервые научно обосновано негативное влияние геомагнитного поля разломных зон на сердечно-сосудистую заболеваемость и смертность населения.
Методом медико-географического картографирования доказано, что реальная картина неблагоприятного влияния физических факторов над локальными разломами на экологически обусловленное состояние здоровья населения может быть оценена только с позиции системного биогеоэкологического подхода.
Результаты проведенного медико-экологического исследования открывают перспективу для более углубленного изучения заболеваемости населения с новых позиций взаимодействия организма с геофизическими факторами.
Практическая значимость.
Практическая значимость проведенного исследования заключается в обосновании необходимости разработки и реализации комплекса мероприятий, направленных на защиту населения от неблагоприятного воздействия геомагнитных аномалий, определяемых в зонах локальных разломов земной коры, а также профилактику и снижение заболеваемости среди городских жителей.
Одной из основных в области региональной политики должна являться задача экологически обоснованного размещения хозяйственных и жилищно-коммунальных объектов, усиление в этом направлении муниципального и общественного контроля, роли экологической экспертизы проектов и муниципальных программ.
Внедрение результатов исследования. Представленные диссертационные материалы легли в основу организации городской лаборатории социально-гигиенического мониторинга. Результаты исследований внедрены в деятельность Сургутского городского Комитета по экологии и природопользованию, Комитета по здравоохранению, Управления социальной защиты населения Администрации города Сургута, а также в педагогический процесс на биологическом факультете и в медицинском институте при Сургутском государственном университете.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на:
-Международном симпозиуме «Мониторинг и оптимизация природопользования» (Москва-Селингер, 1996 г.);
-IV Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1999 г.);
-Международной конференции «Экология и здоровье в XXI веке» (Ульяновск, 2001 г.);
-Международной конференции «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики (ESFEA-2001) (Томск, 2001 г.);
-Российском национальном конгрессе кардиологов «Кардиология: эффективность и безопасность диагностики и лечения» (Москва, 9-11 октября 2001 г.);
-Международной научной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 29-31 мая 2002
г.);
-Всероссийской конференции Общества специалистов по сердечной недостаточности «Сердечная недостаточность» (Москва, 2002 г.);
-Российском национальном конгрессе кардиологов (Санкт-Петербург, 8-11 октября 2002 г.);
-International Ecologic Forum (St Petersburg, June 29 - July 2, 2003);
-Международном научном симпозиуме «ЮГРА-ГЕМО» (Ханты-Мансийск, 30-31 октября 2003 г.);
-7-й Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей (Пенза, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 1 монография, 6 статей в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК. Перечень основных публикаций приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Весь первичный материал для диссертационного исследования собран при непосредственном участии соискателя. Лич-
ный вклад автора заключается также в изучении литературных данных, проведении статистической обработки представленных материалов, системном анализе и синтезе результатов наблюдений и внедрении полученных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Системный подход в медико-биологической географии диктует необходимость рассматривать селитебную зону как геологически неоднородную территориальную антропоэкологическую систему.
Локальные разломы земной коры характеризуются выраженными геомагнитными аномалиями, связанными с лунными приливами и гелиогеомагнитными возмущениями.
При компонентном исследовании влияния геофизических факторов на здоровье населения в ареале территориальной антропоэкологиче-ской системы наиболее приемлемым является метод картографического моделирования.
Локальные геомагнитные аномалии вызывают определенные биопатогенные эффекты, являясь существенным фактором риска для здоровья населения. Медико-экологическое картографирование позволило выявить четкую пространственную связь локальных геомагнитных аномалий с территориальной неоднородностью сердечнососудистой заболеваемости и смертности населения.
Общебиологические эффекты магнитных полей
В пределах Солнечной системы постоянно происходят приливы и оттоки энергии. Земная органическая жизнь, начиная от микроорганизмов и кончая человеком, отзывается на внешние колебания вариациями своих физиологических свойств [Л.В. Голованов, 1995]. В периоды изменения геомагнитной активности отмечены как изменения толщины годичных колец деревьев, так и существенные изменения численности животных. Так, показано, что увеличение численности грызунов в Прибалтике четко совпадает с периодами геомагнитных возмущений. Магнитное поле Земли оказывает влияние на способность живых существ ориентироваться в пространстве. В опытах с экранированием и искусственным изменением магнитного поля изменялось поведение животных, в частности, направление их миграции [Ю.Г. Мизун, 1997]. Данные исследований свидетельствуют о том, что жизнь не может протекать нормально без постоянной подстройки внутренних электрических процессов к изменениям внешних геомагнитных полей. Как экранирование электромагнитного поля, так и действие полей высокого напряжения несут для живого организма негативные последствия. Необходимо знать, когда действие электромагнитного поля несет потенциал жизни, а когда - нарушение функций систем жизнеобеспечения [В.И. Хаснулин с соавт., 2000].
К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал, свидетельствующий о высокой чувствительности живых систем к слабым магнитным полям, сравнимым по величине с геомагнитным полем. Так, экспериментальное воздействие низкочастотного магнитного поля на начальных этапах прорастания семян различных растений заметно ускоряло их выход из состояния покоя; повышалась всхожесть и скорость прорастания семян, увеличивалась биомасса конечного продукта, повышалась выносливость растений к внешним воздействиям [СИ. Аксенов с соавт., 1996; Л.Г. Калинин с соавт., 2003, 2005; Y. Negashi et al., 1999; L. Rakosyican et al., 2005]. По мнению Ю.Г. Мизуна [1997], геомагнитные возмущения непосредственно влияют на клеточные мембраны, увеличивая их проницаемость, что усиливает эффективность обменных процессов с внешней средой. Растения получают возможность более эффективно впитывать питательные вещества. Отсюда автор делает вывод об определенном положительном влиянии на рост сельскохозяйственной продукции путем воздействия на растения искусственными магнитными полями определенных режимов.
В.В. Новиковым с соавт. [2002] показано, что воздействие комбинированными слабыми и сверхслабыми магнитными полями в эксперименте увеличивает интенсивность бесполого размножения планарий.
Выявлена связь биоритмов локомоторной активности рыб в аквариумных условиях с изменением геомагнитного поля. Экспериментальные работы позволили автору выдвинуть гипотезу о непосредственном влиянии электромагнитного поля Земли на экосистемы водоемов и его синхронизирующую роль в регуляции двигательной активности планктонных сообществ. Обсуждается проблема возможных механизмов магниторецепции у различных представителей фауны, а также структуру гипотетического магниторецептора. Несмотря на то, что механизм магниторецепции до сих пор окончательно не идентифицирован, наметились основные направления решения этой общебиологической проблемы. Наблюдения и исследования поведения животных на протяжении многих лет с очевидностью показывают, что почти все виды реагируют на слабые магнитные поля, близкие по своим физическим характеристикам к естественным. Некоторые из них особенно чувствительны к геомагнитному полю и даже могут использовать его во время дальних миграций. Способность воспринимать магнитное поле подразумевает наличие некоего специального механизма для детекции и преобразования магнитного сигнала. Так, у магни-точувствительных бактерий в цитоплазме обнаружены частицы «магнетита» - цепочка кристаллов, ориентированных по длинной оси бактерии. Окруженные общей мембраной, они образуют магнитный диполь (прообраз компаса). В последнее время исследователи все чаще находят структуры, подобные магнетиту, у различных животных и даже у человека [В.В. Александров с соавт., 1995, 1997; М.Б. Ванштейн сосавт., 1996; Е.О. За-гальская, А.А. Максимович, 1997; Т. Kimchi et al., 2004; K.J. Lohmann et al., 2004; H. Mouritsen et al., 2004; T. Nishi et al, 2004; Y. Camlitere, 2005; M. Fuller, J. Dobson, 2005; P. Galland, A. Pazur, 2005; P. Thalau et al., 2005; E. Wajnberg et al., 2005; W. Wiltschko, R. Wiltschko, 2005; V.N. Binhi, 2006; R. Muheim, 2006].
П.А. Кашулин и Л.А. Першаков [1995], изучая северные экосистемы, выявили, что специфической особенностью их сезонной и многолетней динамики являются регулярные периодические флуктуации некоторых свойств на популяционном уровне биоты. Так, в ряде субарктических регионов выявлены 4-5-летние циклы динамики численности грызунов и биологической продуктивности представителей местной флоры. Применительно к растениям обнаружены многолетние и сезонные вариации накопления биомассы. Наблюдаемая цикличность не может быть объяснена только внутрибиоценотическими взаимоотношениями. Характер выявленных изменений указывает на возможность присутствия внешнего задателя ритма. Известно, что северный регион характеризуется повышенным уровнем крупномасштабных геосферных флуктуации, связанных с солнечной активностью. Авторы в лабораторных условиях моделировали естественные магнитосферные пульсации и изучали их влияние на вегетирующие растения семейства злаковых. Многочасовая экспозиция вызывала стимуляцию их роста. В соответствии с теорией самоорганизующихся систем, слабые, но регулярно повторяющиеся воздействия могут оказывать стимулирующее и упорядочивающее влияние на такие системы.
Н.К. Белишева и А.Н. Попов [1995] также считают, что эта проблема особенно актуальна для высоких широт, где вариации геомагнитного поля проявляются экстремальным образом, и эффекты их воздействия на биосистемы могут быть более выраженными. Используя культуры клеток различного онтогенетического и филогенетического происхождения (мышь, хомяк, форель), авторы показали, что при геомагнитных возмущениях в этих клетках возникают множественные морфофункциональные изменения, связанные с появлением гигантских ядер, многоядерных структур, экскрецией ядерного материала. Идентичность выявленных изменений в различных клеточных линиях свидетельствует об универсальном характере реакций клеточных популяций на вариабельные условия среды.
Влияние магнитных полей малой интенсивности на организм человека
Исследования последних лет показали, что вариации солнечной и геомагнитной активности влияют на рождаемость и смертность населения, причем с ростом солнечной активности и изменением уровня магнитной возмущенности рождаемость падает, а смертность возрастает [С.А. Зайцева, М.И. Пудовкин, 1995]. W. Randell и W.S. Moos [1993], проанализировав ежегодную рождаемость населения по отношению к 11-летнему солнечному циклу, также обнаружили корреляции ее ритмов с солнечными пятнами и геомагнитными возмущениями.
В.Н. Доронин с соавт. [1996, 1998] при исследовании злоровых людей обнаружили явную зависимость изменений физиологических параметров от вариаций геомагнитного поля.
Воздействие гелиогеомагнитных аномалий может сказываться и на функционировании высшей нервной деятельности [Б.М. Владимирский, Л.Д. Кисловский, 1998а; S. Strbuck et al., 2002]. По мнению К.А. Никольской с соавт. [1996], возмущения магнитного поля Земли следует рассматривать как отрицательный психогенный фактор, нарушающий нормальные условия для высшей нервной деятельности.
В экспериментальных исследованиях, проведенных с людьми в изолированной камере, показано, что колебания геомагнитной активности могут вызывать нарушения памяти [М.А. Persinger, 2002].
Возможно, что существуют биогеофизические взаимодействия резонансного характера, которые приводят к синхронизации ритмов биоэлектрической активности мозга с вариациями геомагнитного поля или электрического поля атмосферы, что выявляется при сравнении спектров мощности вариаций электрического поля Земли со спектрами электрической активности мозга [В.А. Парфентьев с соавт., 1998; J.N. Booth et al., 2005].
На основании анализа влияния вариаций геомагнитного поля на состояние мозга Н.К. Белишева с соавт. [1995а] делают заключение, что для его устойчивого функционирования необходим оптимальный уровень геомагнитной активности, выраженной в форме периодических колебаний с определенным амплитудно-частотным диапазоном, в котором существенную роль играют геомагнитные пульсации. Как значительное снижение уровня геомагнитной активности, так и возникновение апериодических возмущений могут приводить к неустойчивому состоянию мозга. Действительно, в ряде исследований показано, что число несчастных случаев и травматизма на транспорте увеличивается с ростом геомагнитной активности [Ю.Г. Мизун, 1997]. Так, по данным Я.Ф. Ашкалиева с со-авт. [1995], в месяцы с максимальными значениями геомагнитных бурь число дорожно-транспортных происшествий (ДТП) значительно выше, чем в месяцы с минимальными значениями, что указывает на высокую степень обусловленности состояния психики человека уровнем геомагнитной активности. M.V. Alania et al. [2001, 2004], Y. Alonco [1993] также показали наличие определенных периодов, когда число ДТП имело прямую корреляцию с индексом геомагнитной активности.
R.M. Baevsky et al. [1998] обнаружили усиление активности высших нервных центров у космонавтов во время магнитной бури и через 1-2 дня после нее.
Известно, что примерно 80% авиакатастроф связано с ошибками летного состава (человеческий фактор). При этом гелиогеофизические факторы практически не принимаются во внимание. В ряде исследований показано существование достоверной связи между числом авиационных происшествий и геомагнитными флуктуациями, что авторы связывают с изменениями профессиональной надежности летчиков, находящихся в зоне влияния бурь [Ф.И. Комаров с соавт., 1998; N.M. Fournier, М.А. Persinger, 2004].
Подобных исследований в разных странах к настоящему времени выполнено немало. Суть полученных результатов сводится к тому, что с увеличением гелиогеомагнитной активности нормальное функционирование высшей нервной деятельности становится затруднительным, увеличивается время реакции на внешний раздражитель [Ю.Г. Мизун, 1997; В.П. Кулешова, С.А. Пулинец, 2001].
Гипотеза, что геомагнитные бури могут влиять на сезонные изменения распространенности депрессивных состояний, действуя как «усилитель» депрессивных болезней у восприимчивых индивидуумов, подтверждена статистически значимым увеличением на 36,2% обращений за медицинской помощью с различными депрессивными состояниями на второй неделе после таких бурь в сравнении с магнитоспокойными контрольными периодами [R.W. Кау, 1994].
R.P. O Connor и М.А. Persinger, [1997, 1999, 2001а] обнаружили, что в дни геомагнитных возмущений возрастает внезапная младенческая смертность, что авторы связывают с преходящими электрическими аномалиями в мозговой функции.
Что касается высоких широт, то исследования, проведенные В.И. Хаснулиным с соавт. [2000], показали, что воздействие экстремальных геофизических факторов в условиях Севера приводит к нарушению прежде всего психофизиологических механизмов адаптации, что сопровождается психоэмоциональными нарушениями, повышенной раздражительностью и конфликтностью, снижением настроения и активности, нарушением сна.
По мнению Н.К. Белишевой с соавт. [1995], частые и значительные геомагнитные возмущения в условиях Севера могут быть одной из причин возникновения комплекса психоэмоциональных реакций, характерных для синдрома «полярного напряжения».
Головной мозг человека синхронно откликается на такие слабые по мощности сигналы, как колебания геомагнитного поля в магнитовоз-мущенные дни [В.А. Парфентьев с соавт., 1997]. Обнаружены одинаковые периоды в колебаниях геомагнитного поля и альфа-ритма мозга [В.Н. Доронин с соавт., 1998]. Д.Р. Беловым с соавт. [1998, 2001] выявлена положительная корреляция данных электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с геомагнитной активностью, универсальная для большинства регионов коры головного мозга. Авторы предполагают, что в степени синхронности спонтанной ЭЭГ находят отражение два вида чувствительности нервной системы человека к магнитному полю Земли: стрессорная реакция, возникающая в ответ на сильные кратковременные возмущения (магнитные бури) и седа-тивный эффект медленных магнитных колебаний. Ю.А. Холодов (1998), изучая реакции нервной системы на различные электромагнитные поля, также выявил неспецифическую реакцию мозговых клеток, напоминающую адаптационный стресс-синдром Селье, сопровождающуюся торможением условнорефлекторной деятельности, торможением процессов обучения и памяти.
A. Oliviero et al. [1999], F.M. Mottaghy et al. [2000] на здоровых добровольцах изучали эффект транскраниальной магнитной стимуляции на церебральный кровоток и метаболизм. Результат продемонстрировал способность магнитных полей вызывать функциональные нарушения в элементах нейронной сети, изменяющие их активность и проявляющиеся в изменении поведенческих реакций. Кроме того, определенные магнитные воздействия активируют метаболическую активность коры головного мозга и мозговой кровоток. По мнению R.W. Кау [1994], этот эффект связан с изменением проницаемости клеточных мембран мозговых клеток в ответ на геомагнитные возмущения.
С.Н. Лукьяновой [2002] обосновано неспецифическое синхронизирующее влияние электромагнитного излучения, которое при определенном режиме раздражения центральной нервной системы может стать причиной судорожных проявлений эпилептоидного типа.
Методы исследования геологической неоднородности земной коры на территории г. Сургута
Выявление локальных разломов земной коры (ЛРЗК), проявляющих современную активность на территории г. Сургута, осуществляли на основе собственной методики («Методика изучения и оценки динамически напряженных зон - локальных разломов земной коры с использованием материалов дистанционного зондирования и данных стандартного и радиоактивного каротажа», № 08-17/168). Методика разработана в процессе исследований на территории месторождений Западной Сибири, согласована 04.08.1995 г. в Комитете Российской Федерации по геологии и использованию недр (РОСКОМНЕДРА) и защищена 02.07.2004 г. патентом РФ № 2285278. Процесс выявления и оценки ЛРЗК состоял из нескольких этапов.
На первом этапе было выполнено компьютерное дешифрирование спектрозональных разномасштабных разновременных космических фотоснимков и материалов сканнерной космической съемки, а также аэрофотоснимков с целью выявления линеаментов - прямолинейных элементов ландшафтов, отражающих ЛРЗК на поверхности Земли.
Для целей линеаментного дешифрированиия использовали материалы сканнерной съемки и фотоснимки, имеющие ряд спектральных диапазонов, расположенных в пределах длин волн от 0,3 до 15 мкм. В качестве базовой основы дешифрирования использован космический спектрозональный фотоснимок, полученный при съемке с искусственного спутника Земли серии «Космос» летом 1993 года (далее - базовый снимок); диапазон длин волн составлял 0,4-15 мкм, масштаб 1:200000.
Линеаментное дешифрирование материалов дистанционного зондирования в условиях городской застройки г. Сургута сопровождалось рядом проблем. Плотно расположенные здания и растения покрывали большую часть города, скрывая накапливаемую десятилетиями реакцию почвопок-ровных растений на геологические неоднородности. Ежегодное фрагментарное озеленение и повсеместная отсыпка песком участков под строительство разрушали естественный почвенный покров. Все это обусловило необходимость использования космических и аэрофотоснимков глубокой временной ретроспективы. Использовали разномасштабные космические и аэрофотоснимки и материалы сканнерной съемки временного ряда с 1963 по 1996 гг.: спектрозональный космофотоснимок 1986 г. масштаба 1:200000; аэрофотоснимки территории г.Сургута и прилегающих территорий 1963 г. масштаба 1:28000; аэрофотоснимки территории г.Сургута и прилегающих территорий 1984 г. масштаба 1:50000, что и позволило выполнить линеаментное дешифрирование.
После компьютерной обработки всех материалов дистанционного зондирования было сформировано результирующее компьютерное изображение, представляющее собой комплексный файл-снимок исследуемой территории города, по которому выполнили компьютерное линеаментное дешифрирование в среде программных комплексов ERDAS и Fotoshop. Результаты дешифрирования конвертировали в формат Maplnfo. Картографическую привязку материалов осуществляли с помощью пакета Geographic Transformer. Тематические карты по данным дешифрирования создавали в среде Maplnfo и Arc View. В работе использован аппаратный комплекс на основе 6-ти персональных компьютеров РЗ-600 МГц.
На втором этапе был выполнен комплекс работ по анализу данных геологических исследований и материалов инженерно-геологических изысканий.
Для оценки отличия геологических условий над ЛРЗК и сплошным мае сивом выполняли пространственный анализ материалов геологических исследований. Использовали следующие материалы разведочного бурения: данные стандартного и радиоактивного каротажа; керновые данные; геологическую колонку. Прослеживали выявленные ЛРЗК в осадочном чехле земной коры до глубин разведочного бурения 2300-2800 м с целью исключения пассивных или слабоактивных разломов, не доходящих до поверхности, «теряющихся» на глубинах 600-800 м; последние не проявляют современной активности на поверхности и в рамках данного исследования не актуальны.
Пространственный анализ материалов инженерно-геологических изысканий по скважинам позволил оценить свойства грунтов над локальными разломами в сравнении со сплошным массивом.
На третьем этапе производилась наземная сверка выявленных ЛРЗК, для чего осуществляли пространственный анализ радиационного поля на основе моделей распределения по территории города уровня гамма-фона и концентрации радона в воздушной среде.
Для построения моделей распределения уровня гамма-фона выполняли гамма-съемку. Измерения мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения осуществляли двумя универсальными радиометрами-дозиметрами МКС-01Р в соответствии с «Инструкцией по измерению гамма-фона», утвержденной 9 сентября 1984 года за № 3255. Благодаря наличию шести сцинтилляционных блоков детектирования прибор позволял фиксировать излучения большого спектра энергии: от 25 мЭВ (микроэлектроно-вольт) до 14 МэВ (мегаэлектроновольт), что дало возможность измерить суммарное излучение от слабых источников радиоактивности с энергиями от 25 мЭВ и зафиксировать быстрые высокоэнергетичные частицы с энергиями до 14 МэВ. До и после каждого цикла измерений прибор МКС-01-Р градуировали на эталонном источнике. Накопление импульсов составляло 100 секунд, измерения осуществлялись по три раза в каждой точке.
Для построения моделей распределения содержания радона в воздушной среде над ЛРЗК и сплошным массивом выполняли радоновую съемку. Измерения эквивалентной равновесной объемной активности ра- дона (ЭРОА Rn ") в воздушной среде города выполняли четырьмя приборами.
Радиометром «РЭКС» измеряли ЭРОА Rn методом прокачки воздуха через накопительный фильтр в течение 30 мин в каждой точке. В результате получали разовую ЭРОА Rn222 и его дочерних продуктов распада (ДПР) в данный момент времени. В некоторых точках с целью качественной оценки процессов эманации радона породами ЛРЗК и сплошного массива измеряли среднюю объемную активность (СОА) радона и его ДПР с использованием гамма-спектрометрической установки для анализа угольных адсорберов, которые устанавливали в измерительных точках с целью накопления радона в течение суток.
Основную массу данных об ЭРОА Rn и активности его ДПР получали в измерениях с использованием радиометра RAMON-01. Воздухоза-борное устройство со скоростью прокачки воздуха 30 л/мин позволило охватить радоновой съемкой всю территорию города. Аэрозольные пробы, полученные путем прокачки в течение 2 мин 60 л воздуха через спектрометрический фильтр типа АФА-РСП20, анализировали с помощью полупроводникового кремниевого детектора альфа-частиц с р-n переходом площадью 20 см2.
Результаты 11500 измерений ЭРОА Rn222, выполненных в процессе радоновой съемки, и 43821 измерений МЭД гамма-излучения, составившие массив гамма-съемки, были внесены в базу данных и привязаны на местности.
Анализ карты локальных разломов земной коры на территории г. Сургута и дифференцированная оценка территориальной неоднородности геомагнитных аномалий в черте города
Особенности ЛРЗК на территории города Сургута. На поверхности земли ЛРЗК проявляются линеаментами. Последние детально изучены и нанесены на карту города в результате анализа двух спектрозональных космофотоснимков, диапазон длин волн которых составлял 0,4-15 мкм (1986-1993 гг.), двух черно-белых аэрофотоснимков (1963-1984 гг.) и материалов спутниковой сканнерной съемки со спутника «Ресурс-МСУ-Э» с разрешением на местности до 40 м (1995 г). Визуальный контроль по спек-трозональным аэрофотоснимкам территории города Сургута и прилегающих территорий позволил исключить прерывистость линеаментов и изобразить их на базовом снимке и карте сплошными спрямленными линиями (см. рис. 1). Визуальное наземное маршрутное исследование ландшафтных сообществ на территории города позволило установить, что линеаменты, выявленные в процессе дешифрирования, соответствовали активным ЛРЗК на территории города. Об этом свидетельствует неизменность во времени структур ландшафта, отражающихся в линеаментах и проявляющих ЛРЗК, несмотря на то, что создаваемый в процессе хозяйственной жизни города, а также природный ландшафты продолжали изменяться. На примере сравнения материалов 1993 и 1984 гг. представлена особенность поведения границ ландшафтных объектов, не затронутых городской хозяйственной деятельностью, которая проявлялась при детальном рассмотрении разномасштабных материалов дистанционного зондирования всего временного ряда. Так, при анализе эволюции береговой линии старицы дугообразной формы, расположенной на фрагменте черно-белого аэрофотоснимка 1984г.
По сравнению с тем, как она выглядит на космическом спектрозональном фотоснимке 1993 г., установили, что произошло заметное изменение конфигурации отмелей, береговых линий старицы. Восточная же граница отмели, которая контролируется субмеридиональным ЛРЗК, проявленным в виде линеамента в юго-восточной части, оставалась неизменной. То же наблюдали и для северной дугообразной линии - она контролировалось субширотным ЛРЗК и почти десять лет оставалась практически неизменной. (Описание этапов выявления локальных разломов земной коры и оценки их геомагнитных полей приведено на стр. 104-113).
В разрезе ЛРЗК проследили до глубин разведочного бурения 2300-2800 м на основе анализа стандартного и радиоактивного каротажа скважин разведочного бурения. Установили, какие из ЛРЗК теряются в недрах земли, а какие доходят до поверхности. Анализ керновых данных позволил установить, что для пород, слагающих ЛРЗК на территории города Сургута, в отличие от сплошного массива, характерны повышенные водонасыщенность, проницаемость и трещинноватость; пониженные - плотность и твердость. Анализ материалов инженерно-геологических изысканий позволил изучить особенности свойств ЛРЗК в приповерхностном слое до глубин инженерно-геологического бурения - 20 м. На этих глубинах также отмечали повышенные водонасыщенность, проницаемость, электропроводность, рыхлость, а также пониженные плотность и твердость пород.
В процессе анализа результатов радоновой и гамма-съемок установлено, что над ЛРЗК расположены аномалии радиационного поля. Модели распределения гамма-фона и концентраций радона в воздушной среде города позволили выделить пространственные аномалии радиационного поля и убедиться, что они территориально привязаны к ЛРЗК. Уровень гамма-фона над ЛРЗК почти в 2 раза выше, нежели над сплошным массивом. Среднегодовые значения уровня гамма-фона в разные периоды года, повышенные летом, составляли: над ЛРЗК - 24,99+4,83 мкР/ч; над сплошным массивом - 13,21+2,76 мкР/ч (Р 0,001; табл. 5). Радон выделялся из недр Земли в воздушную среду города Сургута интенсивнее над ЛРЗК. ЭРОА и СОА радона над ЛРЗК в среднем почти в 2 раза выше, чем над сплошным массивом. Среднегодовые значения ЭРОА радона составляли: над ЛРЗК — 44,98+5,76 Бк/м3; над сплошным массивом - 29,21+2,93 Бк/м3 (Р 0,001; табл. 5). В летние периоды над отдельными точками в границах ЛРЗК на-блюдались ураганные значения ЭРОА радона, достигающие 130-600 Бк/м , в то время как Научным комитетом по действию атомной радиации Организации Объединенных Наций (НКДАР ООН) установлено, что мировые взвешенные по численности населения значения средней активности радона составляют 40 Бк/ м3 [НКДАР. Радиация, 1988].
Границы ЛРЗК, выявленных на территории города с использованием геофизических исследований, изрезаны, однако при нанесении их на карту города масштаба 1:100000 они спрямлены и представляют собой полосы, в границах которых наблюдаются деформации породы, более интенсивный выход радона на поверхность из недр, повышенный гамма-фон. Всего на территории г. Сургута выявлено 18 ЛРЗК, занимающих 39,3% городской территории.
Особенности геомагнитного поля над ЛРЗК. В результате исследования неоднородности геомагнитного поля на территории города Сургута было установлено, что величины магнитного поля над ЛРЗК и над сплошным массивом существенно отличались. Над всеми 18-ю ЛРЗК в городе Сургуте наблюдались полосовые аномалии магнитного поля. Оно характеризовалось размытостью ареалов. Геомагнитное поле аномалий «выступало» за пределы геометрических границ ЛРЗК на 50-200 м. Так, если ширина ЛРЗК составляла 300 м, то его аномальное магнитное поле фиксировалось на 500-х м, ширина наблюдаемого аномального поля на две трети превышала ширину ЛРЗК, порождающего локальную полосовую магнитную аномалию.
