Факторы окружающей среды, влияющие на работоспособность спелеологов

Факторы окружающей среды, влияющие на работоспособность спелеологов

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА, МОЛОДЁЖИ И ТУРИЗМА

Реферат по физиологии

Тема: «Факторы окружающей среды, влияющие на работоспособность спелеологов»

Выполнила

Федянина Г.В.

Москва 2011

Пещеры не являются естественной средой обитания для современного человека .В подземелье на организм действует ряд специфических для данной местности факторов. Остановимся на некоторых характерных особенностях пещер. Без сомнения, многие из них хорошо известны - тем не менее, далеко не все представляют их подлинное действие на человека.

Первое, конечно, это темнота. Зачастую подземная тьма абсолютна : для любого, оказавшегося под землёй, при всех, даже самых фантастических раскладах, возможен лишь один источник света: тот, что принесён с собой с поверхности. Известно также, что почти всю информацию о внешнем мире мы получаем с помощью органов зрения; внезапно ослепший человек становится абсолютно беспомощным. Это важнейший факт, действующий как на психологию пребывающего под землёй, так и на более подсознательном уровне: в эниологическом аспекте.

Второе важнейшее свойство пещер - тишина. За редкими исключениями ( шум подземных водопадов в вертикальных пещерах, капёж со свода, грохот последнего слышимого тобой в этой жизни обвала ) она так же абсолютна . Отсутствие внешних звуков - столь привычного нам на поверхности акустического фона - действует на человека как на физиологическом, так и на эниологическом ( подобно темноте ) уровне. Но если эниологическое влияние тотальной тишины сходно с аналогичным влиянием темноты, то в области физиологии имеются существенные различия. Во-первых, подземная тишина зримо не влияет на безопасность находящегося под землёй,- и глухой, имея должный свет, в состоянии выбраться из пещеры. Во-вторых, отсутствие привычного дальнего акустического фона влечёт за собой гипертрофированное увеличение чувствительности ко всем внутренним шумам организма: току крови в сосудах, сокращению мышц и т. д. В-третьих, преувеличенное значение для человека приобретают ближние, пиковые шумы от источников звука, находящихся в пределах прямой видимости. В одних случаях это влечёт за собой увеличение акустической чувствительности слуха и даже его восстановление в случае предыдущей потери; в других - частичную или полную глухоту. Тщательные исследования на эту тему не проводились - хотя миллионы людей страдают от ряда слуховых расстройств, которые можно вылечить под землёй. В отдельных случаях было замечено, что недостаток акустической информации компенсируется иными её источниками - в частности, эниологического рода: то есть человек начинал слышать звуки, которые “распознать” на обычном физическом уровне явно не мог. Как и многие другие интересные темы, эта практически не исследовалась.

Третий важный фактор, действующий на человека в пещере - практически полная изоляция от воздействий внешнего, наземного мира. Даже двадцатиметровый слой известняка надёжно изолирует почти от всех видов электромагнитных полей и излучений ( об акустической изоляции уже было сказано ); единственные исключения - гравитационное и магнитное поля Земли, да потоки нейтрино. Что не менее важно - “подземля” известняковой своей оболочкой надёжно защищает находящегося в ней человека от поверхностного эниологического фона, продуцируемого мегаполисами. Находясь в пластах известняка, отпечатках матриц былой жизни, человек как бы “выключается” из окружающей его на поверхности ноосферной матрицы. Это очень важный фактор он позволяет именно под землёй проводить наиболее чистые эксперименты, связанные с экстрасенсорикой. Никакие сурдокамеры, расположенные в городе, такой изоляции не могут дать в принципе. пещера спелеологический тромб

Итак, пещера - удобнейший естественный полигон для проведения целой группы физиологических, биоритмологических, психологических и эниологических исследований. Никакая городская сурдокамера никогда не создаст необходимых для проведения подобных исследований условий.

В жару и в мороз температура тела здорового человека почти неизменна. Но человек все время перемещается, попадая в разные внешние условия. Спелеологические объекты располагаются во всех климатических поясах от экваториального до арктического и антарктического (рис. 48) и на разных высотах - от +6 +1 км, пещера Ракиот в Гималаях, до -3 -4 км, золото- и уранодобывающая шахта Витватерсранд в Южной Африке. Они контактируют с двумя зонами атмосферы тропосферой (0:+7 км) и подземной тропосферой (0:4 км), особенности которых изучают науки географического цикла. В пределах этих зон все метеорологические параметры испытывают сильные колебания.

Атмосферное давление меняется от 300 (на высоте 7 км) до 350 (на уровне моря) и даже 1125 мм рт. ст. (на глубине 4 км) Работая в зоне индифферентности (0 +2000 м), спелеологи не замечают особых изменении в своем организме, в зоне полной компенсации (+2000 +4000 м) организм начинает работать нормально только после нескольких дней акклиматизации, в зоне неполной компенсации (выше 4000 м) у многих могут наблюдаться признаки горной болезни - гипоксии. С ее проявлениями можно столкнуться при изучении карстовых (Сыйкырдуу, +4600 м) и ледниковых (Памир, 5900...6100 м) пещер Таджикистана. Проявления горной болезни индивидуальны - встречаются не у всех членов группы или в разное время, а границы - возрастают с увеличением континентальности климата : Альпы +2800 м, Кавказ +3400 м, Тянь-Шань +4100 м, Тибет и Гималаи -+5500 м).

Температура воздуха на поверхности моря в разных климатических поясах колеблется от -65 до +34 °С. А к верхней границе тропосферы убывает (средний градиент 0,5 °/100 м). В подземной тропосфере, начиная с некоторой глубины (10-25 м), она нарастает от среднегодовой температуры местности (геотермический градиент +3°С/100 м). Таким образом, при отсутствии искусственной вентиляции температура в шахтах на глубине более 1 км должна превышать 30 °С.

Человек на открытом воздухе подвергается влиянию погоды. В любой точке земли погода определяет состояние человека, которое врачи оценивают по 7-балльной шкале: очень холодно, холодно, прохладно, комфортно, тепло, жарко, очень жарко. "Термостат" человека реагирует на его ощущения специфическими терморегуляторными реакциями: потоотделением или дрожью, изменениями пульса и дыхания; а сам человек - действиями: изменением позы, снятием теплой одежды и пр. Но как поведет себя организм человека в чуждой ему среде карстовых полостей? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучить особенности пещерной среды. Этим занимается специальная наука - спелеометеорология.

Известный французский спелеолог Ф. Тромб в 50-е гг. построил график, наглядно иллюстрирующий микроклиматические условия пещер через соотношение температуры, абсолютной и относительной влажности воздуха (рис.1). В пределах каких полей чаще всего приходится работать под землей? Ответ на этот вопрос дают многочисленные наблюдения, выполненные в разных карстовых полостях мира.

Рис.1 Наиболее вероятные микроклиматические условия проведения спелеологических исследований (по Ф. Тромбу, с дополнениями автора).

Условия пребывания под землей: 1 - холодно, влажно; 2 - холодно, очень влажно; 3 - изнуряюще жарко; 4 - холодно; 5 - прохладно; 6 - нормально; 7 - жарко; 8 - возбуждающе; 9 - раздражающе жарко

Температура воздуха в пещерах колеблется в очень широких пределах: от отрицательных (-20...-40 °С) в ледниковых полостях полярных и горных стран до положительных (+25...+38 °С) в полостях тропиков и субтропиков, а также в глубоких искусственных выработках. Американские спелеологи Мур и Сюлливан предложили формулу, связывающую температуру в нейтральной части пещер (Т, °С) с широтой местности (L, °) и высотой над уровнем моря (Н, м):

Естественно, это средние цифры, зависящие от местных условий, геотермических особенностей региона, морфологии пещер, интенсивности их проветривания и пр.

Относительная влажность в большинстве пещер и искусственных выработок близка к 100% (исключение представляют небольшие статические пещеры, расположенные близко к поверхности). Исходя из этого можно рассчитать абсолютную влажность воздуха в них,- для разных широт и высот она меняется от 5 до 30 мм рт. ст.

Таким образом, наиболее вероятными условиями пребывания человека под землей в низких широтах будут "прохладно", "возбуждающе", "жарко" и "раздражающе жарко"; в средних - "холодно", "холодно, влажно", "холодно, очень влажно"; в высоких - "очень холодно", "холодно, влажно". Наш природный термостат слабо приспособлен к таким условиям, так как в большинстве случаев температура человеческого тела значительно превышает температуру подземной атмосферы. Это определяет основную угрозу - переохлаждение. Бывают обводнённые пещеры. В воде, теплоемкость которой в 4, а теплопроводность - в 25 раз больше воздуха, основная масса тепла теряется за счет теплопроведения. Охлаждение спелеолога происходит особенно быстро, если воздух и вода находятся в движении, так как он вынужден обогревать все новые слои.

Охлаждение происходит постепенно. Первая его стадия - ощущение холода, дрожь, инертное поведение. Организм борется с ним усиленным теплообразованием, повышением интенсивности окислительных процессов. Вторая стадия - "гусиная кожа", озноб, побледнение, иногда судороги. Мышечные нагрузки и в этом случае позволяют вернуться к норме. Третья стадия - необычное поведение, плохая координация, боли в мышцах, паралич голосовых связок, потеря сознания. Переохлаждение сопровождается снижением периферической (кожа, конечности) и центральной (сердце, мозг, легкие) температуры до 30 °С. Дальнейшее понижение центральной температуры (30-25 °С) приводит к смерти.

Довольно долго спелеологи Европы страдали в пещерах в основном от переохлаждения, а перегрев считался возможным лишь в далеких от нас тропиках. Первый сигнал пришел из пещер массива Алек (Кавказ). По глубине они немного превосходили крымские, но отличались довольно сильной обводненностью, чередованием вертикальных колодцев, наклонных галерей и узких "шкуродеров". Наличие воды заставляло работать в облегающем гидрокостюме, ограничивающем теплоотдачу. И сразу появились грозные признаки: общая слабость, вялость, сухость во рту, тошнота, покраснение или побеление лица, частое, поверхностное дыхание. Не надо быть врачом, чтобы понять - это перегревание.

Еще в античные времена были известны пещеры, посещение которых опасно для жизни. В небольшую пещеру Канини близ Неаполя человек мог зайти свободно, но сопровождающие его собаки погибали. Стоило наклониться к четвероногому другу - и человек тоже терял сознание. Это объяснялось высокой концентрацией углекислого газа в приземном слое воздуха (до 77%). Газ поступал в пещеру по трещинам в известняках и вулканических породах. Такие же пещеры известны в других районах Европы (Збрашовская, Чехия, 36%), Азии (Кармал, Иран, 24%), Америки (Калифорния, США, 19%).

Что же это за коварный газ? Оксид углерода - бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый вкус. Благодаря большему удельному весу, чем кислород, он накапливается в нижних частях пещер, образуя "озера". Человек хорошо приспосабливается к атмосфере, содержащей до 3% СО2, концентрация более 12% абсолютно смертельна, диапазон 3-6% - спорный. Последние достижения космической медицины выявили, что при концентрации 3-6% пребывание здорового человека в загазованной атмосфере допустимо 60-90 минут, 5-7% - переносится индивидуально (через 15-20 минут ощущается теплота во всем теле, легкая головная боль), при концентрации более 7% проявляется токсический эффект, требующий напряжения сил для сохранения работоспособности. Повышение концентрации СО2 в воздухе до 6% вызывает увеличение глубины дыхания с 670 до 2100 мл, частоты - с 14 до 27 раз в минуту.

Изучение сотен пещер в разных районах мира показывает, что повышенное на порядок содержание СО2является тем "фоном", на котором развиваются все процессы под землей (формирование пещерных минералов, развитие спелеофауны и пр.) Имеется даже предположение, что углекислый газ сыграл определенную роль в эволюции человека. В зависимости от объема пещер, в которых укрывался первобытный человек, и наличия естественной вентиляции при обогревании кострами в них возникали зоны его повышенной концентрации. В наиболее укрытых от опасности и плохо вентилируемых частях пещер, очевидно, укрывались женщины с маленькими детьми. Так формировалось "привыкание" к повышенной концентрации СО2, которая в количестве 2-3% активирует нервные клетки подкорковых образований головного мозга, тонизирует кору его больших полушарий.

Еще один опасный газ, встречающийся под землей,- это сероводород (H2S). Он немного тяжелее воздуха, бесцветен, при большом разбавлении пахнет тухлыми яйцами, однако быстро наступает адаптация к запаху. Отравление возникает при концентрации 0,2-0,3 мг/л, содержание выше 1,0 мг/л - смертельно. Токсичность сероводорода проявляется в раздражающем действии на глаза и органы дыхания, к которым затем присоединяются поражение центральной нервной системы и паралич сердца. Сероводород част в пещерах, через которые разгружаются на поверхность минеральные воды. Именно в небольшой пещере Мацестинская близ Сочи чуть не погиб в начале XX в. Э. Мартель. Он так увлекся ее обследованием, что потерял сознание. В 1971 г. опытные спелеологи П. Дебре и М. Роке погибли от отравления H2S в воздушном куполе за сифоном одной из пещер юга Франции. Позже выяснилось, что через купол проходила жила окисленного сернистого минерала. Сероводород часто встречается в вулканических пещерах совместно с SO2, CO2, N2 и другими газами. По сообщению Г. А. Максимовича, сложная по составу смесь газов заполняет пещеры, образованные при горении пластов угля.

Таким образом, газовый состав воздуха в пещерах и подземных пространствах может быть самым различным - "нейтральным", полезным или опасным для человека.

В 1946 г. человечество вошло в атомный век, и перед ним возникла новая опасность - радиация. Какова опасность радиационного поражения под землей? Существуют три типа радиационного воздействия: альфа-излучение (испускание протонов), бета-излучение (испускание электронов) и гамма-излучение (выбрасывание порций энергии из нестабильных атомов-нуклидов). Радон - основной естественный источник альфа-радиации. Это бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, тяжелый (в 7,5 раз тяжелее воздуха) газ, образующийся при распаде изотопов радия. Источником радия является уран, в малых концентрациях распространенный во всех породах земной коры. Радон химически инертен и легко диффундирует из породы в окружающую атмосферу. Интенсивность диффузии возрастает с понижением атмосферного давления и повышением температуры. В подземных естественных и искусственных пустотах содержание радона может существенно увеличиваться. В результате распада радона образуются короткоживущие изотопы полония, свинца, висмута, являющиеся альфа- и бета-излучателями. Вдыхая воздух, содержащий аэрозольные частицы с осевшими на них дочерними продуктами распада, человек может получить существенную дозу альфа-радиации.

Оказалось, что повышенное в 10-300 раз по сравнению с открытой атмосферой содержание радона - такое же атрибутивное свойство пещер, как повышенное в 1-30 раз содержание углекислого газа. В отдельных пещерах Подолии (Оптимистическая, Озерная), Крыма (Мраморная), Кавказа (Илюхина, Арабикская, Азишская), Средней Азии (Кап-Кутан, Хашим-Ойик, Геофизическая) содержание радона колеблется от nx100 до nx10000 Бк/м3. Максимальные значения получены в Крыму (Глиняный зал Мраморной пещеры, 39 300 Бк/м3) и в Средней Азии (Геофизическая, 68 100 Бк/м3). Выявлен ряд важных особенностей распределения радона по сезонам и морфологическим элементам пещер. В ряде полостей можно получить предельную годовую дозу радиации за один рабочий выход или за пять дней пребывания в подземном лагере.

В конце XX века различные специалисты (геологи, биологи, медики) начали обращать внимание на так называемые "геопатогенные" зоны (ГПЗ). Одни считают, что ГПЗ - болезнетворные земли, длительное пребывание на которых ведет к раку, рассеянному склерозу, полиартриту, гипертонии; другие полагают, что ГПЗ - разрывы в земной коре, близ которых происходит выделение гелия, аргона и других газов, накопление электрической энергии, концентрация водных потоков. Некоторые специалисты даже дают точный "адрес" таких зон - участки пересечения разрывов и сгущения трещин, кладбища, свалки и пр. В этот перечень по неясным для спелеологов причинам попали и подземные пространства. Днепропетровский ученый В. В. Воробьев (1993) прямо указывает, что "над карстовыми пустотами и подземными выработками наблюдается резкий всплеск опасной для человека энергии".

В заключение следует отметить, что не смотря на перечисленные выше экстремальные условия пещер, многие факторы ( вкупе с общеизолирующими свойствами подземелья, темнотой и тишиной ) оказывают на человека в целом благоприятное медико-биологическое действие. Под землёй, в частности, эффективно лечатся инфекционные заболевания лёгких, переломы, расстройства эндокринной и вегетативной систем, психики, успешно проходит релаксация организма после длительных физических и нервных нагрузок.