Термин «Крайний Север» употребляется как официальный в законодательных актах, когда обозначается территория России севернее Полярного круга, которая включает в себя арктическую пустыню островов и северную часть Таймырского полуострова, полностью зону тундры и хвойные леса, которые в центральной части Якутии выходят за Полярный круг, а также хвойные леса в междуречье Индигирки и Колымы. По площади Север занимает 50% территории страны. Эта обширная территория фактически совпадает с природными зонами Арктики и Субарктики.
Климат данной местности как характерный для нее режим погод в многолетнем разрезе формируется в результате взаимодействия трех основных климатообразующих факторов: солнечной радиации, циркуляции атмосферы и подстилающей поверхности. Для всего Крайнего Севера характерна неравномерность поступления солнечного тепла в течение года. Продолжительность полярной ночи на арктических островах достигает 3-4 месяца, на широте 73° время сплошной темноты составляет 77 суток, на широте 69° - 37 суток. Лето холодное, пасмурное и дождливое. Повсеместно температура может понижаться в отдельные дни до 0 °С и ниже. Зимы известны своей исключительной суровостью.
Вместе с тем с медико-биологической точки зрения температурный фактор является лишь одним из компонентов, определяющих степень суровости для человека климатических условий того или иного района. Влажность воздуха, ветер, характер и величина солнечной радиации, состав флоры и фауны, присутствие полезных ископаемых, наличие и характер распространения вечной мерзлоты - все эти компоненты интегрально воздействуют на организм человека.
Экстремальность влияния климата Севера на организм человека определяется в основном необычайно длительной и суровой зимой, коротким холодным летом, выраженной неустойчивостью и изменчивостью погоды, резким нарушением обычной для умеренного климата фотопериодичности (с чем неизбежно связано явление «светового голодания» во время полярной ночи и «светового излишества» во время полярного дня), повышенной геомагнитной активностью, пустынностью и однообразием ландшафта, бедностью флоры и фауны.
Ведущим в комплексе климатических элементов Севера является радиационный режим, который имеет отрицательный либо незначительно положительный баланс в течение года низких температур относительная влажность воздуха во все время года высокая и составляет 65-95%.
Важное значение в формировании погоды в высоких широтах имеет охлаждение огромных масс воздуха в арктической и антарктической областях, которые при циркуляции соприкасаются с нагретым воздухом субтропических и экваториальных районов, образуя различные фронты. Движение вихревых течений циклонов и антициклонов из Арктики сопровождается резкими и частыми колебаниями атмосферного давления, перепадами температуры и влажности. Установлено, что для человека особенно неблагоприятны области низкого давления циклогенетического характера и области высокого давления с возмущениями атмосферы.
Специфические изменения фотопериодики в высоких широтах заключаются в том, что в течение двух периодов года Солнце либо постоянно находится над горизонтом (полярное лето), либо постоянно скрыто за горизонтом (полярная зима). По мере приближения к полюсам продолжительность непрерывного дня и непрерывной ночи увеличивается. Полярный день за счет атмосферной рефракции на 14-15 дней продолжительнее полярной ночи.
Это своеобразие лета и зимы в высоких широтах определяет значительное снижение притока физиологически активной радиации за вегетационный период. Продолжительность периода ультрафиолетового голодания на Севере, наиболее выраженного осенью и зимой, в зависимости от широты и погоды составляет не менее 5-6 месяцев.
Важной характеристикой «ультрафиолетового климата» является оценка продолжительности периода с биологически активной солнечной радиацией. За длительность этого периода рекомендуется принимать число ясных дней (нижняя облачность в 13 ч 0-5 баллов) с полуденной высотой Солнца над горизонтом выше 25°. Если высота Солнца меньше этой величины, то ультрафиолетовая (УФ) радиация с длиной волны 304-295 мкм, которая является наиболее активной в биологическом отношении, не достигает земной поверхности. При этом следует учитывать, что облачность нижнего яруса понижает интенсивность прямой УФ-радиации на 100 и рассеянной - на 55% по сравнению с ее интенсивностью при ясном небе.
Существенными и весьма специфическими для высоких широт являются сильные геомагнитные возмущения. Это связано с особенностями строения магнитной сферы Земли в области высоких широт, в результате чего на Крайнем Севере и в Антарктиде влияние космических и солнечных факторов выражено больше, чем в средних широтах. Частота возникновения полярных сияний, являющихся следствием внедрения в ионосферу Земли заряженных частиц, которые выбрасываются при мощных хромосферных вспышках на Солнце, растет по мере продвижения к северу и достигает максимума в области зоны полярных сияний. Именно с зоной полярных сияний связана наибольшая геомагнитная активность.
Кроме волнового излучения, Солнце постоянно выбрасывает большое количество корпускул, представленных протонами и электронами. Среди широкого спектра электромагнитных колебаний, вызванных взаимодействием солнечного (волнового и корпускулярного) излучения с магнитосферой Земли, существенное значение с точки зрения биологического эффекта придается возмущению естественного электромагнитного поля Земли, лежащему в области сверхнизких частот.
Изменения интенсивности как первичного, так и вторичного излучения Солнца изменяют характер циркуляции воздушных масс в тропосфере, обусловливают перераспределение энергии и могут приводить к изменению атмосферы в целом, что вызывает изменения погоды и ряда физико-химических параметров у растительных и животных организмов. Особого внимания в этом аспекте заслуживает гипотеза В. П. Казначеева о «синдроме полярного напряжения», в основе которого лежат биофизические закономерности взаимодействия организма и среды и своеобразные механизмы биоэнергетики. На уровне целостного организма этот синдром проявляется перестройкой нейроэндокринной регуляции, многообразными изменениями функций, которые развиваются фазово и по своей биологической значимости варьируют от приспособительных до патологических.
Несмотря на большую общность экологических факторов, климатообразующая характеристика различных регионов высоких широт очень неоднородна. С точки зрения климатогеографических условий, например, Европейский Север и Азиатский Север значительно отличаются друг от друга. Характерные климатогеографические особенности определяются конкретным расположением региона, его удаленностью от океана, рельефом и высотой местности, геохимическими особенностями, флорой, фауной, степенью развития социальных коммуникаций. Эти особенности во многом определяют характер взаимодействия человека с факторами окружающей среды и существенно влияют на формирование ряда цитологических процессов.
Европейская часть Заполярья характеризуется особенно тяжелым аэродинамическим режимом, неоднородностью климатических условий и неустойчивым характером атмосферы. Для этих районов типичны внезапные и резкие перепады температур и барометрического давления, достигающие абсолютной амплитуды в 70-85 гПа зимой и 40-50 гПа летом при скорости изменения давления на 9-12 гПа за 3 ч. Среднегодовые температуры воздуха на территории Европейского Севера колеблются (с запада на восток) от +3 до -8 °С, а периодические колебания температуры зимой могут достигать 15-20 °С в сутки. В переходные периоды, как и зимой, наблюдается значительная облачность, высокая относительная влажность, большая изменчивость метеорологических характеристик. Лето пасмурное, прохладное, температура возрастает с севера на юг. Средняя продолжительность снежного покрова в районе Архангельска составляет 190 дней в году, а в районе Амдермы- 265 дней. Количество дней с туманом и метелью в.указанных пунктах достигает 140. Важной медико-географической характеристикой Кольского Заполярья является длительный период «субнормальных» температур, с колебаниями от 0 до ± 10 °С, которые, согласно многочисленным данным, могут быть причиной охлаждения не менее часто, чем воздействие низких температур.
Близость теплого течения Гольфстрим у побережья Кольского полуострова в отличие от сухого климата Азиатского Севера создает высокую влажность воздуха, что в сочетании с низкими температурами оказывает наиболее неблагоприятное действие на организм. По данным Б. А. Яковлева, число дней в году с относительной влажностью воздуха более 80% составляет от 120 до 140. Наибольшая относительная влажность воздуха отмечается зимой, а наименьшая - летом. Изменения абсолютной влажности имеют обратную направленность.
Характерным климатообразующим фактором Европейского Заполярья является резко усиленный ветровой режим с интенсивным развитием частых, сильных и порывистых ветров различных направлений, скорость которых достигает 15 м/с, причем число штормовых дней в данном регионе достигает 100-122 в год, тогда как в Москве оно не превышает 19. Среднегодовой ход скорости ветра изменяется в сторону усиления в осенне-зимний период, достигая очень больших величин на побережье Кольского полуострова.
Для Азиатского Заполярья характерны повышенное давление и сверхнизкие температуры. Среднегодовая температура в наиболее суровой части - западной части архипелага Северная Земля - составляет -13.5 °С. Только в течение 1-1.5 месяцев средняя температура немногим превышает 0 °С, и практически нет ни одного месяца, когда температура не опускалась бы ниже 0 °С. Число дней с минусовой температурой в районе Таймырского полуострова составляет в среднем 200, в том числе с температурой ниже -30 °С - 85 дней в году. На протяжении многолетних измерений среднегодовая температура составляет -10 °С. Режим погоды на Таймыре крайне неустойчив и каждый день сопровождается резким контрастным изменением погоды. В среднем на протяжении года в течение 90 дней внутри-суточные перепады температуры воздуха превышают 10 °С. Наибольшие перепады температуры отмечаются в осенне-зимний период. Снижение температуры воздуха сопровождается повышением давления - и, наоборот, при повышении температуры уменьшается атмосферное давление. По данным Ж. Ж. Рапопорта, перепады в течение суток атмосферного давления более чем на 10 мм рт. ст. отмечаются на протяжении 20-40 дней в году. Частые колебания атмосферного давления на фоне больших перепадов температуры и повышения относительной влажности воздуха нередко сопровождаются сильными ветрами, скорость которых достигает иногда 40 м/с. Экстремальным ситуациям зимой, так же как в районах Европейского Заполярья, свойственно практически полное отсутствие УФ-радиации.
Приведенные характеристики отдельных физических факторов Европейского и Азиатского Заполярья определяют своеобразные для каждого конкретного региона погоду, климат и существенную часть природного ландшафта. Понятно, что детальное изучение климатических условий и сопоставление их с различными функциональными параметрами дают возможность найти качественные особенности и количественные критерии ответных реакций организма в каждом регионе. В. П. Казначеев подчеркивает, что в интегральной оценке экологических факторов различных климатогеографических регионов важно выделять прежде всего тот комплекс, который определяет специфику адаптационных изменений в организме человека и животных. Особенности адаптационных процессов при таком подходе используются как инструмент для выявления одного или группы наиболее типичных физиологически значимых экологических факторов.
Ландшафтная структура Крайнего Севера подразделяется на следующие зоны: арктическая, зоны тундры и лесотундры, лесная зона. Почти для всех этих зон характерно наличие вечной мерзлоты - слоя многолетнемерзлых грунтов с небольшим содержанием глеевых и подзолистых почв. Водонепроницаемость мерзлых грунтов и обилие поверхностных вод приводят к тому, что 75-90% осадков расходуется на сток и задерживается в мерзлотном слое почв. Отсутствие возможности для самоочищения в почвах обусловливает вынос отдельных элементов промышленных выбросов с водами в реки и накопление их в растениях и почвенных микроорганизмах, которые могут вызвать возникновение или передачу заболеваний. Следует отметить, что в этих условиях развитие аэробных бактерий исключено, а потому окислительные процессы и нитрификация совершаются анаэробными микроорганизмами и протекают, как и химическое выветривание, очень медленно.
Ландшафтные особенности Севера обусловливают низкую минерализацию воды, своеобразные сочетания макро- и микроэлементного состава местных пищевых продуктов и снижение или полную утрату минеральных веществ в продуктах, доставляемых из других районов страны, а эколого-фаунистические особенности способствуют широкому распространению природно-очаговых и паразитарных заболеваний.
Установлены закономерные связи между ландшафтно-геохимическими особенностями отдельных регионов и распространением ряда заболеваний. В частности, недостаточное содержание фтора в питьевой воде и изменение соотношения Са и Sn, Mg и Na ведут к широкому распространению кариеса и поражениям слизистой оболочки рта в виде катаральных и гипертрофических гингивитов, хейлитов и нарушений костной ткани, характерных для начальной стадии пародонтоза у новоселов и постоянных жителей Европейского Севера.
При медико-биологической оценке значимых для человека условий внешней среды существует много различных подходов. В их числе количественная и качественная характеристика отдельных экологических факторов, интегральная оценка всей группы факторов на основе адаптивного поведения биосистемы, принципы гигиенической и физиологической характеристики погоды, комплексной и динамической климатологии и т. д. Делаются попытки оценить климатические условия различных регионов в целом. Выделяют комфортные, гипокомфортные и дискомфортные регионы. Предпринимаются первые шаги в конструировании математических моделей, которые смогут служить для первичной обработки экспериментальных данных с дальнейшим сопоставлением их с результатами модельных исследований. Такие попытки были предприняты с целью оценки влияния каждого гелио- и метеорологического фактора и их комплексов на некоторые функции организма человека, адаптирующегося к условиям Европейского Севера.
Не вдаваясь в методологический анализ этих аспектов, которые достаточно полно представлены в литературе, необходимо указать, что в практическом плане для ограничения процессов жизнедеятельности и прогнозирования кратковременного и долговременного эффекта адаптации представляется важным предложение ученых АМН об условном разделении условий среды на «адекватные» и «неадекватные». При этом под адекватными условиями подразумеваются такие условия внешней среды, которые соответствуют в данный момент феногенотипическим свойствам организма, а неадекватными считаются те, которые им в данный момент не соответствуют.
С этой точки зрения природные условия Крайнего Севера и приравненных к нему районов могут считаться адекватной средой обитания для аборигенов и неадекватной - для населения, 18 мигрировавшего из других широт с более благоприятным климатом.
Вместе с тем при оценке влияния экологических условий среды на организм человека следует учитывать, что природное окружение всегда социально опосредовано. В человеке биологическое и социальное находятся в тесном диалектическом единстве, вследствие чего при изучении взаимодействия организма с внешней средой необходимо анализировать не только многокомпонентное этих связей, но и их социальную значимость.
Процесс опосредования биологического социальным в трудовой деятельности человека был убедительно показан К. Марксом, который писал: «Труд есть прежде всего процесс, совершающийся между человеком и природой, процесс, в котором человек своей собственной деятельностью опосредствует, регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой... Воздействуя посредством этого движения на внешнюю природу и изменяя ее, он в то же время изменяет свою собственную природу».3
Рассматривая опосредование биологического социальным применительно к проблеме адаптации человека к экстремальным условиям, А. Д. Адо отмечает, что нередко односторонние, биологизаторские установки в понимании адаптации человека ориентируют исследователей на неверные, упрощенческие представления в понимании всей проблемы в целом. Многие процессы, определяемые как адаптационные, при ближайшем рассмотрении оказываются вредными для организма и должны рассматриваться как различные выражения повреждения. Почему, например, пишет автор, «адаптационный синдром» Селье выражает собой приспособительный процесс? К чему приспосабливается организм, в котором атрофируется тимико-лимфатическая система и образуются язвы в желудочно-кишечном тракте? А между тем в развитие этого понимания адаптации появилось много работ, с разных позиций использующих концепцию «адаптационного синдрома».
Недооценка процессов опосредования биологического социальным при адаптации к условиям высоких широт, подчеркивает А. Д. Адо, проявляется, в частности, в том, что наблюдающееся в этих условиях «переключение» углеводного энергетического обмена на жировой некоторые исследователи почему-то рассматривают как адаптацию. В действительности же эти изменения являются показателями тяжелой патологии. Причины ее - нарушение качества и режима питания в северных широтах (преобладание жирной пищи, особенности ее приготовления, употребления) и недостатки во внешнем обогревании тела (увеличенная теплоотдача, проблема одежды), что вызывает усиление теплопродукции и увеличение основного обмена. Все эти процессы опосредованы прежде всего социальными факторами (подбор, качество, приготовление и усвояемость пищи, подбор, качество теплоизоляционные свойства одежды и другие условия существования).
Важной особенностью исследования экологии человека в условиях высоких широт является целостный подход к оценке такой сложной системы, как «человек и окружающая среда». Возможности окружающей среды, ее ресурсы, жизненное пространство не только взаимосвязаны, но и ограничены. Обществом все яснее осознается жизненная необходимость нового, гуманистического отношения к окружающей среде, учитывающего не только технические возможности человека, но и социальные, экономические, демографические, медико-биологические, этические аспекты взаимодействия природы и общества.
Пожалуй, никогда с момента возникновения человеческой цивилизации, как отмечают некоторые ученые, характер патологии человека не определялся в такой сильной степени, как в настоящее время, воздействиями, идущими из преобразуемой человеком природной среды, что выдвигает проблемы не только охраны природы, но и охраны самого человека.
При анализе влияния на организм человека изменяющихся условий среды и прогнозировании влияния этих изменений на процессы адаптации необходим многофакторный анализ экологии человека с выделением прежде всего того комплекса экологических факторов, который определяет специфику адаптационных процессов. При этом следует учитывать, что подавляющее большинство абиотических факторов действует на организм не прямо, а опосредованно, порой через очень сложную цепь биотических и социальных воздействий, значение которых в каждом конкретном случае вскрыть совсем не легко.