Но в период максимального появления пятен на Солнце наблюдаются солнечные вспышки, приводящие к выбросу огромного количества энергии в форме видимой, ультрафиолетовой и рентгеновской радиации, выброса высокоэнергетических протонов и α-частиц. Это так называемое солнечное космическое излучение может вызвать увеличение мощности дозы излучения в верхних слоях атмосферы. За 20 лет, с 1942 по 1962 г. было зарегистрировано 13 подобных подъемов облученности и закономерно резко увеличилась мощность радиации в верхних слоях атмосферы. На высоте 15–20 км над поверхностью Земли мощность дозы излучения может возрастать в 100 и более раз в зависимости от величины вспышки. Мощность дозы космического излучения всегда резко возрастает с высотой, составляя на высоте 15–20 км величины порядка 120 мрад в сутки, поэтому во время солнечной вспышки она может в сутки достигать десятков рад.
Из работ Ю. Розена, К. Юнга и других ученых следует, что в тропических широтах Земли мощные потоки нагретого воздуха уносят в стратосферу значительные количества микроорганизмов, бактерий, спор. Они достигают высоты 15–20 км. Именно на этой высоте образуется слой с максимальным содержанием микрочастиц (аэронов), достигающих 10 частиц на 1 см3. На этой же высоте в годы активного солнца под влиянием солнечных вспышек микроорганизмы будут подвергаться облучению (к действию высокоэнергетичных протонов прибавится и действие короткого ультрафиолета) в дозах, достаточных, чтобы вызвать впоследствии стимуляцию их размножения.
Исследования по миграции радионуклидов в атмосфере показали, что микрочастицы стратосферы из экваториальных широт передвигаются к северу и югу и в районах 30–60° шпрот поступают в тропосферу, а затем через 1–2 года с осадками выпадают на поверхность Земли. Невольно возникает предположение, что максимумы эпидемий, возникающих, по данным Чижевского, спустя 1–2 года после максимума солнечной активности, связаны с облучением микроорганизмов в стратосфере и их последующей миграцией на поверхность Земли.
Как известно, в клетках, находящихся в покое, эффект облучения может длительно сохраняться до начала их активного размножения. Конечно, это только рабочая гипотеза для дальнейших исследований. Однако она основывается на точно установленных фактах.
Подводя итог всему сказанному выше о действии ионизирующей радиации на биосферу, на различные живые организмы на Земле, можно заключить, что «невидимые лучи» в достаточно высоких дозах несут гибель, лучевую болезнь, тяжелые отдаленные последствия всем живым организмам. Облучение сложного биоценоза, включающего различные виды живых организмов с неодинаковой радиочувствительностью, приведет к вымиранию радиочувствительных организмов, сохранению, а возможно, и усиленному распространению радиоустойчивых представителей флоры и фауны.
Для человека дозы порядка 100 рад и выше уже представляют серьезную опасность. По мере снижения дозы облучения уменьшается вероятность проявления вредных радиобиологических эффектов. Для млекопитающих и человека, как мы видели выше, нет строго научных данных о вреде облучения в дозах ниже 20–10 рад. Можно с уверенностью утверждать, что дозы в пределах колебаний естественного радиационного фона (а тем более составляющие доли такого фона) не несут прямой опасности для живых организмов, включая и человека. Более того, очень низкие дозы ионизирующей радиации могут стимулировать деление клеток, ускорять рост и развитие, повышать иммунную сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней среды, усиливать восстановительные процессы, тем самым они могут быть полезными в ряде случаев и для человека.
Не лишена основания гипотеза (пока еще строго не доказанная), что естественный радиационный фон не только не вреден, но даже необходим для нормального существования биосферы. Следует подчеркнуть, что значительные изменения уровня естественного радиационного фона, хотя они и безвредны и даже полезны для отдельных видов биоценоза, все же мало желательны в силу их возможного воздействия на эволюционно сложившиеся экологические взаимоотношения в нем.
Глава 8
НЕВИДИМЫЕ ЛУЧИ
УПРАВЛЯЮТ ЖИЗНЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
В наши дни после освоения методов получения искусственных радиоизотопов, создания атомных реакторов и различных систем ускорителей ионизирующая радиация стала легкодоступным физическим фактором, находящим все новое и новое применение в человеческой деятельности. Такие радиоактивные изотопы, как кобальт-60 и цезий-137 (жесткое γ-излучение, длительный период полураспада), прочно заняли свое место как удобные излучатели, стоимость которых быстро снижается по мере увеличения масштабов их применения и усовершенствования методов производства.
Благодаря ядерным реакторам все шире используются не только γ-излучение, но и потоки нейтронов различной энергии, а современные ускорители могут дать широкий ассортимент лучей, состоящих из электронов, протонов, дейтонов, осколков ядер тяжелых атомов, π-мезонов и многих других.
Из предыдущих глав нам уже известно, сколь могучим фактором являются эти невидимые излучения в случае их воздействия на живые организмы. Мы рассматривали излучения с точки зрения их опасности, безвредности или пользы для биосферы, живых организмов и, конечно, человека. Нас особенно интересовали те уровни радиации, которые существуют на Земле и которые создает человек в процессе своей деятельности.
В этой главе мы рассмотрим те же воздействия, но с другой точки зрения. Нас будет интересовать, какую пользу может получить человечество от сознательного, целенаправленного использования воздействия ионизирующей радиации на живую природу. На каких научных основах может и должно базироваться практическое использование «невидимых лучей» в таких сферах человеческой деятельности, как медицина, сельское хозяйство, пищевая и микробиологическая промышленность. Как использовать радиацию для повышения благосостояния общества, увеличения его ресурсов, укрепления здоровья, улучшения производительности многочисленных производств, связанных с сырьем растительного или животного происхождения.
Хорошо известно, что результат воздействия любого физического фактора (ионизирующая радиация не является исключением) на живые организмы зависит прежде всего от дозы, от количества поглощенной энергии. Из предыдущих глав мы узнали, что в малых дозах ионизирующая радиация может стимулировать течение многих биологических процессов. При несколько больших дозах начинает заметно проявляться мутагенное действие радиации. В еще более значительных дозах облучение будет задерживать и даже полностью подавлять рост, развитие организма. И наконец, при дальнейшем увеличении дозы воздействия начинается массовая гибель клеток, тканей, живых организмов.
Следует подчеркнуть, что разделение на малые, средние и большие дозы облучения весьма условно, так как зависит от радиочувствительности облучаемого организма, которая, как мы видели, выше, может меняться в значительных пределах у представителей разных видов. Так, например, для растений дозы в пределах 500– 1000 рад часто стимулирующе действуют на развитие — их следует отнести к относительно малым дозам, но эти же дозы для теплокровных животных могут быть смертельными, т. е. они будут отнесены к классу больших доз облучения.
В табл. 16 приведена схема практического использования различных уровней радиации. На ней показано, что в 18 видах практической деятельности человек использует «невидимые лучи». Область их применения расширяется с каждым годом. Рассмотрим вкратце успехи, трудности и перспективы в некоторых из перечисленных областей применения.
Радонотерапия в медицине
Это самый древний и весьма действенный путь использования общего стимулирующего действия очень малых доз радиации для повышения сопротивляемости нашего организма различным неблагоприятным факторам. Еще задолго до открытия человеком ионизирующих излучений народная медицина обнаружила природные источники, обладающие целебным действием. Так, например, уже более двух столетий назад стали известны целебные свойства источников Цхалтубо, и только в 1913 г. Н. Д. Купцис обнаружил в них значительное содержание радона, а в 30–40-х годах было уже экспериментально доказано, что лечебный эффект, наблюдаемый после приема ванн и питья воды из этих источников, обязан очень слабому облучению во время месячного прохождения лечения. Примерно такова же история всемирно известных радиоактивных источников: Баден-Бадена в ФРГ, Брамбаха в ГДР, Масутами-Спрингс в Японии и многих других.