Связь активности Солнца и лесных пожаров с позиций онкогенеза

Солнце является причиной и условием существования жизни. Все его излучения, как заметил А.Л. Чижевский, «заставляют каждый атом поверхностных оболочек Земли резонировать созвучно тем вибрациям, которые возникли на центральном теле нашей системы» [1]. Исходя из всеобъемлющего влияния Солнца на все процессы на Земле, закономерно возникает вопрос о характере и степени его связей с лесными пожарами, которые в настоящее время расцениваются как самый мощный фактор преобразования природы [2]. Ответ на этот вопрос чрезвычайно важен ещё и потому, что для Солнца, как и для лесных пожаров, отмечена причастность к возникновению опухолей у человека.

С того момента, как B. Dimitrov в 1999 г. сообщил о периодичности колебаний частоты детских неходжкинских лимфом в США, подобной солнечному циклу [3], появилось множество свидетельств подобного рода. Связь чисел Вольфа с изменениями уровней заболеваемости обнаружена при лейкозе, неходжкинских лимфомах, лимфогранулематозе, нефробластоме, саркомах мягких тканей [4, 5]. Для понимания механизма этой зависимости представляют интерес данные о прямой корреляции заболеваемости лимфомами с географической широтой. Это позволяет предположить, что положительная связь частоты новообразований с солнечной активностью обусловлена геомагнитными колебаниями, которые наиболее выражены в высоких широтах, и в качестве низкочастотных магнитных полей рассматриваются как возможный канцероген для человека [4].

На связь дыма лесных пожаров с заболеваемостью раком органов дыхания впервые указали В.А. Добрых и Т.А. Захарычева в 2009 г. [6]. После этого были опубликованы работы, установившие причастность данного экологического фактора не только к раку лёгкого, но и к увеличению частоты лейкоза, лимфом, опухолей центральной нервной системы и других форм новообразований [4, 5, 7, 8]. Онкогенные свойства дыма лесных пожаров, с одной стороны, обусловлены наличием в нём таких доказанных канцерогенов как полициклические ароматические углеводороды, микрочастицы углерода и тяжёлые металлы [2]. С другой стороны, установлено, что лесная почва активно накапливает в себе радиоактивные изотопы – антропотехногенные ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu и природный ²³⁸U. При сильных пожарах происходит активный вынос радиоактивных элементов из горящей биомассы. К примеру, эмиссия урана из 5 млн га лесной почвы, согласно расчёту, составляет более 19 т. При этом дымовые аэрозоли, содержащие искусственные и природные радионуклиды, поднимаются на высоту до 12 км и затем распространяются вдаль на тысячи километров, оказывая канцерогенное действие на человеческую популяцию [2].

Необходимым условием для возникновения лесного пожара является длительная жаркая и сухая погода [9], а главной причиной изменений параметров климата является Солнце [10]. Здоровая лесная среда в жару создаёт прохладу, повышая влажность и снижая температуру внутри себя. Поэтому возникновение лесных пожаров указывает на то, что лесные горючие материалы сильно нагреты и способны к горимости вследствие сочетания таких факторов как усиление солнечной радиации и повышение возгораемости лесных древостоев [9]. Появлению этих условий содействует определённый метеорологический комплекс (высокая температура воздуха, продолжительный бездождевой период, низкая влажность воздуха), что приводит к критическому уровню горимости лесной подстилки [11, 12]. Рост температуры вегетационного периода всего на 1 градус удлиняет пожароопасный период на 2 недели [13].

Еще одним ключевым фактором, предопределяющим риск пожарной опасности, является гибель и усыхание лесов от вредителей и болезней [13]. Установлено, что размножение гусениц непарного шелкопряда зависит от условий окружающей среды, прежде всего, от влажности и температуры атмосферного воздуха [14]. Вследствие этого засуха, в дополнение к её непосредственному неблагоприятному воздействию на леса, часто вызывает вспышки массового размножения насекомых, что приводит к увеличению количества лесных горючих материалов и повышению риска возникновения пожаров [15]. Стволы поражённых болезнями и вредителями деревьев подвержены повышенной ломкости при воздействии сильного ветра. Это увеличивает количество лесных горючих материалов и дополнительно повышает риск возгорания [15].

Однако изучение в ряде регионов прямого влияния солнечной активности на лесные пожары достоверных связей не выявило. Такой анализ был проведён за достаточно продолжительный период в Архангельской области (1957-2018 гг.) и на территории Хабаровского края (с 30-х годов XX века до 1975 г. включительно), по результатам которого авторами был сделан вывод об отсутствии чёткой зависимости между числами Вольфа и числом пожаров [16, 17].

Таким образом, несмотря на значительное количество свидетельств причастности солнечной активности к возникновению ландшафтных пожаров, достоверной связи между ними до настоящего времени не обнаружено.

Цель работы – выявить связь между активностью Солнца и лесными пожарами и оценить её значение с позиций онкогенеза.

Материалы и методы

Исследование проведено в два этапа. На первом этапе была изучена связь между активностью Солнца и лесными пожарами в Хабаровском крае за период в 50 лет (табл. 1). Сведения о числе пожаров в 1970-1991 гг. получены из отчётов Дальневосточной базы авиационной охраны лесов, Хабаровск. Данные за 1992-2019 гг. взяты на сайте Единой межведомственной информационно-статистической системы . В качестве показателя активности Солнца использованы среднегодовые числа Вольфа, сайт Королевской обсерватории Бельгии .

Таблица 1 Число лесных пожаров, возникших на территории Хабаровского края в 1970-2019 гг.

Годы	Число пожаров	Годы	Число пожаров	Годы	Число пожаров	Годы	Число пожаров	Годы	Число пожаров
1970	842	1980	1009	1990	953	2000	508	2010	250
1971	502	1981	600	1991	291	2001	857	2011	453
1972	525	1982	641	1992	377	2002	792	2012	695
1973	961	1983	678	1993	653	2003	1025	2013	194
1974	859	1984	676	1994	205	2004	201	2014	454
1975	1138	1985	514	1995	559	2005	641	2015	167
1976	1250	1986	1130	1996	883	2006	465	2016	286
1977	646	1987	807	1997	390	2007	585	2017	379
1978	696	1988	1224	1998	1279	2008	574	2018	461
1979	693	1989	997	1999	825	2009	336	2019	479

Сформированные динамические ряды были подвергнуты парному корреляционному анализу по Пирсону при помощи пакета программ IBM SPSS Statistics 23. При этом динамический ряд пожаров фиксировался, а ряд активности Солнца смещался относительно него в направлении более раннего периода в 11 итерациях с лагом от 0 до 10 лет. Для проведения раздельного исследования по солнечным циклам, напротив, закреплялся ряд с числами Вольфа, по отношении к которому смещались данные о лесных пожарах. Корреляция расценивалась как достоверная при величине p≤0,050. В случае выявления связей в различных периодах солнечного цикла в качестве лага принимался год с максимальным значением коэффициента корреляции. Средние арифметические величины рассчитывалась способом моментов. Доверительные границы 95% диапазона средней арифметической в генеральной совокупности определяли стандартным образом по формуле:

Mген. = Mвыб. ± tmm, где Mген. – доверительные границы генеральных параметров; Mвыб. – средняя величина; t – доверительный критерий (равен 2); mM – средняя ошибка средней величины.

На втором этапе аналогичным образом исследована связь солнечной активности с лесными пожарами в 1992-2019 гг. во всех регионах России (73 субъекта, согласно административному делению по состоянию на 1992 г., без выделения автономных образований) и на территории страны в целом; данные получены в Единой межведомственной информационно-статистической системе . Дополнительно на втором этапе был проведен корреляционный анализ для 23-го цикла солнечной активности (1997-2008 гг.).

Результаты и обсуждение

Корреляционный анализ показал наличие умеренной достоверной связи (r=0,414; p=0,003; лаг 7 лет) между активностью Солнца и числом лесных пожаров в Хабаровском крае в 1970-2019 гг. (рис. 1). Дополнительное исследование установило наличие аналогичной связи в 21-м цикле (1977-1986 гг.), также с лагом 7 лет (r=0,685; p=0,029) при отсутствии достоверных тенденций в 22-м и 23-м циклах солнечной активности. Это наглядно представлено на рис. 1.

Рис. 1. Сравнительная динамика активности Солнца (среднегодовые числа Вольфа) и лесных пожаров (число пожаров х10^-1; лаг 7 лет) на территории Хабаровского края в 1970-2019 гг.

Второй этап исследования показал наличие связи активности Солнца и числа лесных пожаров в 1992-2019 гг. и/или в 23-м цикле солнечной активности в 49 регионах РФ, что составило 67% от их общего числа. В России в целом в этот период выявлена умеренная связь между изучаемыми показателями, с лагом 7 лет (r=0,472; p=0,011; рис. 2). Средняя величина силы связи в регионах составила 0,459±0,140. Разброс значений лага находился в диапазоне от 0 (Тверская область, Республика Саха (Якутия), Камчатский край) до 10 (Костромская и Ярославская области, Республика Коми), при среднем лаге 6,8±0,4 года.

При дополнительном проведении исследования активности Солнца в 23-м цикле с лесными пожарами средняя сила связи в регионах России достигла уровня сильной (r=0,700±0,235), средний лаг составил 7,2±0,9 года. Следует отметить, что ранее при изучении лесных пожаров в Архангельской области в 1957-2018 гг. достоверных связей зависимости числа пожаров от чисел Вольфа выявить не удалось [16], однако с применением нашего метода в 23-м цикле солнечной активности такая связь была обнаружена (r=0,445; p=0,018; лаг 9).

Таким образом, установлено наличие прямой связи в диапазоне от умеренной до сильной между активностью Солнца и числом лесных пожаров в регионах России и на территории всей страны за период с 1992 по 2019 гг. В Хабаровском крае подобная корреляция сохраняется на протяжении 50 лет. Средняя величина лага во всех наблюдениях составляет 7 лет.

Рис. 2. Сравнительная динамика активности Солнца (среднегодовые числа Вольфа) и лесных пожаров (число пожаров х10 -2,5 ; лаг 7 лет) на территории России в 1992-2019 гг.

Наличие достоверной связи при её умеренной силе вполне согласуется, с одной стороны, с ведущей ролью Солнца, а с другой – с большим числом задействованных процессов, оказывающих как прямое, так и многократно опосредованное влияние на конечный результат в виде лесных пожаров. Поскольку в среднем каждые 11 лет происходит смена магнитных полюсов Солнца, это приводит к кардинальному изменению параметров солнечной радиации и климата [18]. При этом регионы России имеют значительные климатогеографические различия, определяющие параметры температуры, влажности, угла падения солнечных лучей, характера растительности, её подверженности вредителям, болезням и усыханию. В результате этого, к примеру, в Хабаровском крае связь лесных пожаров отмечена с 21-м циклом солнечной активности, тогда как в Архангельской области – с 23-м циклом.

Непосредственные механизмы связи циклических процессов Солнца и лесных пожаров разнообразны. Колебания солнечной активности, изменяя радиационный баланс климатической системы, температуру и давление в тропосфере, приводят к синхронным изменениям приземной температуры. Понижение солнечной активности приводит к уменьшению зимней и годовой суммы осадков, повышая напряжённость пожароопасного сезона [19].

Обнаружена тесная связь между числами Вольфа и усыханием насаждений, вызванных повреждением насекомыми. Повышенная гибель лесов от вредителей отмечается, как правило, через 3-4 года после максимума солнечной активности [13]. Помимо этого, отмечены и более длительные циклы со вспышками массового размножения насекомых и возникновением очагов болезней каждые 15-25 лет [15]. Существуют также предрасполагающие к пожарам процессы, имеющие циклический характер, и весьма вероятно обусловленные солнечной активностью. Например, в спелых и перестойных насаждениях зоны смешанных и таёжных лесов европейской части России отмечена 4-летняя периодичность усыхания ельников [13]. Изучение динамики лесных пожаров на Дальнем Востоке России показало наличие пиков горимости с таким же ритмом периодичности в 3-4 года [20].

Солнечная активность имеет отношение и к непосредственным причинам возгорания. Хотя в большинстве случаев прямо или косвенно причиной лесных пожаров является человек, однако число возгораний от молний также значительно и составляет 10-12% случаев [15, 20]. При этом, средняя площадь пожаров, вызванных грозовыми разрядами, примерно в 3 раза выше, чем антропогенных, а доля пожаров, вызванных грозовыми разрядами в зоне охраны лесов, составляет около 40% [15].

Солнечное магнитное поле модулирует потоки космических заряженных частиц, которые вместе с частицами солнечного ветра вызывают ионизацию воздуха. Установлено, что 25% пожаров от гроз возникает на расстоянии до 6 км от осевой линии активных разломов земной коры, а 75% – не далее 25 км [18]. Над разломами земной коры фиксируются проникающие высоко в атмосферу потоки ионизированных частиц, электромагнитные низкочастотные излучения, газовые эманации. В случаях повышения солнечной активности и значительного роста энергетического потенциала ионосферы возможно возникновение пробоя в виде молнии между полем, генерируемым зоной разлома коры, и ионосферой. Результатом этого может являться воспламенение молнией сухостоя, деревьев, почвы, а также природных горючих газов, поднимающихся из глубин земной коры по оперяющим разломы трещинам [18].

Обнаружение внутренней связи цикличности лесных пожаров и солнечной активности даёт возможность лучше понять сложную картину колебаний частоты новообразований, вызванных как прямым, так и сочетанным действием этих факторов внешней среды. Очевидно, могут иметь место как их прямое наложение, так и последовательное влияние, а также проявления следовых эффектов предшествующих циклов солнечной активности. Понять, какая именно комбинация реализовалась в конкретный период времени и привела к возникновению определённой нозологической формы, представляется весьма затруднительным. В целом, можно прийти к заключению, что ежегодные колебания заболеваемости чувствительных к факторам внешней среды новообразований в значительной степени связаны с дымом лесных пожаров, тогда как многолетние полиномиальные тренды отражают плавные изменения активности Солнца.

Выводы

Возникновение лесных пожаров обусловлено сложным комплексом природных и антропогенных причин, сопряжённых в той или иной степени с циклами активности Солнца. Длительный семилетний лаг между колебаниями чисел Вольфа и количеством ландшафтных возгораний определяется многокомпонентной поэтапной реализацией этой связи. Связь между радиацией Солнца и лесными пожарами существенно дополняет представление о сути экологически обусловленного онкогенеза.