Жара может быть смертельной, но эволюция снабдила нас отличной системой охлаждения горячего тела. Будет ли этого достаточно для потепления климата и связанных с ним тепловых волн, частота которых увеличивается в течение двух десятилетий?
Наши предки каменного века жили в пещерах и начали одеваться по одной основной причине — быть хотя бы несколько независимыми от погоды и климата. В пещерах можно спрятаться от ливня, шторма или шторма. Прежде всего, однако, они защищали от экстремальных температур — летом они охлаждали, зимой согревали. Годовые и суточные колебания температуры внутри пещер невелики, обычно не сильно отличаются от среднегодовой температуры воздуха в этом районе. Но время от времени приходилось покидать это уютное каменное убежище, хотя бы для того, чтобы поискать что-нибудь поесть. Вот когда пригодилась одежда.
Вероятно, навсегда останется загадкой, когда наш предок впервые носил кожаную или меховую одежду. Прямые доказательства в виде остатков такой одежды не имели шансов дожить до наших времен. Однако, основываясь на косвенных доказательствах, то есть генетических исследованиях, реконструирующих историю человеческой воши и ее разделение на два подвида: вошь одежды и головная вошь, ученые пришли к выводу, что мы начали одеваться около 170 000 лет назад. Именно тогда, по расчетам генетиков, появилась одежная вошь. Как следует из названия, его существование неразрывно связано с существованием одежды.
Конечно, не все люди эпохи неолита перестали быть натуристами. Это было верно только для тех, кто жил далеко от экватора, в зоне умеренного климата, где уже не было так тепло, особенно в зимний сезон. И по мере снижения температуры становилось еще холоднее, предвещая приход следующего оледенения. Те, кто хотел выжить, должны были адаптироваться, то есть надеть теплую одежду. Эта адаптация, как мы знаем, была успешной. Настолько, что человек даже колонизировал Арктику.
Мы стали единственными “голыми обезьянами”, которые ходили по миру в одежде Адама в течение сотен тысяч лет. Самая популярная гипотеза заключается в том, что это произошло после того, как мы переехали из прохладных, тенистых тропических лесов в открытые, залитые солнцем саванны, где нам угрожал перегрев. Именно тогда мы разработали и освоили новую систему терморегуляции организма, использующую потовые железы. Эти железы встречаются у всех млекопитающих, но у нас их большинство, более 2 миллионов (лошади вторые). У нас есть особенно большое количество потовых желез, называемых эккринными железами, которые бегут непосредственно к поверхности кожи и почти равномерно распределены на ней. Это позволяет нам быстро избавиться от избыточного тепла, возникающего во время интенсивных упражнений. Наши двуногие предки миллион лет назад, о чем свидетельствует структура их скелета, родились бегунами и ходоками, которые были активны в течение дня. Они стали такими потому, что ранее отказались от густых волос в пользу миллионов эккринных желез, которые выделяют пот, представляющий собой воду с небольшой примесью соли (NaCl) и других соединений. Вода составляет 98% пота и наиболее важна в этом процессе быстрого охлаждения тела. Когда он испаряется с поверхности обнаженной кожи, он выделяет тепло в окружающую среду.
Гипоталамус вступает в игру
В общем, люди, как и все теплокровные организмы, являются производителями тепла. Он должен постоянно производить его, чтобы жить. И поскольку это так, он также должен быть в состоянии выпустить свой избыток в окружающую среду. Если бы мы не могли избавиться от этого избытка, температура нашего тела поднялась бы, даже если бы мы ничего не делали. В конечном итоге этот перегрев убьет нас. В случае человека, выполняющего тяжелую физическую работу, всего через четверть часа температура тела достигнет опасного для жизни уровня.
К счастью, у нас есть кожа, через которую мы можем обмениваться теплом с окружающей средой. Этот процесс может происходить четырьмя способами — проводимостью, конвекцией, излучением и испарением пота. Первый - это передача или получение тепла от объекта или вещества, находящегося в прямом контакте с нашей кожей. Поскольку воздух имеет небольшую теплопроводность, в нормальных условиях этот процесс не играет важной роли в нашем тепловом балансе (его важность возрастает, когда, например, мы вводим воду, которая проводит тепло в 25 раз лучше, чем воздух). Конвекция - это подъем более холодных молекул воздуха при контакте с теплой кожей или их падение, когда воздух теплее кожи. Это создает микро воздушные потоки вокруг нашего тела, которые направлены вверх или вниз. Эта циркуляция может быть ускорена с помощью вентилятора, вентилятора или подачи воздуха. Наконец, есть третий способ, который чаще всего используется нашим организмом каждый день, а именно излучение. Чтобы сбалансировать тепловой баланс, мы выделяем тепло в виде инфракрасных волн в диапазоне ок. 10 мкм. Конечно, мы также можем поглощать тепло таким же образом, например, лежа на солнце на пляже.
Конечно, вы должны быть осторожны с этим, лежащим на солнце, потому что легко опасно перегреться. Риск перегрева увеличивается, когда есть также физические нагрузки, такие как участие в матче по пляжному футболу. Перегрев можно исправить многими способами — нам нужно спрятаться в тени (тогда мы уменьшаем дозы солнечного инфракрасного излучения, достигающего нашей кожи), искупаться в прохладной воде (проводимость) или дотянуться до вентилятора (конвекция). Но если мы ничего не делаем, наш мозг активирует последнюю, четвертую систему охлаждения — унаследованную от предков миллион лет назад. Импульс исходит от центрального центра терморегуляции, расположенного в гипоталамусе, области мозга, скрытой глубоко под корой головного мозга. Миллионы потовых желез приходят на работу и остаются в основном неактивными до тех пор, пока это не потребуется. Мы начинаем сильно потеть. Это единственный способ, которым организм может быстро удалить накопленное в нас тепло. Нет более эффективного метода. К сожалению, даже эта система охлаждения может выйти из строя, если мы обезвоживаемся. Поэтому вам нужно пить, чтобы этого не произошло. Значительное обезвоживание в сочетании с перегревом может угрожать нашему здоровью и даже жизни.
Это становится опасным: слишком много пара
Даже долив жидкости и сильное потоотделение не помогут, когда воздух насыщен водяным паром. Интенсивность испарения пота уменьшается. Вместо этого он начинает конденсироваться на вашей коже. Как только определенный порог влажности и температуры превышен, организм теряет последнюю возможность избавиться от избыточного тепла. Существует опасность смертельного перегрева. Маленькие дети и пожилые люди особенно уязвимы, потому что их система терморегуляции обычно менее эффективна. В случае пожилых людей также существуют различные проблемы со здоровьем, в первую очередь влияющие на кровеносную и дыхательную системы. Это одна из причин, почему тепловые волны, во время которых температура воздуха остается в течение многих дней намного выше уровня теплового комфорта, особенно опасны для них.
Не только жаркие дни, но и жаркие ночи опасны, потому что время сна, когда обмен веществ и выработка тепла уменьшаются, является лучшим моментом для избавления от тепла, накопленного в течение дня. Высокие ночные температуры делают это невозможным. Вместо того, чтобы отдыхать, мы потеем дальше. Конечно, люди приспосабливаются к климату, поэтому комфортные температуры для жителя Рима будут слишком высокими для жителя более прохладной Праги. Биоклиматологи считают, что наши организмы чувствуют себя наиболее комфортно при среднесуточной температуре 18-20 °C и максимальной температуре, не превышающей 25 °C. Каждый градус больше - это бремя для нас. Ночи с минимальными температурами выше 18 ° C плохо переносятся. Возвращаясь к поту, наблюдения показывают, что спортивные люди начинают потеть при более низких температурах. Исследования также показали, что мужчины гораздо эффективнее женщин переносят тепло в окружающую среду — они потеют более интенсивно и при более низких температурах. Женские потовые железы включаются при более высоких температурах кожи, чем мужские, что говорит о том, что женщины более восприимчивы к перегреву в ситуациях сильного теплового стресса. Жаркая погода, которая также учащается из-за потепления климата земли, может быть для них более опасной.
К сожалению, существует большой риск того, что из-за изменения климата мы будем потеть еще больше, но в некоторых местах на Земле даже этого недостаточно. По мнению исследователей, через полвека побережье Мексиканского залива станет непригодным для жизни из-за высоких температур и огромной влажности. — “Это будет сущий ад”, - говорит Эльфатих Эльтахир, профессор Массачусетского технологического института. По его сценарию, такие города, как Кувейт, Дубай и Абу-Даби или столица Катара Доха, станут непригодными для жизни местами. В летние месяцы температура воздуха 45 ° C станет обычным явлением, но не только жара будет смертельной.
“Массовая скорость испарения в Персидском заливе приведет к чрезвычайно высокой влажности. Даже организм молодого здорового человека не избавится от такого избытка тепла, не говоря уже о детях и пожилых людях, у которых толерантность к перегреву ниже”, - подчеркивает Эльтахир.
Ученый также напоминает нам о факте, очевидном для метеорологов и биоклиматологов, что порог выносливости человека превышается, когда так называемая температура влажного термометра начинает регулярно превышать 35 ° C в течение более длительного периода времени. Температура влажной колбы - это самая низкая температура, указанная термометром, завернутым во влажную марлю и дополнительно охлажденным потоком воздуха. Если температура превышает 35 ° C, у человека нет шансов выжить, потому что он или она не может передавать тепло, которое они генерируют, в окружающую среду. Через несколько часов ему грозит смерть от перегрева, даже если он лениво лежал на кровати. Эльтахир считает, что Персидский залив уже очень близок к этому порогу выносливости, и только немного лучше на южных берегах Красного моря. Также в очереди стоят побережье Аравийского моря, северная Индия, Китайская равнина, Амазонка и некоторые части западной Африки. — ”Через сто лет там будут созданы климатические зоны смерти“, — предупреждает исследователь.
До сих пор нигде в мире не зафиксирована температура влажного термометра, превышающая 35°C. Однако, как подчеркивает другой ученый Джон Данн из Американского национального управления океанических и атмосферных исследований, достаточно преодолеть порог в 30°C, чтобы стать опасным, и такие значения показывают влажные термометры в вышеуказанных странах.упомянуты и несколько других регионов мира.
“Сегодня это происходит несколько раз в год, через полвека это может быть даже десятки раз“, — говорит Данн.
Одним из следствий повышенной влажности, говорит он, будет снижение производительности труда. Люди, работающие на открытом воздухе или в помещениях без кондиционера, будут вынуждены делать более частые перерывы. Высокая температура плюс высокая влажность равны тепловому стрессу и физическому и интеллектуальному упадку. Одним словом, климатическая лихорадка будет двигаться внутри наших тел.
“Одна из стратегий адаптации может заключаться в том, чтобы продлить сиесту и работать всю ночь”, - предполагает ученый.
Новые способы охлаждения
У нас никогда не было недостатка в идеях для адаптационных стратегий. Мы успешно жонглировали между охлаждением и перегревом, стремясь поддерживать относительно постоянную температуру тела, которая позволяет тканям и органам функционировать должным образом. В жаркую погоду мы избегаем солнца, пьем много воды, носим свободную светлую одежду из натуральных тканей, избегаем алкоголя и кофе, которые обезвоживают, принимаем душ в теплой воде, прикладываем холодные компрессы к шее, плечам, ногам и везде, где кровеносные сосуды находятся близко к коже, охлаждаем постельное белье и пижамы, сон на бамбуковом коврике, который не нагревается, и так далее. Но у нас также есть новые идеи, такие как кондиционер, изобретенный в начале 20-го века. Предложение для 21-го века - это, например, идея, описанная ранее в этом году исследователями из Университета Мэриленда в журнале “Наука”. Это ткань из двух пластмасс, одна из которых поглощает воду, а другая отталкивает ее, дополнительно покрытая слоем нанотрубок из атомов углерода и имеющая диаметр сотых долей микрометра. Такие нанотрубки обладают огромной прочностью и являются отличными проводниками тепла. Футболка из такой ткани охлаждает владельца двумя способами: она увеличивает скорость испарения пота и поглощает и передает более высокие дозы инфракрасного излучения в окружающую среду. Авторы исследования утверждают, что этот тип одежды облегчит функционирование организма в жарком и влажном климате, когда нашему организму труднее всего поддерживать постоянную температуру тела.
Есть и другие подобные инновации. Несколько лет назад австрийские исследователи показали зимнюю куртку, которая поглощает поступающее тепло, но в то же время не позволяет теплу, излучаемому нашим телом, выходить. В 2017 году также появилась концепция роботизированной ткани, как ее назвали, потому что она была оснащена модулем искусственного интеллекта, который анализирует температуру человеческого тела и окружающей среды, а затем изменяет тепловые потоки через специальные отверстия, напоминающие устьичные аппараты, с помощью которых растения поглощают углекислый газ и выделяют его.кислород и водяной пар. Также в Science прошлой осенью группа исследователей представила еще одно изобретение: краску, содержащую нанопузырьки, которая отражает 96-99% солнечного света от ультрафиолетового до видимого инфракрасного. Тесты показали, что он снижает температуру на 3-6 ° C (чем сильнее солнечный свет, тем больше снижение) и может быть применен к фасадам домов. Мы прошли долгий путь от одежды из шкур и пещер. Наши палеолитические предки гордились бы нами.
