26
Do warunków panujących w ziemskiej biosferze człowiek przystosował się w ciągu długiego, trwającego miliony lat okresu swego rozwoju gatunkowego (ontogenezy). Klimat, zależny od miejsca na ziemi, wywiera wpływ na wszystkie istoty żyjące na naszej planecie. W skrajnych przypadkach może przynieść katastrofalne wezbrania wód, zatopić wielkie połacie lądu, a niewiarygodna potęga tornad i huraganów może spowodować straszliwe spustoszenia. Pogoda współkształtuje krajobrazy i wpływa na ekonomikę całych narodów, a w codziennym życiu może spowodować zaburzenia w komunikacji, przerwać wakacje lub nawet zmienić nasze stałe przyzwyczajenia. Człowiek stanowi cząstkę przyrody i podlega rządzącym nią prawom, bezlitosnym dla niego w chwili kiedy usiłuje je zmienić – doświadcza bowiem wtedy ujemnych skutków zdrowotnych, których zespół określany jest mianem chorób cywilizacyjnych. Określając ten termin ekologicznie – człowiek jest układem biologicznym otwartym, bowiem poprzez pobieranie tlenu w procesie oddychania i przez pobieranie pokarmów a także zdolność odczuwania bodźców za pomocą wyspecjalizowanych receptorów jest ściśle powiązany z otaczającym go środowiskiem przyrodniczym.
Środowisko atmosferyczne, zwane atmobiosferą, ma dla nas szczególne znaczenie, jest bowiem zbiornikiem tlenu, niezbędnego dla podtrzymania procesów życiowych oraz źródłem wielu bodźców klimatycznych – termicznych, fotochemicznych, elektrycznych, chemicznych, mechanicznych i innych, zróżnicowanych przestrzennie i czasowo.
Środowisko cechuje się stosunkowo największą zmiennością. Żyjemy niejako na dnie wielkiego, burzliwego oceanu powietrznego, zmieniającego swój stan fizyczny z dnia na dzień, a nawet z godziny na godzinę wraz ze zmianami sytuacji pogodowych. Zmienność środowiska atmosferycznego kształtuje się w wyniku współdziałania wielu czynników: meteorologicznych, kosmicznych, geograficznych – w tym także modyfikującego wpływu powierzchni ziemi, zróżnicowanej pod względem rodzaju podłoża i gleby, rzeźby terenu i szaty roślinnej oraz wpływu wód powierzchniowych i wgłębnych. Przyczyną zmian zachodzących w środowisku jest także gospodarcza działalność człowieka, zwłaszcza rozwój urbanizacji, przemysłu i motoryzacji, które są główną przyczyną wzrastającego zanieczyszczenia powietrza, wód i pogarszającego się przez to stanu higienicznego biosfery.
Nowoczesne badania środowiska stają się coraz bardziej wszechstronne, obejmując coraz szerszy zespół czynników, kształtujących lub modyfikujących właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne ziemskiej biosfery. Oprócz podstawowych czynników jak temperatura i wilgotność powietrza, prędkość wiatru, nasłonecznienie i natężenie promieniowania słonecznego, zapylenie oraz gazowe zanieczyszczenie i domieszki powietrza obecnie coraz częściej bada się także parametry elektroklimatu np. jonizację powietrza i natężenie pól elektromagnetycznych, uwzględnia się także parametry akustyczne – hałas i wibrację.
Zmiany warunków środowiska atmosferycznego mają najczęściej charakter lokalny spowodowane np. zwiększoną emisją zanieczyszczeń na danym terenie. Zaznaczają się jednak także i zmiany o charakterze powszechnym, które dotyczą wszystkich mieszkańców ziemi. Ostatnie badania naukowe wykazały ogromny wpływ zanieczyszczeń min. pochodzących ze spalin samolotów odrzutowych na warstwę ozonu w wyższych partiach atmosfery co powoduje znaczną redukcję tej warstwy a w dalszej kolejności poważne następstwa w postaci zmian bioklimatu na całej powierzchni naszej planety.
Prawami rządzącymi środowiskiem atmosferycznym – jego krótko i długoterminowymi zmianami, pogodą i klimatem zajmuje się meteorologia. Jeśli zaczynamy badać wpływy pogody i klimatu na organizm człowieka to wkraczamy w dziedzinę biometeorologii. W biometeorologii wyodrębniono badania bezpośredniego i pośredniego oddziaływania warunków atmosferycznych na organizm człowieka (zajmuje się tym meteorofizjologia i meteoropatologia) oraz badania wpływu biologicznego różnych typów klimatów, występujących na kuli ziemskiej (klimatofizjologia, klimatoterapia i geografia medyczna).
Pogoda oznacza stan fizyczny atmosfery w danym momencie na określonym obszarze. Z tym pojęciem w naszych warunkach geograficznych kojarz się poczucie jej zmienności i krótkotrwałości. Pogoda jako stan fizyczny atmosfery określana jest przez zespół wartości różnych czynników (ciśnienie powietrza, promieniowanie słoneczne, cieplne, nasłonecznienie i zachmurzenie, temperatura i wilgotność powietrza, prędkość wiatru, rodzaj i wielkość opadów atmosferycznych, zanieczyszczenie powietrza, zjawiska elektryczne itp.
Pod tym pojęciem należy rozumieć przeciętny stan atmosfery typowy dla danego regionu w poszczególnych sezonach i porach roku. W taki ujęciu klimat opisuje się na podstawie wieloletnich danych obserwacyjnych. W innym ujęciu klimat definiowany jest jako przebieg pogód, typowy dla danego regionu, wyrażający się w częstości i prawidłowości występowania różnych sytuacji pogodowych w przebiegu rocznym.
Warunki klimatyczne na kuli ziemskiej są zróżnicowane w bardzo szerokim zakresie. Na kształtowanie się tych różnic wpływ ma wiele czynników: położenie geograficzne (wyróżnia się klimaty zimny, umiarkowany, tropikalny), wysokość wzniesienia danego terenu nad poziom morza (klimat nizinny i górski), odległość od mórz i oceanów (klimat kontynentalny i nadmorski), modyfikujący wpływ zespołów roślinnych (klimat leśny), działalność gospodarcza człowieka (klimat miast). Na zróżnicowanie tych warunków w znacznym stopniu wpływa także urozmaicona rzeźba terenu (klimat lokalny).
Jest to zespól czynników atmosferycznych, które działają pobudzająco na receptory zmysłowe człowieka (definicja stworzona już w końcu XIX wieku przez niemieckiego klimatologa A. Humboldta). W dzisiejszych czasach to także możliwość niespecyficznego, ogólnoustrojowego oddziaływania czynników środowiskowych. Określenia tego używamy zawsze chcąc ocenić warunki klimatyczne w aspekcie ich biologicznego oddziaływania na człowieka i inne organizmy żywe.
Procesy meteorologiczne i zjawiska kształtujące pogodę zachodzą w dolnej warstwie atmosfery (troposfera), i w naszej szerokości geograficznej sięgającej do około 12 km wysokości. Atmosfera ziemska stanowi zbiornik tlenu niezbędnego dla wszystkich organizmów żywych w procesie oddychania oraz zbiornik dwutlenku węgla wykorzystywanego przez rośliny w procesie fotosyntezy. Spełnia także rolę selektywnego filtra, równoważnego 90 cm warstwie ołowiu, chroniącego mieszkańców ziemi przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym i krótkofalowego promieniowania słonecznego. Pełni ponadto rolę osłony chroniącej ziemię przed odpływem ciepła w przestrzeń kosmiczną zapewniając w ten sposób odpowiednie warunki dla życia w biosferze ziemskiej. W wyniku zachodzących procesów meteorologicznych i zmiennych zjawisk pogodowych atmosfera stanowi wciąż pulsujące źródło różnych bodźców – termicznych, fotochemicznych, optycznych, akustycznych, elektrycznych, chemicznych, mechanicznych i innych, oddziaływujących stale ze zmiennym natężeniem na organizm człowieka.
Bodźce te wywołują w organizmie człowieka wiele zmian czynnościowych, metabolicznych i morfologicznych, inicjują procesy biochemiczne, przyczyniające się w końcowym efekcie do wzmożenia naturalnej odporności ustroju i wpływają dodatnio lub ujemnie na psychikę oraz samopoczucie człowieka.
ciśnienie powietrza – w ujęciu fizycznym jest to siła działająca na jednostkę powierzchni. Średnia, wieloletnia wartość ciśnienia dla Europy wynosi około 1013 milibarów. Ciśnienie powietrza wzrasta wraz z wysokością – około 8 mm Hg na każde 100 m wzniesienia. Zmienia się także w zależności od temperatury i wilgotności powietrza. Równolegle ze zmianami ciśnienia powietrza atmosferycznego zmienia się ciśnienie cząsteczkowe tlenu. Niedobór tlenu w powietrzu wpływa na przebieg czynności układu oddechowego organizmów
czynniki solarne i zachmurzenie – nasłonecznienie, natężenie promieniowania słonecznego wpływają w sposób obiektywny na zmiany aktywności biologicznej i samopoczucia człowieka. Ilość energii słonecznej, przenikającej do powierzchni ziemi, do naszej biosfery, zmienia się w szerokich granicach, w zależności od wysokości słońca nad horyzontem ale również od warunków pogodowych związanych ze stopniem pokrycia nieba chmurami. Atmosfera staje się także mniej przezroczysta im bardziej jest zanieczyszczona. Badania natężenia promieniowania słonecznego wykazują, że w silnie zanieczyszczonych rejonach przemysłowych straty w dopływie energii promieniowania słonecznego dochodzić mogą nawet do kilkunastu, a w wyjątkowo niekorzystnych warunkach, nawet do kilkudziesięciu procent. Straty te dotyczą najcenniejszej części promieniowania mianowicie promieniowania nadfioletowego.
czynniki termiczne – temperatura powietrza, jego wilgotność i ruch (prędkość wiatru) wraz z promieniowaniem cieplnym (podczerwonym) słonecznym i pochodzącym z innych źródeł kształtują łącznie warunki termiczne środowiska atmosferycznego.
a) temperatura powietrza – skrajne wartości na kuli ziemskiej notowane są w granicach +60oC na pustyniach tropikalnych oraz –80oC na podbiegunowym lądzie Antarktydy. Większe zmiany temperatury powietrza np. nagłe ochłodzenie lub ocieplenie nawet o kilka stopni stanowią silny bodziec, wymagający przystosowania się organizmu do nowych warunków.
b) wilgotność powietrza – jako optymalną wilgotność powietrza przyjmuje się wartości 30—70%. Wysoka wilgotność powietrza (powyżej 85%), przy wysokiej jego temperaturze (+25°C), stwarza uciążliwe warunki termiczne dla człowieka, określane jako stan parności. Przy wysokiej temperaturze powietrza, przekraczającej 26—27°C, człowiek zaczyna się intensywnie pocić, tzn. oddawać nadmiar ciepła. Pot paruje szybko i ochładza skórę, gdy powietrze jest suche, natomiast jego parowanie jest utrudnione w warunkach dużej wilgotności powietrza. Zawartość wody w atmosferze waha się średnio od 2% objętości w średnich szerokościach geograficznych do około 4% objętości w gorącej strefie między zwrotnikowej. Większą wilgotnością powietrza cechują się regiony wybrzeża mórz i oceanów.
c) ruch powietrza – przemieszczającego się w wyniku różnic w poziomym rozkładzie ciśnienia powietrza, nazywamy wiatrem. Wiatr współdziała w kształtowaniu warunków termicznych odczuwalnych przyspiesza bowiem oddawanie ciepła z organizmu człowieka przez unoszenie (konwekcję) i przez parowanie. Silny wiatr jest bodźcem mechanicznym. Odczuwamy go w postaci oporu powietrza, gdy idziemy „pod wiatr". Dodać należy, że umiarkowanie silny wiatr (5—10 m/s), działając zwłaszcza na obnażone części ciała człowieka, spełnia też pozytywną rolę mikromasażu skóry i w ten sposób przyczynia się do usprawniania mechanizmów termoregulacji ustroju. Jako przykład wskazać można warunki plaż nadmorskich. W zahartowaniu organizmu, które zdobywamy podczas wczasów nadmorskich, swój udział ma niewątpliwie również wspomniany mikromasaż obnażonej skóry pod działaniem wiatru.
warunki higieniczne powietrza - zanieczyszczenia i domieszki atmosfery występują w postaci gazów, substancji ciekłych oraz cząstek ciał stałych – pochodzenia mineralnego bądź organicznego. Gazy i niektóre ciała stałe, np. sole pochodzenia morskiego, rozpuszczalne są w wodzie w kontakcie z kropelkami chmur i mgły tworzą zatem roztwory - cząsteczki ciekłe aerozolu. Wśród substancji zanieczyszczających powietrze są też pary niektórych związków chemicznych, które po skropleniu tworzą również cząsteczki ciekłe aerozolu. W wyniku zawartości pary wodnej w powietrzu higroskopijne cząsteczki aerozole pochłaniają wilgoć i zwiększają swe rozmiary. Również w wyniku zderzania się i łączenia cząstek - w procesie ich agregacji i koagulacji - przemieniają się w większe krople i ziarna areozolu, które nie są już zdolne do utrzymywania się w powietrzu i opadają. W ten sposób, między innymi, przebiega proces samooczyszczania się atmosfery. W skład aerozolu atmosferycznego wchodzi:
1) aerozol pochodzenia naturalnego
a) nieorganiczny - pyły z powierzchni lądowych i pochodzenia morskiego, pyły i gazy wulkaniczne, pyły kosmiczne;
b) organiczny - różne cząsteczki roślinne lub zwierzęce (włosy, pióra, sierść, włókna, łuski), zarodniki roślin niższych, pyłki kwiatowe roślin wyższych.
2) aerozol biologiczny - mikroorganizmy (aeroplankton), wirusy, bakterie. Wirusy i bakterie występują w powietrzu przez cały rok. Sprzyjające warunki do rozwoju tych mikroorganizmów występują wówczas, gdy powietrze jest bardziej wilgotne i niezbyt chłodne, a ograniczone jest działanie bakteriobójcze i bakteriostatyczne krótkofalowego promieniowania słonecznego nadfioletowego. Epidemie grypy występują stąd najczęściej na jesieni i wczesną wiosną lub w zimie podczas okresów odwilży.
3) aerozol pochodzenia antropogenicznego — obejmuje dymy i pyły różnego pochodzenia, głównie przemysłowego, a także gazy i pary, które w kontakcie z parą wodną w procesach kondensacji i parowania przekształcają się w cząsteczki aerozolu. Aerozol ten powstaje w coraz większych ilościach w wyniku gospodarczej działalności człowieka. Zakłady przemysłowe emitują do atmosfery ogromne ilości pyłów. Współdziałają w tym produkty spalania paliw w celach ogrzewczych. Transport i komunikacja przyczyniają się do wytwarzania pyłów z nawierzchni dróg i ulic i przez emisję gazów spalinowych. Motoryzacja zwiększa też w zasadniczy sposób zanieczyszczenia powietrza substancjami chemicznymi. W procesach przemysłowych co najmniej l% surowców (ciężaru przerabianych materiałów) przechodzi do atmosfery w postaci zanieczyszczeń. Zanieczyszczenie powietrza nad obszarami źródłowymi mas powietrznych staje się i udziałem i główną cechą różnicującą masy powietrza pochodzenia morskiego i kontynentalnego.
właściwości elektryczne atmosfery - właściwości elektryczne powietrza w atmosferze, jak i w pomieszczeniach zamkniętych, określa się mianem elektroklimatu. Parametrami powietrza, natężenie pola elektrycznego atmosfery oraz pól elektromagnetycznych, wytwarzanych przez różne urządzenia przemysłowe, lecznicze, stacje radiowotelewizyjne i inne źródła techniczne. Od czasu wprowadzenia na szerszą skalę energii elektrycznej, a zwłaszcza energii atomowej, zwiększa się stale ilość technicznych źródeł promieniowania jonizującego i ilość źródeł pól elektromagnetycznych, przyczyniających się do postępujących zmian elektroklimatu ziemskiej biosfery. Z tego względu wzrasta obecnie zainteresowanie jonizacją powietrza, która odzwierciedla wiernie zmiany elektroklimatu
Ilość energii słonecznej, dopływającej na jednostkę powierzchni ziemskiej w jednostce czasu, zależy w dużym stopniu od wysokości słońca nad horyzontem. W strefie okołorównikowej dopływ ten jest przeto znacznie większy niż na obszarach położonych w umiarkowanych i wyższych szerokościach geograficznych. Wskutek niejednakowego nagrzewania się powierzchni kuli ziemskiej powstają różnice w poziomym rozkładzie temperatury i ciśnienia powietrza na różnych obszarach, a w konsekwencji tego procesu - ruch powietrza od obszarów podwyższonego ciśnienia atmosferycznego w kierunku obszarów niższego ciśnienia. Skomplikowany mechanizm cyrkulacji atmosferycznej ogólnej, jak i licznych układów cyrkulacji lokalnej, można w dużym uproszczeniu przedstawić w ten sposób, że lżejsze powietrze nagrzewające się od podłoża wznosi się pionowo w górę, a na jego miejsce dołem napływa cięższe powietrze - chłodniejsze.
Na powierzchni Ziemi notujemy bardzo duże zróżnicowanie warunków klimatycznych, od bardzo gorących i wilgotnych w strefie okołorównikowej, poprzez suche i gorące warunki pustyń i stepów, do cechujących się dużą zmiennością pogody obu stref umiarkowanych i aż surowego, mroźnego i silnie wietrznego klimatu stref podbiegunowych. Rozwój kontaktów międzynarodowych, zwłaszcza turystyki zagranicznej, sprawia, że coraz więcej osób interesuje się warunkami bioklimatycznymi różnych krajów i regionów. Zainteresowanie to jest w pełni uzasadnione, ze względu na wpływ, jaki czynniki klimatyczne wywierają na organizm człowieka i jego zdrowie.
Przyczyną zróżnicowania klimatu na kuli ziemskiej jest przede wszystkim nierównomierny dopływ energii promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi w różnych szerokościach geograficznych, co uzależnione jest w istotny sposób od wysokości słońca nad horyzontem. Wysokość słońca maleje bowiem od równika do biegunów i odpowiednio maleje też ilość otrzymywanej energii cieplnej na jednostkę powierzchni. Ten podstawowy fakt znalazł odzwierciedlenie w samej nazwie klimatu, słowo klimat wywodzi się bowiem z greckiego słowa „kli-ma", oznaczającego stan, nachylenie - w znaczeniu kąta padania promieni słonecznych. Na tym kryterium opiera się najprostszy system klasyfikacji klimatu kuli ziemskiej na międzyzwrotnikową strefę klimatu gorącego, dwie strefy klimatu umiarkowanego - od zwrotników do kół podbiegunowych (północnego i południowego) oraz na dwie strefy polarne okołobiegunowe.
W klasyfikacji bioklimatycznej podstawę oceny stanowi stopień bodźcowego oddziaływania klimatu w danej miejscowości czy regionie. Czynniki meteorologiczne łączy się w tym celu w kilka grup zależnie od tego, jaki rodzaj bodźców reprezentują. Częstość występowania bardzo wysokich i niskich temperatur - upałów lub silnych mrozów z towarzyszącą im wilgotnością powietrza i prędkością wiatru określają, łącznie natężenie bodźców cieplnych i są podstawą do oceny warunków termicznych odczuwalnych środowiska atmosferycznego w różnych regionach.
W klasyfikacji bioklimatologicznej, uwzględniającej ilościowe i jakościowe zróżnicowanie przestrzenne bodźców klimatycznych, przyjmuje się najczęściej podział klimatu na nizinny, nadmorski i górski, wyodrębnia się też klimat leśny i klimat miast.
Jednym z głównych czynników klimatotwórczych jest wzniesienie terenu nad poziom morza, czyli położenie hipsometryczne. Na tej podstawie wyróżnia się klimat nizinny (poniżej 300 m n.p.m.) i górski.
W klimatofizjologicznej ocenie bodźców klimatu górskiego wyodrębnia się ponadto trzy jego odmiany na podstawie wysokości: 300-500 m n.p.m. - klimat podgórski (śródgórski); 500-700 m n.p.m. - górski i ponad 750 m n.p.m. - klimat wysokogórski. Głównym kryterium w tej ocenie jest obniżające się z wysokością ciśnienie cząsteczkowe tlenu, którego niedobór we wdychanym powietrzu jest bodźcem pobudzającym czynność układu oddechowego i krwiotwórczego.
Na właściwości bioklimatyczne wpływa też modyfikująco odległość danego obszaru od mórz i oceanów. Bliskość morza zaznacza się w złagodzeniu amplitud dobowych i rocznych temperatury i wilgotności powietrza na obszarach leżących w zasięgu oddziaływania dużych zbiorników wodnych.) Wpływ tego czynnika klimatotwórczego znajduje swój wyraz w wyodrębnianiu klimatu nadmorskiego i jako przeciwstawienie - klimatu kontynentalnego.
Oprócz wielkoprzestrzennych zmian klimatu w skali regionu, na terenach o bardziej urozmaiconej rzeźbie i szacie roślinnej występuje zawsze bardzo wyraźnie zaznaczające się zróżnicowanie lokalnych warunków bioklimatycznych. Zjawisko to znamy wszyscy z własnego doświadczenia, obserwowaliśmy je nieraz widząc jak na wiosnę na jednych zboczach zalegają jeszcze płaty śniegu, a na innych, bardziej nasłonecznionych, zieleni się już trawa czy rośliny uprawne.
Obszar naszego kraju leży w zasięgu umiarkowanej strefy klimatycznej, która cechuje się dużą zmiennością cyrkulacji powietrza - z wyraźną przewagą wiatru z kierunków zachodnich. Otwarty, równinny obszar północno-zachodniej i środkowej Europy sprzyja w tym układzie swobodnemu napływowi na obszar naszego kraju różnych mas powietrza - chłodnego polarnego lub zimnego arktycznego z północy, ciepłego powietrza podzwrotnikowego - czystego i wilgotnego znad oceanów lub powietrza suchego i bardziej zanieczyszczonego, które wędrowało nad kontynentem. Wynikiem swobodnego napływu mas powietrza oraz ścierania się wpływów klimatycznych Oceanu Atlantyckiego i wielkiego lądu euroazjatyckiego jest duża zmienność pogód, która stanowi charakterystyczną cechę klimatu Polski. Zmienność ta ma też istotne znaczenie bioklimatyczne - oznacza bowiem częste, a zarazem stosunkowo duże zmiany w natężeniu zespołu bodźców klimatycznych, które wymagają od naszego organizmu sprawności i częstego przystosowywania się do zmiennych warunków środowiska atmosferycznego.
Podstawą klasyfikacji klimatu nizinnego jest wzniesienie terenu w granicach do 300 m n.p.m. Z tego faktu wy...
AGA.CZARNA10