Читать книгу "На грани возможного. Наука выживания - Фрэнсис Эшкрофт"

Температура на поверхности Солнца составляет около 5500° С. Солнце испускает видимое излучение пиковой длиной волны около 0,5 мкм – именно поэтому оно такое ослепительно яркое. Оно испускает и более длинные волны, дающие тепло, благодаря которому на Земле существует жизнь. Человеческое тело при температуре около 37° С излучает на пиковой длине волны в 10 мкм, которой очень далеко до видимого спектра. Однако в достаточно замкнутом пространстве мы вполне можем ощущать тепло другого человеческого тела – например, в постели. Нелишним будет отметить, что температура Солнца превышает температуру человека примерно в 20 раз по шкале Кельвина (5800° K в сравнении с 300° K) и что пиковая длина волны испускаемого излучения у Солнца тоже примерно в 20 раз короче, чем у человека. Из этого следует, что пиковая длина волны попросту пропорциональна температуре.

Как и свет, тепло представляет собой одновременно и волну, и поток частиц (фотонов). Чтобы понять, как происходит лучистый теплообмен – и как тепловое излучение проходит через космический вакуум от Солнца к Земле, – можно представить тепло в виде фотонов, поглощаемых или испускаемых атомами нашего тела. Атом – это Солнечная система в миниатюре. В центре его расположено ядро, вокруг которого движутся один или более электронов. Электроны расположены через дискретные промежутки от ядра – как планеты на орбитах. И вот здесь аналогия заканчивается, поскольку орбиталь, на которой оказывается электрон, зависит от его энергии, поэтому электрон может, поглощая или отдавая энергию, перескакивать с одной орбитали на другую. Эту энергию можно представить в виде фотонов или световых частиц. Поглощая фотон, электрон перемещается на внешнюю орбиталь, а переход ближе к ядру сопровождается потерей фотона.

У молекул поглощение и отдача лучистой энергии происходит не так, как у атомов, а за счет уменьшения или увеличения объема колебаний. Фотоны путешествуют сквозь вакуум со скоростью света – 300 000 км в секунду. Фотоны, излучаемые Солнцем, поглощаются молекулами нашей кожи, увеличивая их вибрацию и согревая нас. И, наоборот, с излучением фотонов, когда вибрация молекул уменьшается, тепло уходит. Пока вы читаете эти строки, ваше тело излучает фотоны в окружающую среду. Мы все ведем постоянный молчаливый «диалог», обмениваясь фотонами с другими людьми и предметами окружающей обстановки.

Однако на Земле имеется множество мест, где преобладающая температура гораздо выше температуры человеческого тела, поэтому излучение и теплопроводность только усилят перегрев. Во время первой войны в Заливе многие корабли пришли в Персидский залив по Ормузскому проливу. Стоял палящий зной в 47° С и высокая влажность. Жара под безоблачным небом и слепящим солнцем, отражающимся от воды, была невыносимой. Орудийный расчет, облаченный в огнезащитные капюшоны, перчатки и в бойцовские комбинезоны, выдерживал на верхней палубе только 10 минут. Гражданские, впрочем, страдают не меньше. Каждый год тысячи паломников устремляются в Мекку, где средняя температура составляет около 40° С. И многие не выдерживают такой жары.

Когда температура воздуха превышает температуру тела, единственным способом отдать тепло остается потоотделение. Принцип здесь тот же, что у глиняных сосудов для охлаждения вина, – превращение жидкости в пар требует большого количества тепла. При температуре тела на испарение одного миллилитра воды уходит около 2400 кал – примерно столько же требуется, чтобы нагреть такое же количество воды от точки замерзания до точки кипения{18}. Большая часть этого тепла выделяется самим телом, и поэтому потоотделение охлаждает кожу. Соответственно, охлаждается кровь, протекающая через кожные покровы, и, перемещаясь в процессе кровообращения к более теплым внутренним органам, помогает снизить температуру тела.

В нашем организме имеется около трех миллионов потовых желез, около половины которых расположены на груди и спине. Кроме того, значительное количество имеется на лбу и на ладонях. Отдельные поры довольно легко разглядеть, намазав кожу маслом для загара и посидев несколько минут под солнцем. Когда кожа нагреется, появятся крошечные капельки влаги, отмечающие устья потовых желез. Масляная пленка уменьшает испарение влаги, поэтому капельки становится легче разглядеть (а с помощью лупы еще проще).

Потоотделением управляет гормон адреналин, выбрасывающийся в кровь, когда повышается температура тела. Выброс адреналина происходит и во время стресса – именно поэтому у нас потеют от страха ладони и лоб. Старинная поговорка гласит: «Лошадь может взмокнуть, мужчина – вспотеть, а дама лишь нежно зардеться». В этом викторианском правиле есть, как ни странно, доля истины, поскольку женщины потеют вполовину меньше мужчин при одной и той же температуре. Кроме того, различия в потоотделении определяются и расовой принадлежностью: например, уроженцы Новой Гвинеи потеют меньше, чем нигерийцы или шведы.

Потоотделение может увеличить отдачу тепла почти в 20 раз, но при этом происходит значительная потеря жидкости – около 3 л в час. Однако такое интенсивное потоотделение не может длиться долго, поэтому человек, работающий весь день на жаре, теряет за это время около 10–12 л воды. В сухом воздухе пустыни пот может испаряться настолько быстро, что кожа кажется сухой, однако, если ненадолго накрыть предплечье ладонью, она быстро станет влажной. Даже если вы не ощущаете жары, испарительное охлаждение все равно будет происходить – со скоростью около 0,8 л воды в день.

Испарительное охлаждение крайне важно для спортсменов. Велосипедисты на изматывающей «Тур де Франс» могут непрерывно катить на подъем по 12 часов подряд. Однако в лабораторных условиях они, к своему удивлению и разочарованию, оказываются неспособны выдержать ту же нагрузку даже в течение часа. На дороге встречный ветер, создаваемый стремительным движением вперед, быстро сгоняет слой воздуха, соприкасающийся с кожей, значительно усиливая испарительное охлаждение, а на тренажере подобной конвекции не происходит, поэтому теплоотдача получается значительно меньше и велосипедист быстро выматывается. Однако если направить на спортсмена искусственный поток воздуха – например, от вентилятора, он сможет продержаться дольше. Внезапный спад испарительного охлаждения нередко ведет к несчастным случаям, когда велосипедист или бегун получает тепловой удар, перестав бежать или крутить педали. Не исключено, что резкое исчезновение воздушного потока, омывающего тело, настолько уменьшает отдачу тепла, что температура тела сразу же подскакивает. Возможно, именно отсюда одна из главных заповедей коневодов – лошадь после интенсивной нагрузки нужно поводить, ни в коем случае не давая стоять неподвижно.