Аномальная жара, вызванная глобальным потеплением, сделает Землю слишком жаркой для человека

Экстремальная жара является одним из наиболее смертоносных природных явлений, уносящим больше всего жизней по сравнению с другими погодными явлениями. По данным Всемирной организации здравоохранения, в период с 1998 по 2017 год от экстремальной жары погибло более 166 тысяч человек. Экстремальная жара также оказывает серьезное влияние на сельское хозяйство, водные ресурсы нашей планеты, экосистему, инфраструктуру и благополучие людей.

По мере потепления планеты в результате антропогенного изменения климата экстремальные тепловые явления становятся все более частыми, интенсивными и продолжительными. В недавнем исследовании, проведенном учеными Университета штата Пенсильвания и Университета Пердью, предупреждается, что если глобальная температура повысится на 1°C или более по сравнению с текущим уровнем, то миллиарды людей окажутся в условиях настолько сильной жары и влажности, что не смогут охладиться естественным путем. В будущем такая ситуация будет представлять серьезную угрозу здоровью и выживанию людей во многих регионах мира.

В этой статье мы рассмотрим, что такое экстремальная жара и почему она опасна для человека, сколько людей подвергнется риску экстремальной жары в будущем и как мы можем предотвратить и адаптироваться к этой надвигающейся проблеме.

Что такое экстремальная жара и почему она опасна для человека?

Экстремальная жара определяется как период аномально высоких температур, превышающих нормальный диапазон колебаний температуры для данной местности и сезона. Универсального порога экстремальной жары не существует, поскольку в разных регионах разные климатические условия и уровень акклиматизации. Однако общепринятым способом измерения экстремальной жары является использование температуры влажного термометра, которая представляет собой сочетание температуры и влажности, отражающую ощущаемую человеком жару.

Как измеряется экстремальная жара и каковы пороговые значения для выживания человека?

Температура влажного термометра рассчитывается путем обертывания термометра влажной тканью и измерения температуры при обдуве термометра местным воздухом. Влажная ткань охлаждает термометр за счет испарения, которое зависит от количества влаги в воздухе. Чем выше влажность воздуха, тем меньше испарение и тем выше температура мокрого термометра. Например, температура сухого воздуха 35°C при относительной влажности 50% соответствует температуре влажного термометра 25°C, а та же температура сухого воздуха при относительной влажности 90% соответствует температуре влажного термометра 32°C.

Температура влажного термометра важна, поскольку она определяет, насколько эффективно человек может охлаждать себя за счет потоотделения. Потоотделение - это естественный механизм, позволяющий организму отводить избыточное тепло путем испарения пота с кожи. Однако если температура влажного термометра слишком высока, потоотделение становится менее эффективным, поскольку воздух уже насыщен влагой и не может впитать ее еще больше. Это снижает способность организма регулировать свою основную температуру, что может привести к перегреву и потенциально фатальным последствиям.

Порог выживаемости человека зависит от нескольких факторов, таких как возраст, состояние здоровья, физическая активность, одежда, гидратация, акклиматизация и другие условия окружающей среды. Однако, согласно предыдущим исследованиям ученых Penn State, предельная температура влажного воздуха для молодых здоровых людей составляет около 31°C, что равно 35°C при 100% влажности. За пределами этого значения тело не может охладить себя за счет потоотделения, и внутренняя температура начинает неконтролируемо повышаться.

Однако это не означает, что 35°C - это максимально возможная температура влажного термометра, так как в некоторых регионах температура влажного термометра превышает этот показатель. Например, в июле 2015 г. в городе Бандар-Махшахр (Иран) была зафиксирована температура влажного термометра 35,6°C, что эквивалентно температуре сухого воздуха 46°C при влажности 50%. Аналогичным образом в августе 2003 г. в городе Дахран (Саудовская Аравия) была зафиксирована температура влажного термометра 35,5°C, что эквивалентно температуре сухого воздуха 42°C при влажности 63%. Такие экстремальные условия встречаются редко и носят локальный характер, но по мере изменения климата они могут стать более распространенными и повсеместными.

Каковы физиологические и психологические реакции человеческого организма на тепло и влажность?

У человеческого организма есть узкий диапазон оптимальной температуры тела, который составляет около 37°C. При воздействии высоких температур организм пытается поддержать свою основную температуру путем усиления притока крови к коже и потоотделения. Это позволяет отводить тепло от тела в окружающую среду путем конвекции, излучения и испарения.

Однако когда температура влажного тела превышает определенный предел, эти механизмы становятся недостаточными или неэффективными.

Тогда тело пытается справиться с тепловым стрессом, активируя другие реакции:

• Увеличение частоты сердцебиения и кровяного давления для перекачивания больше крови к коже и жизненно важным органам.
• Снижение выделения мочи и ощущения жажды для сохранения воды и электролитов.
• Увеличение частоты и глубины дыхания для повышения потребления кислорода и выделения углекислого газа.
• Изменение гормональных уровней и скорости метаболизма для регулирования энергетического и водного баланса.
• Изменение поведения и настроения для поиска прохладных мест, снижения физической активности и избегания социальных взаимодействий.

Эти реакции адаптивны в краткосрочной перспективе, но могут иметь негативные последствия в долгосрочной. Например:

• Повышенные частота сердцебиения и кровяное давление могут перегружать сердечно-сосудистую систему и увеличивать риск сердечных приступов и инсультов.
• Сниженное выделение мочи и ощущение жажды могут привести к обезвоживанию и нарушению электролитного баланса, что может нарушить функцию почек и вызвать мышечные судороги.
• Увеличенная частота и глубина дыхания могут вызвать гипервентиляцию и респираторный алкалоз, что может повлиять на функции мозга, вызвать головокружение и спутанность сознания.
• Измененные гормональные уровни и скорость метаболизма могут повлиять на метаболизм глюкозы и чувствительность к инсулину, что может вызвать гипергликемию или гипогликемию.
• Измененное поведение и настроение могут повлиять на когнитивные способности и психическое здоровье, вызвав тревогу, депрессию, раздражительность и агрессию.

Каковы распространенные заболевания, связанные с жарой, и как их можно предотвратить и лечить?

Воздействие экстремальной жары может вызвать целый ряд заболеваний, связанных с жарой, - от легкого дискомфорта до тяжелой болезни и смерти. К числу распространенных заболеваний, связанных с жарой, относятся:

• Тепловые судороги: болезненные мышечные спазмы, вызванные обезвоживанием и нарушением баланса электролитов. Обычно они возникают в ногах, руках или животе во время или после физической нагрузки. Их можно предотвратить, если пить много жидкости и восполнять потери соли с потом. Для лечения необходимо растягивать и массировать пораженные мышцы, а также прикладывать холодные компрессы.
• Тепловое истощение: состояние, характеризующееся слабостью, головокружением, тошнотой, головной болью, учащенным пульсом и обильным потоотделением. Оно возникает, когда организм теряет слишком много воды и солей через потоотделение. Предотвратить это состояние можно, избегая напряженной работы в жарких условиях, надевая свободную одежду светлых тонов, выпивая большое количество жидкости и находясь в тени или под кондиционером. Для лечения необходимо переместиться в более прохладное место, лечь с приподнятыми ногами, снять лишнюю одежду, пить прохладную воду или спортивные напитки, прикладывать холодные компрессы или пакеты со льдом ко лбу, шее, подмышкам и паху. Если симптомы сохраняются или ухудшаются, немедленно обратитесь за медицинской помощью.
• Тепловой удар: опасное для жизни состояние, возникающее при повышении температуры тела выше 40°C. Он может вызвать спутанность сознания, бред, судороги, кому, отказ органов и смерть. Это происходит при отказе охлаждающих механизмов организма и перегреве. Предотвратить заболевание можно, избегая воздействия экстремальной жары, особенно у пожилых людей, страдающих ожирением, хроническими заболеваниями или принимающих некоторые лекарственные препараты. Для лечения необходимо вызвать скорую медицинскую помощь, перейти в затененное или кондиционированное место, снять одежду, приложить к телу холодную воду или лед. Не давайте человеку с тепловым ударом жидкости или лекарств, так как они могут вызвать рвоту или удушье.
• Тепловая сыпь: раздражение кожи, вызванное закупоркой потовых желез. Она проявляется в виде небольших красных бугорков или волдырей на коже, обычно в местах трения одежды о кожу. Ее можно предотвратить, если носить дышащую и свободную одежду, содержать кожу в чистоте и сухости, избегать использования кремов и мазей, закупоривающих поры. Для лечения необходимо охлаждать кожу водой или вентилятором, наносить каламиновый лосьон или гидрокортизоновый крем для снятия зуда и воспаления, а также избегать расчесывания и лопания волдырей.
• Тепловой отек: отек лодыжек и стоп из-за скопления жидкости в нижних конечностях. Он возникает, когда кровеносные сосуды расширяются, чтобы увеличить приток крови к коже и уменьшить потерю тепла. Предотвратить отек можно, придав ногам возвышенное положение в положении сидя или лежа, надев компрессионные чулки или носки, а также уменьшив потребление соли. Для лечения необходимо отдыхать в прохладном месте, пить много жидкости, принимать мочегонные или противовоспалительные препараты по назначению врача.
• Тепловое обморочное состояние: обморок или потеря сознания вследствие снижения артериального давления и притока крови к головному мозгу. Это происходит, когда кровеносные сосуды слишком сильно расширяются и сердце не может перекачивать достаточное количество крови для удовлетворения потребностей организма. Предотвратить его можно, избегая резких изменений позы, например, быстро вставать после долгого сидения или лежания, пить много жидкости и регулярно принимать пищу. Лечить обморок можно, если лечь с приподнятыми ногами, ослабить тесную одежду, охладить лицо и шею водой или вентилятором. Если обморок длится более нескольких минут или сопровождается другими симптомами, такими как боль в груди или одышка, следует немедленно обратиться за медицинской помощью.

К другим возможным заболеваниям, связанным с жарой, относятся тепловая тетания, тепловая крапивница и злокачественная гипертермия. 

• Тепловая тетания - это состояние, характеризующееся мышечными спазмами, покалыванием и онемением рук и ног вследствие гипервентиляции и низкого содержания углекислого газа в крови.
• Тепловая крапивница - состояние, характеризующееся появлением крапивницы или рубцов на коже вследствие аллергической реакции на тепло.
• Злокачественная гипертермия - редкое, но серьезное состояние, возникающее при приеме некоторых лекарств или генетических факторов, вызывающих резкое повышение температуры тела и ригидность мышц, что может привести к повреждению органов и смерти.

Сколько людей в будущем рискуют столкнуться с экстремальной жарой?

Согласно последнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), средняя глобальная температура уже повысилась примерно на 1,1°C по сравнению с доиндустриальным периодом (1850-1900 гг.). В докладе также прогнозируется, что при различных сценариях выбросов парниковых газов средняя глобальная температура может повыситься на 1,5°C уже к 2030 году и на 4°C или более к 2100 году.

Такое повышение средней глобальной температуры приведет к более частым, интенсивным и продолжительным экстремальным тепловым явлениям во многих регионах мира. В недавнем исследовании, проведенном учеными Университета Пенсильвании и Университета Пердью, было подсчитано, что если глобальная температура повысится на 1°C или более по сравнению с текущим уровнем, то миллиарды людей будут подвергаться воздействию температуры влажного термометра выше 31°C в течение как минимум одного часа в год. Это означает, что они будут испытывать настолько сильную жару и влажность, что не смогут охладиться естественным путем.

Однако это исследование подверглось критике со стороны некоторых экспертов за использование несовершенной методологии и завышенную оценку рисков, связанных с экстремальной жарой. Основными критическими замечаниями являются:

• В исследовании использовалась высокоразрешающая глобальная климатическая модель, которая не прошла валидацию по наблюдениям и может иметь систематические ошибки в моделировании температуры влажного термометра.
• В исследовании предполагалось равномерное распределение температуры влажного термометра в пределах каждой сеточной ячейки модели, что игнорирует пространственную изменчивость в пределах каждой ячейки.
• В исследовании не учитывались эффекты скорости ветра, облачности, солнечной радиации и городских тепловых островов на температуру влажного термометра.
• В исследовании не учитывалась адаптационная способность и поведенческие реакции людей на экстремальную жару, такие как поиск тени, использование вентиляторов или подходящей одежды.

Поэтому более сбалансированным и объективным было бы сравнение результатов данного исследования с результатами других исследований, в которых использовались различные подходы и допущения для прогнозирования воздействия экстремальной жары. Например, по прогнозам МГЭИК, при потеплении на 1,5°C около 0,4 млрд. человек будут подвергаться воздействию температуры влажного термометра выше 32°C в течение как минимум одного часа в год. Это гораздо меньше, чем оценка в 1,6 млрд. человек, сделанная в исследовании Пенсильванского университета и Университета Пердью. Разница между этими двумя прогнозами существенна и должна быть объяснена или сведена воедино.

Каковы текущие и прогнозируемые тенденции изменения глобальной температуры и температуры влажного термометра?

Как мы уже знаем, согласно отчету МГЭИК, средняя глобальная температура повысилась примерно на 1,1°C по сравнению с доиндустриальным периодом (1850-1900 гг.). В докладе также прогнозируется, что при различных сценариях выбросов парниковых газов средняя глобальная температура может повыситься на 1,5°C уже к 2030 году и на 4°C или более к 2100 году.

В отчете также представлены оценки изменения температуры влажного термометра при различных сценариях глобального потепления. В докладе определено, что температура мокрого тела 32°C является пороговой для выживания человека, при превышении которой организм не может охладиться за счет потоотделения.

По оценкам авторов доклада, при нынешнем уровне потепления (около 1,1°C) около 0,2 млрд. человек подвергаются воздействию температуры мокрого тела выше 32°C в течение как минимум одного часа в год. Это воздействие происходит в основном в тропических и субтропических регионах, таких как Южная Азия, Юго-Восточная Азия, Африка и Латинская Америка.

Эксперты считают, что при сценарии с низким уровнем выбросов (RCP2.6), направленном на ограничение глобального потепления до уровня значительно ниже 2°C, к концу века около 0,4 млрд. человек будут подвергаться воздействию температуры влажного термометра выше 32°C в течение как минимум одного часа в год. Это воздействие будет происходить в основном в Южной Азии и Африке.

Также по прогнозам авторов доклада, при сценарии с высоким уровнем выбросов (RCP8.5), который предполагает отсутствие мер по смягчению последствий изменения климата и приведет к потеплению более чем на 4°C к концу века, около 1,8 млрд. человек к концу столетия будут подвергаться воздействию влажных температур выше 32°C в течение как минимум одного часа в год. Такое воздействие будет иметь место в большинстве регионов мира, включая южные регионы России, Северную Америку и Европу.

Эти прогнозы показывают, что в будущем воздействие экстремального тепла значительно возрастет, особенно при сценариях с высоким уровнем выбросов.