Высота и ее влияние на окружающую среду и организм человека

Введение

Высота по отношению к определенной точке отсчета

Высота – это измерение расстояния, как правило в вертикальном или "вверх" направлении, между опорной поверхностью и точкой или объектом. Точное определение и опорная поверхность варьируются в зависимости от контекста (например, авиация, геометрия, географические изыскания, спорт или атмосферное давление). Хотя термин "высота" обычно используется для обозначения высоты местности над уровнем моря, в географии для этой цели чаще используется термин "абсолютная высота". Вертикальные измерения расстояния в направлении "вниз" обычно называют глубиной.

Высокая высота и низкое давление

Регионы на поверхности Земли (или в ее атмосфере), расположенные высоко над средним уровнем моря, называются высокогорьем. Высокогорье иногда определяется как начинающееся с высоты 8000 футов (2438 м) над уровнем моря.

Профиль температуры

Профиль температуры атмосферы является результатом взаимодействия радиации и конвекции. Солнечный свет в видимом спектре достигает земной поверхности и нагревает её. Затем земля нагревает воздух у поверхности. Если бы радиация была единственным способом передачи тепла от земли в космос, парниковый эффект газов в атмосфере поддерживал бы температуру земной поверхности примерно на 0,7 °C, а температура уменьшалась бы экспоненциально с высотой. Однако, когда воздух нагревается, он имеет тенденцию расширяться, что снижает его плотность. Таким образом, тёплый воздух стремится подниматься вверх, перенося тепло. Это и есть процесс конвекции. Конвекция приходит в равновесие, когда воздушная масса на определённой высоте имеет ту же плотность, что и окружающий воздух. Воздух плохо проводит тепло, поэтому воздушная масса поднимается и опускается, практически не обмениваясь теплом. Этот процесс называется адиабатическим, и он характеризуется определённой зависимостью давления от температуры. С понижением давления температура снижается. Скорость снижения температуры с увеличением высоты называется адиабатическим градиентом температуры и составляет примерно 9,8 °C на километр (или на 1000 футов) высоты. В среднем, Международная организация гражданской авиации (ИКАО) определяет международную стандартную атмосферу (МСА) с градиентом температуры 6,49 °C на километр (3,56 °F на 1000 футов). Фактический градиент температуры может меняться в зависимости от высоты и местоположения. Наконец, заметная конвекция происходит только в тропосфере (до приблизительно высоты) в атмосфере Земли; в стратосфере вертикальная конвекция незначительна.

Люди

В медицине признается, что высота над уровнем моря начинает влиять на людей, и нет данных о людях, живущих на экстремальных высотах более двух лет. По мере увеличения высоты атмосферное давление снижается, что влияет на людей, уменьшая парциальное давление кислорода. Недостаток кислорода выше 8000 футов (2438 м) может вызвать серьезные заболевания, такие как горная болезнь, высокогорный отек легких и высокогорный отек мозга. Чем выше высота, тем выше вероятность серьезных последствий. Адаптация к большой высоте может занять дни или недели. Однако выше (в "зоне смерти") акклиматизация становится невозможной. В целом, уровень смертности среди постоянных жителей на больших высотах значительно ниже. Кроме того, существует зависимость между увеличением высоты и снижением распространенности ожирения в Соединенных Штатах. Недавняя гипотеза также предполагает, что большая высота может оказывать защитное действие при болезни Альцгеймера посредством эритропоэтина – гормона, выделяемого почками в ответ на гипоксию. Однако у людей, живущих на больших высотах, статистически значимо выше уровень самоубийств. Причина повышенного риска самоубийств пока не установлена. Для соревнований на выносливость (гонки на 5000 метров и более) основным фактором является снижение содержания кислорода, которое обычно снижает результаты спортсменов на большой высоте. Спортивные организации признают влияние высоты на производительность: Международная ассоциация легкоатлетических федераций (IAAF), например, обозначает рекордные результаты, достигнутые на высоте более чем , буквой "А". Спортсмены также могут использовать акклиматизацию к высоте для повышения своей производительности. Те же изменения, которые помогают организму справляться с большой высотой, улучшают производительность на уровне моря. Эти изменения лежат в основе тренировок в горах, которые являются неотъемлемой частью подготовки спортсменов в ряде видов спорта на выносливость, включая легкую атлетику, бег на длинные дистанции, триатлон, велоспорт и плавание.

Medicine recognizes that altitudes above start to affect humans, and there is no record of humans living at extreme altitudes above for more than two years. As the altitude increases, atmospheric pressure decreases, which affects humans by reducing the partial pressure of oxygen. The lack of oxygen above 8000 feet (2438 m) can cause serious illnesses such as altitude sickness, high altitude pulmonary edema, and high altitude cerebral edema. The higher the altitude, the more likely are serious effects. It can take days or weeks to adapt to high altitude. However, above , (in the "death zone"), altitude acclimatization becomes impossible. There is a significantly lower overall mortality rate for permanent residents at higher altitudes. Additionally, there is a dose response relationship between increasing elevation and decreasing obesity prevalence in the United States. In addition, the recent hypothesis suggests that high altitude could be protective against Alzheimer's disease via action of erythropoietin, a hormone released by kidney in response to hypoxia. However, people living at higher elevations have a statistically significant higher rate of suicide. The cause for the increased suicide risk is unknown so far. For endurance events (races of 5,000 metres or more) the predominant effect is the reduction in oxygen which generally reduces the athlete's performance at high altitude. Sports organizations acknowledge the effects of altitude on performance: the International Association of Athletic Federations (IAAF), for example, marks record performances achieved at an altitude greater than with the letter "A". Athletes also can take advantage of altitude acclimatization to increase their performance. The same changes that help the body cope with high altitude increase performance back at sea level. These changes are the basis of altitude training which forms an integral part of the training of athletes in a number of endurance sports including track and field, distance running, triathlon, cycling and swimming.

Другие организмы

Снижение доступности кислорода и понижение температуры делают жизнь на больших высотах сложной. Несмотря на эти условия окружающей среды, многие виды успешно адаптировались к жизни на больших высотах. Животные выработали физиологические адаптации для повышения поглощения кислорода и его доставки к тканям, что позволяет поддерживать метаболизм. Стратегии, используемые животными для адаптации к высоте, зависят от их морфологии и филогенетического происхождения. Например, мелкие млекопитающие сталкиваются с проблемой сохранения тепла тела в условиях низких температур из-за их небольшого соотношения объема к площади поверхности. Поскольку кислород используется как источник метаболического тепла, гипобарическая гипоксия на больших высотах представляет собой проблему. Наблюдается также общая тенденция к уменьшению размеров тела и снижению видового разнообразия на больших высотах, вероятно, из-за более низкого парциального давления кислорода. Эти факторы могут снижать продуктивность высокогорных местообитаний, что означает меньшее количество энергии, доступной для потребления, роста и активности. Однако некоторые виды, такие как птицы, успешно живут на больших высотах. Птицы преуспевают благодаря физиологическим особенностям, которые дают им преимущество при полете на больших высотах.