Биологические эффекты электромагнитных полей

БИОЛОГИЧЕСКИЕ
ЭФФЕКТЫ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ 
ПОЛЕЙ

Е.К. ЕСЬКОВ

Москва
ИНФРА-М
2021

МОНОГРАФИЯ

УДК [537.6+577](075.4)
ББК 22.334:28.071
 
Е87

Еськов Е.К.
Е87 
 
Биологические эффекты электромагнитных полей : монография / Е.К. Еськов. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 284 с. — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/1229809.

ISBN 978-5-16-016769-5 (print)
ISBN 978-5-16-109346-7 (online)
В монографии, основанной на использовании литературных сведений 
и материалов исследований автора, предпринята систематизация влияния на биологические объекты разных уровней сложности природных 
и антропогенных электрических полей. Описывается происхождение 
космического и земного магнетизма и анализируется влияние этого фактора на физиологическое состояние, жизнеспособность и развитие растительных и животных объектов. Исследуются биологические эффекты 
магнитных бурь. Проанализированы механизмы генерации, восприятия 
и использования электрических полей в сигнализации и пространственной ориентации животных. Большое место уделено анализу специфических реакций животных на электромагнитные поля. Рассматриваются 
перспективы использования электромагнитных полей для управления 
поведением животных и направленного воздействия на ростовые процессы растительных объектов.
Для широкого круга читателей, интересующихся возможностями 
управления поведением животных и воздействия на рост растений.

УДК [537.6+577](075.4)
ББК 22.334:28.071

Р е ц е н з е н т ы:
Е.Г. Мишвелов, доктор биологических наук, профессор (СевероКавказский федеральный университет);
Г.И. Чурилов, кандидат химических наук, доктор биологических 
наук, профессор (Рязанский государственный медицинский университет)

ISBN 978-5-16-016769-5 (print)
ISBN 978-5-16-109346-7 (online)
© Еськов Е.К., 2021

Введение

Электромагнитные поля (ЭМП) действовали на Земле задолго 
до появления на ней жизни. В процессе ее зарождения и эволюции 
природные ЭМП оказывали влияние на состояние и функционирование биообъектов. Это, очевидно, побуждало развитие механизмов 
восприятия и использования ЭМП, а также способствовало приобретению средств защиты от их возможного повреждающего воздействия.
Биосфера Земли подвергается электромагнитным воздействиям 
широкого частотного диапазона — от медленных изменений магнитного и электрических полей до гамма-излучений. Природные 
электромагнитные процессы дополняются возрастающими по диапазону и интенсивности антропогенными воздействиями на биосферу. Антропогенные электрические и магнитные поля (ЭП 
и МП) по интенсивности сравнимы с естественными ЭП и МП, 
а в некоторых ситуациях превосходят их.
Экспериментальное изучение биологических эффектов ЭМП 
берет начало от оригинальных исследований Луиджи Гальвани — 
итальянского врача, анатома, физиолога и физика. Он в XVIII в. 
приступил к изучению электрических явлений, возникающих при 
мышечном сокращении, названных «живым электричеством». 
Л. Гальвани было также обнаружено возникновение разности потенциалов, возникающих при контакте разных металлов с электролитами.
Впоследствии в многочисленных экспериментах и наблюдениях, 
выполненных на различных видах животных, было обнаружено их 
реагирование на вариации ЭМП Земли, искусственное изменение 
напряженности МП, на воздействия излучений миллиметрового 
диапазона длин волн. При этом в сходных биологических ситуациях на одинаковые физические воздействия нередко обнаруживаются разные формы реагирования, что в значительной мере объясняется отсутствием специализированных рецепторов ЭМП.
Некоторые антропогенные ЭМП представляют потенциальную 
угрозу для самого человека. В частности, миллиметровые излучения внеземного происхождения сильно поглощаются атмосферой 
Земли, что исключает возможность приобретения к этим излучениям адаптаций в эволюции живых организмов. Но в медицине 
электромагнитные волны используются в качестве лечебных и диагностических средств.
В изучении биологических эффектов ЭМП во многом остается 
невыясненным, как электромагнитные колебания разной модальности трансформируются в отклики биологических систем. У ор

ганизмов, не имеющих рецепторов ЭМП, возможно, посредниками 
в восприятии электромагнитных излучений выступают заряженные 
частицы живого вещества, участвующие в биофизических и биохимических процессах. Вероятно, с этим связано воздействие ЭМП 
на изменение концентрации продуктов метаболизма.
В современной электро- и магнитобиологии большое внимание 
уделяется изучению влияния электрических и магнитных полей 
на физиологическое состояние и жизнеспособность организмов 
разной сложности. Анализируются механизмы генерации и использования животными электрических полей в системе пространственной ориентации и связи. На этом направлении биофизических 
исследований открываются неожиданные биологические эффекты 
ЭМП.

Глава 1
МАГНЕТИЗМ

Магнети зм — всеобъемлющее, глобальное, фундаментальное природное явление, создаваемое взаимодействием движущихся электрических зарядов. Электромагнитное взаимодействие осуществляется 
дистанционно посредством магнитного поля. С позиций квантовой 
теории поля электромагнитное взаимодействие переносится фотоном, обладающим одновременно свойствами волны и частицы. Фотоны относятся к самым распространенным частицам во Вселенной, 
существующим в состоянии передвижения со скоростью света, а космическое пространство и Земля обладают намагниченностью.

1.1. КОСМИЧЕСКИЙ МАГНЕТИЗМ

Представление о Вселенной и ее безграничности сопряжено 
со сложным для понимания представлением о времени. В физике 
термин «время» означает условную сравнительную меру движения материи и одну из координат пространства-времени, вдоль 
которой расположены мировые линии физических тел. С этих позиций смысл времени как одной из основных форм существования 
материи заключается в закономерной координации сменяющихся 
явлений. Направленность времени выражается мировой линией 
связи между прошлым и будущим. Поскольку в математике линия 
рассматривается как одномерный объект, то время одномерно. 
Но время абстрактно и в этом смысле не подлежит визуализации 
и/или механическому воздействию.
По современным представлениям, базирующимся на достижениях в области космологии (от греческого kоsmos — строй, порядок, 
мир, Вселенная), использующей наряду с известными астрономическими и физическими явлениями математическое моделирование, Вселенная включает бесконечное множество небесных тел, 
различающихся по массе и размерам. Звезды и межзвездное вещество состоят из ионизированных газов. Основной же физической 
формой вещества во Вселенной, вероятно, является плазма, состоящая из ионов и электронов. Наличие же пульсаров свидетельствует в пользу существования сверхплотных тел, состоящих преимущественно из вырожденного барионного газа.

1.1.1. Происхождение Вселенной
До начала ХХ в. господствовало представление о том, что Вселенная бесконечна в пространстве и времени, статична и однородна. 

Предположение Исаака Ньютона о пространственной безграничности Вселенной получило развитие в работах Эммануила Канта. 
По разработанной им космологической модели, опиравшейся на законы механики, Вселенная не имеет начала и конца и обладает бесконечным числом возможностей.
Астрономические наблюдения, выполненные в XVIII–XIX вв., 
в основном не противоречили Космологической модели Канта 
и к началу ХХ в. получили широкое признание, несмотря на светометрический парадокс, или парадокс темного ночного неба. Сущность 
этого явления заключается в том, что в безграничной Вселенной существует бесчисленное множество звезд, сумма яркостей которых 
должна образовывать бесконечную яркость. Но небо темное.
В начале ХХ в. Альберт Эйнштейн на основе предложенной 
им теории относительности развивал представление о стационарности Вселенной, которая не сжимается и не расширяется, но в ней 
действуют космическая сила отталкивания. Ею уравновешивается 
притяжение звезд, затормаживающее их движение, вследствие чего 
достигается статичность. Исходя из того, что Вселенная, обладая 
конечными размерами, но не имеет границ, Эйнштейн представлял 
ее в искривленной форме без центра и периферии с равномерно 
распределенными галактиками.
Модель расширяющейся (нестационарной) Вселенной, предложенная А.А. Фридманном (Friedmann, 1922), противоречила модели А. Эйнштейна. Но открытие Э. Хабблом (Шаров, Новиков, 
1989) вблизи Млечного Пути галактики, удаляющейся от него, 
указывало на расширение Вселенной, выражающееся в увеличении 
расстояния между звездами («разбегание» галактик). Это явление, 
напоминающее последствие взрыва, послужило основанием для 
обоснования теории Большого взрыва.
Согласно теории Большого взрыва, материя и энергия, образующие Вселенную, исходно (10–20 млрд лет назад) находились 
в «сингулярном» состоянии. Такое состояние, не отвечающее законам физики, подразумевает бесконечную температуру, плотность 
и давление. На этот момент все, из чего состоит современная Вселенная, заключалось в ничтожно малой частичке (точке). По неизвестной причине в момент времени «нуль», отстоящий от настоящего времени на 13,7 ± 0,13 млрд лет, произошел так называемый 
Большой взрыв. В результате материя (частицы, античастицы 
и излучение) стала расширяться, заполняя все больший объем 
(Sparke, Gallagher, 2007). Момент Большого взрыва сопряжен с началом быстрого расширения Вселенной, чему сопутствовал переход 
энергии в материю.
В самом начале расширения Вселенной, через 10–43 с (первый 
квант времени Планка) плотность Вселенной составляла 1094 г/см3,

а температура — 1032оК. За последующие 0,3 с температура Вселенной 
понизилась с 1032оК до 1011оК, что привело к переходу из кварка-лептонного состояния в вещество, которое исходно было представлено 
нейтрино, а затем электронами, позитронами и нейтронами. Вначале 
концентрация позитронов и нейтронов не имела различий. Но в процессе расширения и охлаждения Вселенной протоны стали образовываться интенсивнее нейтронов потому, что более легким протонам 
требовалось меньше энергии на замерзание. В результате концентрация нейтронов достигла всего 15%, а протонов — более 80%.
Через три минуты от начала Большого взрыва в расширяющейся и охлаждающейся Вселенной происходил синтез легких химических элементов. К этому времени концентрация водорода достигла 70%, гелия — 30%. При понижении температуры Вселенной 
до 5109 оК замораживаемые энергичные фотоны превращались 
в электроны и позитроны. Через 3–5 мин лептонная эпоха Вселенной сменилась эпохой радиации.
После завершения взаимодействия частиц и античастиц, превращавшихся в фотоны, основную массу вещества Вселенной составляли фотоны и нейтрино с примесью высокотемпературной нейтральной плазмы, которая состояла из протонов, ядер атомов гелия 
и электронов. Поскольку нейтрино с веществом не взаимодействует, а фотоны энергично рассеиваются на электронах, то вещество Вселенной вначале оставалось непрозрачным. Рекомбинация 
электронов и ядер атомов гелия началась после того, как температура достигла 4000оК.
Процесс рекомбинации начался примерно 300 и завершился 
около 700 тыс. лет от начала образования Вселенной. После этого 
гелий и водород приобрели нейтральность, а фотоны получили возможность свободного распространения. С этого времени Вселенная, 
став прозрачной для фотонов, продолжала расширяться и остывать. 
К миллиону лет своего существования Вселенная заполнилась фотонами, водородом и гелием, а ее температура приблизилась к 3оК.
Теория Большого взрыва получила широкое признание в результате исследований, проведенных в середине XIX в. британским астрономом Ф. Хойлом (2012). Хойл подтвердил наличие следующих явлений: 1) красного смещения спектра свечения галактик, 
связанного с «разбеганием» галактик (сдвиг линий в красную сторону возникает, если расстояние между источником и приемником 
света со временем возрастает, что известно в физике под названием 
эффекта Доплера); 2) наличие микроволнового фонового (реликтового) излучения с температурой 2,725оК, представляющего собой 
«отпечаток» первоначально слабых неоднородностей вещества 
ранней Вселенной, давшей начало современным галактикам и их 
скоплениям; 3) определенного количества химических элементов 

во Вселенной, в которых 75% от общей массы нуклонов приходится 
на водород и примерно 25% — на гелий, а другие элементы имеют 
незначительное представительство; 4) сопоставимости возраста 
звездных объектов и времени их эволюции с возрастом Метагалактики — области, из которой материя (излучение и любые сигналы) 
успела бы за время существования Вселенной достичь нынешнего 
местоположения и стать наблюдаемой.
После того как в 90-х гг. ХХ в. было установлено стремительное 
удаление галактик со скоростями, достигающими 1000 км/с, получила развитие идея темной энергии. Ее роль обуславливается тем, 
что для удержания галактических скоплений недостаточно тяготения, создаваемого только видимыми, светящимися массами звезд. 
Необходимо более сильное тяготение, превосходящее суммарную 
видимую массу галактик примерно в 10 раз (Чернин, 2008).
Результаты пятилетних наблюдений за 200 тысяч галактик 
с помощью орбитального космического телескопа GALEX подтверждают, что темная энергия является однородной силой, доминирующей над силой гравитации. Темной энергией заполнено 74% 
Вселенной, а темной материей — 22%. Обычная, видимая материя 
занимает всего 4%. Темная энергия противодействует (конкурирует) с гравитацией, т.е. с силой притяжения.
Для изучения реликтового излучения в 2009 г. ESA (Европейское 
космическое агентство) запустило спутник (космический телескоп) «Планк». Полученные с его помощью сведения позволяют 
утверждать, что Вселенная стала излучать свет через 370 тыс. лет 
после Большого взрыва. Со временем свет «растягивался» и при 
температуре 2,7 оК (–270,4 оС), достигнув сверхпроводимой длины 
волны, осветил пространство белыми пятнами, давшим начало галактикам. По результатам наблюдений, выполненных с использованием «Планка», установлено, что видимая материя, включающая 
планеты и звезды, составляет всего 4,9% объема всей Вселенной. 
Темная материя, обнаруженная по ее гравитационному влиянию, 
занимает 26,8%. Это превышает ранее сложившееся представление 
о количестве темной материи, но темной энергии, ускоряющей расширение Вселенной, оказалось меньше.
Предполагается, что в ранней Вселенной доминировала сила 
гравитации. Спустя примерно 8 млрд лет после Большого взрыва 
космическое пространство увеличилось, чему сопутствовало 
уменьшение материи и ослабление гравитационного притяжения. 
Уменьшение материи представляется как ее «растворение». С этого 
времени она преимущественно переходит к темной энергии. Дальнейшее развитие этого процесса приведет к тому, что галактики 
станут разбегаться с бесконечно большой скоростью, и Вселенная 
превратится в «космический пустырь».

1.1.2. Магнитные силы Вселенной
Физические механизмы происхождения космического магнетизма. Начало изучению космического магнетизма было положено 
американскими астрономами Уильямом Хилтнером и Джоном 
Холлом в конце 90-х г. ХХ в. Ими впервые была обнаружена слабая 
поляризация звездного света в Галактике (Млечном Пути), а позже 
в туманности Андромеды.
О физических механизмах возникновения магнитных полей, действующих во Вселенной, высказываются две гипотезы. По гипотезе 
Энрико Ферми, магнетизм Вселенной связан с реликтовым галактическим магнитным излучением, возникшим вскоре после Большого 
взрыва. Предполагается, что в то время материя представляла собой 
горячую плазму, состоявшую из протонов и небольшой части ядер 
дейтерия, гелия и лития, а также электронов и высокоэнергетичных 
фотонов. В плазме возникали потоки фотонного ветра, который направлялся из областей с высокой концентрацией квантов к их низкой 
концентрации. Фотонные потоки уносили электроны, но почти 
не влияли на тяжелые носители положительных зарядов. Движение 
электронов порождало вихревые токи, создававшие первичные магнитные поля, распространяющиеся на миллионы световых лет. Этот 
процесс действовал до того времени, когда свободные электроны объединились с ионами и перестали взаимодействовать с фотонным газом, 
что, вероятно, произошло через 400 000 лет после Большого взрыва. 
Предполагается, что сила первичных полей, составлявшая 10–18 Гс, 
к настоящему времени находится в пределах 10–24 Гс (Левин, 2010).
Другое объяснение магнетизма Вселенной связано с эффектом 
батареи Бирмана — гипотетического источника магнитных полей, 
пронизывающих Вселенную. Под моделью батареи Бирмана подразумевается выделение в пространстве куба, заполненного электронно-протонной плазмой, и допускается, что по одну его сторону 
(«А») сила тяготения и температура выше, чем по другую («Б»). При 
этом горизонтальный температурный градиент возрастает от верхней 
стороны куба к его нижней стороне. Поэтому гравитационное поле 
должно притягивать электроны и протоны в сторону «А», а перепад 
температур создает давление, смещающее их к стороне «Б». Возникающее давление не зависит от массы частиц, но сила тяготения 
пропорциональна их массе. Поэтому электроны перемещаются к стороне «А» быстрее, чем протоны, что приводит к возникновению горизонтального электрического поля, препятствующего расхождению 
частиц с разными зарядами. Неоднородность поля выражается в его 
усилении от верхней к нижней стороне куба, у которой происходит 
наибольшее изменение температуры. Под влиянием этого между 
верхней и нижней сторонами куба создаются замкнутые токи. 
С ними связана генерация магнитного поля.

Эффект батареи Бирмана, как источника магнитных полей, пронизывающих Вселенную, возникает в плазме — состоянии материи, 
состоящей из свободных электронов и атомных ядер, когда температура и плотность плазмы смещены. С помощью компьютерного 
моделирования трехмерной плазмы прослеживалось расширение 
пузырьков и магнитных полей, созданных ранее пустулируемым 
эффектом Бирмана, и установлено, что столкновение полей, приводит к созданию магнитного пересоединения. Это способствует 
пониманию принципа соединения–отрыва и принудительного повторного соединения линий магнитного поля в плазме, что приводит к северному сиянию, солнечным вспышкам и геомагнитным 
космическим штормам, нарушающим на Земле работу сотовой 
связи и электрических сетей (Yi-Bo Yang et al., 2018).
Магнитные поля и излучения космических тел. Величину и направление галактических магнитных полей измеряют косвенными 
методами — по поляризации света или анализу синхротронного излучения. Метод анализа поляризации света основан на том, что звездный 
свет по-разному рассеивается на частицах космической пыли, вращающихся вокруг магнитных силовых линий. По синхронности излучения релятивистских электронов, закручивающихся вокруг магнитных силовых линий, контролируют электроны, поступающие в галактическое пространство от сверхновых звезд (звезды, завершающие 
свое существование катастрофическим взрывом). Величина полей 
определяется по расщеплению спектральных линий атомов водорода.
К возникновению галактических магнитных полей имеют отношение процессы зарождения и эволюции звезд. Они, согласно современным представлениям, возникают в газово-пылевых космических облаках, которые вначале фрагментируются, а затем в них 
образуются сгустки вещества повышенной плотности. Из этих 
сгустков, сжимаемых силами тяготения, образуются сферические 
протозвезды, окруженные вращающимися плоскими дисками.
В плотных и обширных облаках Вселенной могут зарождаться 
сотни и тысячи звезд в течение 10–15 млн лет. Процесс превращения 
каждой протозвезды в звезду сопряжен с приобретением ею от окружающего диска дополнительного количества вещества, а возрастающее сжатие разогревает ядро звезды до нескольких миллионов градусов, после чего в нем начинается термоядерный процесс.
Превращение протозвезды в звезду сопряжено с использованием 
магнитных сил, действие которых затормаживает вращение диска 
при переходе части его вещества на протозвезду. Магнитное поле еще 
на стадии образования диска искривляет траектории протонов, сталкивающихся с нейтральными молекулами. Магнитное торможение 
приводит к возникновению внутреннего трения, уменьшающего вращательный момент диска. Механизм магнито-ротационной неустой