Kiedy nasze ciało nie może się schłodzić! Upał, pot i temperatura mokrego termometru
- Tekst: Piotr Żabicki
Gdy robi się zbyt ciepło włącza się maszyneria chłodząca naszego organizmu – pocimy się. Na zewnątrz, do atmosfery, wydostaje się ciepło. Co jednak, jeśli atmosfera nie będzie chłonąć tego ciepła? Czy to możliwe? Tak, i jest to dramatyczna sytuacja, która już za kilkadziesiąt lat dotknąć może setki milionów ludzi.
Ciało ludzkie ma temperaturę około 37°C. Temperatura na skórze jest nieco niższa – mniej więcej 35°C. Dlaczego tak jest? Druga zasada termodynamiki. Energia cieplna może przepływać tylko z miejsca o wyższej temperaturze do tego o niższej. Herbata nie podgrzeje się pobierając ciepło z chłodniejszego otoczenia. Za to powietrze wokół gorącego kubka może stać się nieco cieplejsze. Gdyby więc skóra była równie ciepła jak wnętrze organizmu nie moglibyśmy się chłodzić, co skutkowałoby przemianą ciała w stek skwierczący na patelni.
Nasz organizm chłodzi się w różny sposób, np. przez przewodzenie ciepła (gdy wsadzamy rękę do zimnej wody czujemy chłód, temperatura spada) i promieniowanie elektromagnetyczne (nasze organizmy też promieniują). Jednak, gdy jest bardzo gorąco (więcej niż temperatura naszej skóry) tylko pocenie działa skutecznie, nic innego. Przeciwnie nawet – w takiej sytuacji przewodzenie cieplne i promieniowanie będą jeszcze rozpalać nasze ciała – dostarczając ciepło z gorącego środowiska do odrobinę chłodniejszej skóry. Jedyne co nam wtedy pozostaje to pocić, pocić, pocić się!
Ulotne ciepło
Gdy woda z naszego osobistego, „potowego” klimatyzatora zajmie miejsce na skórze rozpoczyna się proces jej przenikaniami do atmosfery, czyli parowania. Wraz z nią nadmierne ciepło będzie ulatywało w powietrze. Wciąż i wciąż, z każdą kropelką wydostającej się wody nasze ciało mozolnie zacznie się schładzać. Nie zmienia to jednak faktu, że warto mu w tym pomóc – szukając cienia lub strumienia powietrza z wentylatora. W takich momentach nasz mózg staje na posterunku, dbając o to, by myśl o zimnym napoju lub chłodzącej kąpieli była jedyną, najważniejszą ideą w głowie. 😊
Cała sprawa wygląda sensownie i wydaje się, że nie ma się czego czepiać. Owszem zdarzają się przypadki wadliwego działania cielesnej klimatyzacji, gdy coś w organizmie szwankuje. Bywa też tak, że lekkomyślnie zbyt długo dajemy się ogrzewać promieniom południowego Słońca lub nasz wewnętrzny zapas płynu chłodzącego (wody) jest znikomy. Ogólnie jednak system oziębiający dość dobrze działa, pozwalając przetrwać nam upalne dni, a gatunkowi Homo sapiens setki tysięcy lat.
Termoregulacja nieźle działa, ale…
Nasz mechanizm termoregulacji (którego elementem jest pocenie się) ma jednak pewną wadę – zależy nie tylko od prawidłowego funkcjonowania organizmu i naszej roztropności (pijcie wodę, rozważnie ze Słońcem), ale i od środowiska zewnętrznego, czegoś (wydawałoby się) zupełnie niezależnego od nas. O co chodzi?
Aby woda ze skóry przeniknęła do powietrza, musi w nim być dla niej miejsce. Innymi słowy atmosfera nie może już zawierać takiej ilości wody, że nie będzie mogła przyjąć kolejnych kropel. A to jest możliwe. Wilgotność atmosfery (czyli w skrócie zawartość w niej wody) może być tak duża, że nic się tam już nie zmieści. Także kropla potu z ładunkiem ciepła. Mówimy wtedy, że wilgotność wynosi 100% – czyli wszystkie miejsca na wodę są zajęte, nikt się już nie dosiądzie. Ale i wilgotność w granicach 80 czy 90% powoduje, że termoregulacja jest utrudniona i spowolniona.
Jeśli przyszły Wam do głowy te letnie dni, kiedy było tak ciepło i wilgotno, że myśleliście, że się zagotujecie, że „żyć się nie da”, że jest jak w szklarni – to takie właśnie warunki opisuję – wysoka temperatura i wysoka wilgotność równocześnie. Termoregulacja ledwo działa. Woda ze skóry nie wchłania się do atmosfery, a na jej miejsce nie mogą wskoczyć kolejne krople z ciała, niosące zbyteczne celsjusze. W takich chwilach każda czynność staje się męczarnią (podczas pracy wydziela się sporo ciepła) .
Ostatnio dodane do Rozoom
Zwykle sytuacja, gdy jest aż tak ciepło i zbyt wilgotno zdarza się rzadko i nie trwa długo. A co byłoby, gdyby tak się działo dniami i tygodniami a na dodatek, gdyby ten koszmar dotknął naraz nie kilka czy nawet kilkaset osób, ale miliony? Wyobraźmy sobie, że dzień w dzień jest tak ciepło i wilgotno, że nasza wewnętrzna klimatyzacja, wypieszczona przez miliony lat ewolucji, nie sprawdza się?
Naukowcy dowodzą, że przeciętnie pozostawanie w trudnych warunkach (gorąco i wilgotno) przez około sześć godzin, bez działającej potowej termoregulacji, powoduje udar cieplny i śmierć. Tak, tylko sześć godzin.
Mokry termometr
Temperatura mierzona w połączeniu z wilgotnością nazywa się temperaturą mokrego termometru (ang. wet bulb temperature). Brzmi to banalnie i jakoś niepoważnie (czy ktoś wrzucił termometr do miednicy?;) – ale jest sprawą bardzo serio, taką, która może decydować o życiu mnóstwa ludzi.
Czym zatem jest ten mokry termometr? To najzwyklejszy miernik temperatury, którego dolna część (czujnik) została owinięta mokrym materiałem, np. gazą. Jeśli temperatura otoczenia jest stała (np. wciąż jest tak samo gorąco), ale powietrze dookoła jest suche, woda z materiału szybko wyparuje, zabierając ze sobą ciepło i… temperatura na termometrze spadnie. Jeśli jednak ta woda nie będzie parowała, bo atmosfera jest nasycona wilgocią, termometr będzie wciąż wskazywał wysoką temperaturę i niewiele się zmieni.
Teraz zadanie na myślenie. Pamiętacie temperaturę skóry? I rozważania o tym, kiedy woda będzie parowała z naszego organizmu?
Wyobraźcie sobie, że jesteście termometrami otoczonymi warstwą wody – to pot na skórze. Wasza temperatura, tak jak ta na ludzkiej skórze, to 35°C. Na zewnątrz jest cieplej, a dodatkowo wilgotność wynosi 100%. Narządy wewnętrzne (mózg, serce i inne) pracują nawet, gdy siedzicie i się nie ruszacie. Ciepło się wydziela. Pocenie nie działa, woda nie odparowuje. Dodatkowo ciepło z otoczenia (cieplejszego) przenika do organizmu i jeszcze Was rozgrzewa. Co się dzieje. Fizyka! To ona przestawiła organizm z oddawania ciepła. Teraz to ciepło z otoczenia wnika do organizmu. Robi się niebezpiecznie.
35°C to modelowa temperatura mokrego termometru, której przekroczenie jest dla człowieka zabójcze.
„Człowiek przebywający w takiej atmosferze nie ma szansy na przeżycie. Żadne polewanie się wodą ani wachlowanie nie pomoże” – twierdzi autor artykułu na blogu „Anomalia klimatyczna”. Podkreśla też dalej – „Już temperatura mokrego termometru przekraczająca 30°C jest klasyfikowana jako „ekstremalnie niebezpieczna”, bo zdolność odprowadzania ciepła w naszym organizmie bardzo się zmniejsza. Praca fizyczna w takich warunkach na zewnątrz jest praktycznie niemożliwa”. W zasadzie możemy tylko siedzieć w bezruchu w cieniu. Każdy wysiłek skutkuje dodatkową produkcją ciepła przez organizm, którego nie da się odprowadzić na zewnątrz.
W innym z wniosków przeczytać możemy, że „utrzymująca się temperatura mokrego termometru przekraczająca 35°C może być śmiertelna nawet dla zdrowych i wysportowanych ludzi, nieubranych, odpoczywających w cieniu obok wentylatora”. „W praktyce takie dogodne warunki do chłodzenia się ludzi nie zawsze będą istnieć – stąd wysoki poziom śmiertelności podczas fal upałów w Europie w 2003 r. i w Rosji w 2010 r., w których temperatura mokrego termometru nie przekraczała 28°C”.
Niepewna przyszłość, niekończący się upał
Już w ostatnich dziesięcioleciach zdarzały się momenty, gdy temperatura mokrego termometru zbliżała do 35°C. Działo się tak np. w dolinie Indusu i nad wodami Zatoki Perskiej. Jednak sytuacje takie trwały krótko i na ograniczonej przestrzeni. W czym więc problem?
Dotyka nas i postępuje globalne ocieplenie. Modele zmian przedstawione przez naukowców nie rodzą wątpliwości: takie, niezdatne do życia, warunki będą zdarzać się częściej, dużo częściej, bardzo często. „W scenariuszu emisji gazów cieplarnianych z dotychczasową intensywnością za 60 lat temperatury mokrego termometru sięgające ponad 33°C obejmą większość Afryki, Ameryki Południowej, Indie, Bliski Wschód, część Chin i USA”.
Pamiętajmy, że mówimy o temperaturze w cieniu. A co z tymi, którzy pracują w Słońcu? Co z tymi, dla których nawet dziesięć stopni mniej od ekstremum i tak stanowić będzie poważne wyzwanie dla życia? Nie jesteśmy zbiorowością idealnie zdrowych, młodych osobników.
Pisząc wcześniej o zależności mechanizmu chłodzenia od środowiska stwierdziłem, że „wydawałoby się, że nie mamy na to wpływu”. Wydawałoby się, że temperatura i wilgotność są od nas niezależne. Po prostu pojawiają się i pani z prognozy pogody może jedynie je odczytywać, ubolewając, że są niekorzystne lub radośnie informując, że nie będzie najgorzej. A jednak… Biorąc pod uwagę, że globalne ocieplenie wywodzi się z działalności ludzi, warto podkreślić, za setkami raportów i apeli naukowców (patrz np. tu), że nasz gatunek ma możliwości, które pozwolą kształtować klimat, tak by ten nas nie zabił!
Tak mamy (jeszcze) wpływ na to, by mordercze temperatury mokrego termometru za czas jakiś nie stały się przyczyną wyludnienia wielkich połaci ziemskich lądów.
Szacowane średnie dzienne maksymalne temperatury mokrego termometru podczas najcieplejszego miesiąca w roku w scenariuszu biznes-jak-zwykle. Za: naukaoklimacie.pl/aktualnosci/kilka-stopni-ktore-robi-roznice-156/
Źródła:
Ruby Mellen, William Neff (2021) „Beyond human endurance”, The Washington Post
„Co to jest temperatura mokrego termometru i dlaczego kiedyś może zależeć od niej nasze życie?” (2010), blog Anomalia klimatyczna
Colin Raymond, Tom Matthews, Radley M. Horton (2020). “The emergence of heat and humidity too severe for human tolerance”. Science Advances. 6 (19)
„Kilka stopni, które robi różnicę” (2016), Nauka o klimacie
“Thermoregulation in humans”, Wikipedia
„Wet-bulb temperature”, Wikipedia
Wet Bulb Temperature. Life or death? (2021), Just Have A Think
