Influence of solar radiation components on partial oxygen density in the surface air layer in subarctic and subtropical regions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Solar radiation consists of electromagnetic radiation and the solar wind. It becomes nonlinear during solar flares, with increased wave radiation and the emission of large amounts of charged particles. Increased solar radiation intensity alters the Earth’s light and thermal balance and geomagnetic activity, affecting both weather and oxygen status.

AIM: To assess the effect of solar radiation components on changes in partial oxygen density in subarctic and subtropical regions, depending on the level of solar activity.

METHODS: Sunspot data were obtained from the Royal Observatory of Belgium. Solar radiation levels, the planetary magnetic index (Ap), and the local geomagnetic activity index (K) were assessed using data from the All-Russian Research Institute of Hydrometeorological Information. Partial oxygen density was calculated based on air temperature, atmospheric pressure, and relative air humidity. Data from 2007 (low solar activity) and 2001 (high solar activity) were compared. Wavelet analysis was used for mathematical processing.

RESULTS: In the North, the mesor, amplitude, and autocorrelation of solar radiation in 2001 did not differ from those recorded in 2007. In subtropical regions, the mesor and amplitude of solar radiation were significantly higher, whereas autocorrelation was lower, indicating a disruption of time series. The synchronization coefficient demonstrated a strong correlation between solar radiation and partial oxygen density in both high and low solar activity years in the North, and a weak synchronization in the subtropics during the year of low solar activity. Synchronization of the Ap and K indices in Polokwane increased as solar activity rose from very low to moderate. The synchronization coefficients for Ap and partial oxygen density, as well as K and partial oxygen density, indicated a very weak correlation between magnetic indices and partial oxygen density, regardless of solar activity. In Khanty-Mansiysk, synchronization between the Ap and K indices remained weak. The synchronization coefficient for Ap and partial oxygen density showed a non-significant increase with rising solar activity, whereas synchronization between K and partial oxygen density decreased from weak to very weak as solar activity increased.

CONCLUSION: During the year of low solar activity, both geographic regions showed a significant correlation between solar radiation fluctuations and partial oxygen density. In subtropical regions, increasing solar activity was associated with a weaker correlation between solar radiation and partial oxygen density. Significant synchronization between fluctuations in partial oxygen density and planetary or local magnetic activity ranged from weak to very weak, regardless of solar activity levels or geographic latitude.

About the authors

Oleg N. Ragozin

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: oragozin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5318-9623
SPIN-code: 7132-3844

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Khanty-Mansiysk

Livhuwani Muthelo

University of Limpopo

Email: livhuwani.muthelo@ul.ac.za
ResearcherId: AHC-1001-2022

PhD, Senior Lecturer

South Africa, Polokwane

Elena Yu. Shalamova

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: selenzik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5201-4496
SPIN-code: 8125-9359

Dr. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Khanty-Mansiysk

Andrej B. Gudkov

Northern State Medical University

Email: gudkovab@nsmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5923-0941
SPIN-code: 4369-3372

MD, Dr.Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Arkhangelsk

Irina A. Pogonysheva

Nizhnevartovsk State University

Author for correspondence.
Email: severina.i@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5759-0270
SPIN-code: 6095-8392

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Nizhnevartovsk

Elina R. Ragozinа

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: elinka1000@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0199-2948
SPIN-code: 7335-7635
Russian Federation, Khanty-Mansiysk

Denis A. Pogonyshev

Nizhnevartovsk State University

Email: d.pogonyshev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8815-1556
SPIN-code: 1179-9674

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Nizhnevartovsk

References

  1. Fedorov VM, Sokratov SA, Frolov DM. The tendencies of change of the incoming solar radiation to the upper atmosphere boundary and their spatial localization. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2019;(5):50–58. doi: 10.31857/S0205-96142019550-58 EDN: NFQKZC
  2. Russell CT. The solar wind and magnetospheric dynamics. In: Page DE, editor. Correlated Interplanetary and Magnetospheric Observations. Astrophysics and Space Science Library. Springer, Dordrecht; 1974;42. doi: 10.1007/978-94-010-2172-2_1
  3. Veselovsky IS, Kaportseva KB, Lukashenko AT. Hydrodynamic classification of solar wind flows. Astronomicheskii vestnik. Issledovaniya Solnechnoi Sistemy. 2019;53(1):61–73. doi: 10.1134/S0320930X19010080 EDN: YWYHGH
  4. Vladimirsky BM, Temuryants NA, Martynyuk VS. Space weather and our life. Moscow: DMK-Press; 2022. 224 p. ISBN: 978-5-89818-203-8
  5. Datieva FS, Volkov AV, editors. Heliogeophysical factors in chronopathophysiology and clinical medicine. Vladikavkaz; Tula: IBMI VSC RAS; 2023. 490 p. ISBN: 978-5-00081-596-0
  6. Berlyand TG. Distribution of solar radiation on the continents. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1961. 227 p.
  7. Fedorov VM, Frolov DM. Spatial and temporal variability of solar radiation arriving at the top of the atmosphere. Kosmicheskie Issledovaniya. 2019;57(3):177–184. doi: 10.1134/S002342061903004X
  8. Ragozin ON, Tatarintsev PB, Pogonysheva IA, et al. Corrections for geographical differences in photoperiod in time-series analysis. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2023;30(2):139–149. doi: 10.17816/humeco117532 EDN: VVYOJA
  9. Bokeria LA, Bokeria OL, Volkovskaya IV. Cardiac rhythm variability: methods of measurement, interpretation, clinical use. Annals of Arrhythmology. 2009;6(4):21–32. EDN: KYGRHZ
  10. Azcaratea T, Mendoza B, Levi JR. Influence of geomagnetic activity and atmospheric pressure on human arterial pressure during the solar cycle 24. Adv Space Res. 2016;58(10):2116–2125. doi: 10.1016/j.asr.2016.05.048
  11. Cornelissen G, Halberg F, Sothern RB, et al. Blood pressure, heart rate and melatonin cycles synchronization with the season, earth magnetism and solar flares. Scr Med (Brno). 2010;83(1):16–32.
  12. Persinger MA, McKay BE, O'Donovan CA, et al. Sudden death in epileptic rats exposed to nocturnal magnetic fields that simulate the shape and the intensity of sudden changes in geomagnetic activity: an experiment in response to Schnabel, Beblo and May. Int J Biometeorol. 2005;49(4):256–261. doi: 10.1007/s00484-004-0234-2
  13. Kowalski U, Wiltschko R, Fuller E. Normal fluctuations of the geomagnetic field may affect initial orientation in pigeons. J Comp Physiol. 1988;163:593–600. doi: 10.1007/bf00603843
  14. Rapoport SI, Malinovskaya NK, Vetterberg L, et al. Melatonin production in patients with hypertension during magnetic storms. Therapeutic Archive. 2001;73(12):29–33. (In Russ).
  15. Welker HA, Semm P, Willig RP, Commentz JC, Wiltschko W, Vollrath L. Effects of an artificial magnetic field on serotonin N-acetyltransferase activity and melatonin content of the rat pineal gland. Exp Brain Res. 1983;50(2-3):426–432. doi: 10.1007/BF00239209
  16. Krylov VV. Biological effects of geomagnetic activity: observations, experiments and possible mechanisms. Transactions of Papanin Institute for Biology of Inland Waters RAS. 2018;(84):7–38. doi: 10.24411/0320-3557-2018-10016 EDN: VPYJDM
  17. Vasilyeva NI. The problem of correlation of human biorhythms and solar activity in light of the concept of the “universal spectrum” of the solar system. Izvestiya TRTU. 2000;(4):36–37. (In Russ.) EDN: KUSMIB
  18. Shemy-Zade AE. Transformation of the impulse of solar-geomagnetic activity into disturbances of the radon and aeroion fields of the planet. Biophysics. 1992;37(4):690–699. (In Russ.)
  19. Lednev VV. Biological effects of extremely weak variable magnetic fields: identification of primary targets. In: Modeling of geophysical processes. Moscow: IPE RAS; 2003. P. 130–136. (In Russ.) EDN: ZTTRXB
  20. Chibisov SM. Cosmos and biosphere: the influence of magnetic storms on the chronostructure of biological rhythms. RUDN Journal oF Medicine. 2006;(3):35–44. EDN: IJNGFD
  21. Borisenkov MF. Influence of the earth's magnetic field on the daily dynamics of the total antioxidant activity of human saliva in the North. Advances in Gerontology. 2007;20(4):56–60. EDN: IUDXEL

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Circannual changes in solar radiation in Khanty-Mansiysk in 2001 and 2007: X-axis, months; Y-axis, solar radiation intensity (W/m2).

Download (470KB)
3. Fig. 2. Circannual changes in solar radiation in Polokwane in 2001 and 2007: X-axis, months; Y-axis, solar radiation intensity (W/m2).

Download (518KB)
4. Fig. 3. Circannual rhythms of the planetary magnetic index Ap in years of high (2001) and low (2007) solar activity: X-axis, rhythm amplitude (conventional units); Y-axis, rhythm periods (days).

Download (249KB)
5. Fig. 4. Circannual rhythms of the local geomagnetic index K in Khanty-Mansiysk and Polokwane in years of high (2001) and low (2007) solar activity: X-axis, rhythm amplitude (conventional units); Y-axis, rhythm periods (days).

Download (314KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».