Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
- купить кресло б у
-

В.Ф. Панин
Защита биосферы от энергетических воздействий

Конспект лекций. – Томск: ТПУ, 2009. – 62 с.

 

Введение: общие представления об энергетических загрязнениях биосферы (окружающей среды)

Производственная и другая деятельность человека приводит не только к химическому загрязнению биосферы, рассмотренному в предыдущих главах. Всё возрастающую роль в общем потоке негативных антропогенных воздействий на биосферу приобретает её физическое загрязнение. Последнее связано с изменением физических параметров внешней (окружающей) среды, то есть с их отклонением от параметров естественного фона.

В настоящее время наибольшее внимание привлекают изменения электромагнитных и виброакустических параметров (условий) окружающей среды. Как правило, в литературе они рассматриваются как волновые или энергетические загрязнения.

Спектр частот известных сегодня электромагнитных колебаний чрезвычайно широк: от близких к нулю до 3·1022 Гц (рентгеновское излучение). В связи с этим обстоятельством и различием способов получения и регистрации, а также в связи с многообразием проявлений электромагнитных колебаний весь спектр разбит на несколько диапазонов:

1) радиоволны возбуждаются при движении электрических зарядов в системах, образованных телами макроскопических (надмолекулярных) размеров, частоты 0 < f < 6·1012 Гц, l > 5·10-5 м; согласно международному регламенту радиосвязи длины (частоты) радиоволн делятся на 12 диапазонов, начиная с крайне низких частот (3…30) Гц, заканчивая гипервысокими частотами (0,3…3) ТГц;

2) оптические волны (излучения) возбуждаются при движении электрических зарядов в системах атомно-молекулярных размеров. Спектр частот f = 3×1011…3×1016 Гц (границы условные), l = 10-3…10-8 м. Весь спектр оптического излучения разделён на три диапазона:

 - инфракрасное, f = (3×1014…3,9·1014) Гц , l = (10-3...0,77·10-6) м или тепловое излучение;

 - видимое, f = (3,9×1014…~7,9×1014) Гц, l = (0,77×10-6…0,38×10-6) м или световое излучение;

 - ультрафиолетовое излучение, f = (7,9×1014…3×1016) Гц,
l = (0,38×10-6…10-8) м;

3) рентгеновское излучение возникает при взаимодействии заряженных частиц и фотонов с атомами вещества, f = (3×1015…3×1022) Гц,
l = (10-8…10-14) м.

4) гамма-излучение, генерируется возбуждёнными ядрами атомов при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, при распаде частиц и т.п., f > 3×1018 Гц , l < 10-10 м .

Общепризнано, что в настоящее время наибольший вклад в энергетическое загрязнение окружающей среды вносят изменения её электромагнитных параметров в диапазонах частот, соответствующих областям радиоволн (собственно электромагнитное загрязнение), инфракрасного или теплового излучения (тепловое загрязнение), рентгеновского и гамма-излучения, которые вместе с a - и b - частицами (испускаются радионуклидами – нестабильными ядрами радиоактивных элементов: уран, торий, полоний, радий и др.), являются причиной радиоактивного загрязнения биосферы, а также изменения вибро-акус-тических параметров (виброакустическое загрязнение).

Одной из основополагающих компонент комплекса мер по защите окружающей среды от энергетических загрязнений является их нормирование, то есть установление того уровня энергетического загрязнения, превышение которого недопустимо при организации в данном месте нового производства (завод, ТЭС и т.п.) или реконструкции прежнего. Если при химическом загрязнении этим предельным уровнем является предельно допустимая концентрация (ПДК), то при энергетическом загрязнении введён предельно допустимый уровень (ПДУ) энергетического загрязнения. Его смысл соответствует смыслу ПДК. Как и в случае ПДК, ПДУ устанавливается отдельно для техносферы (для рабочей зоны) и для окружающей среды (населённой местности). Последний всегда меньше, чем ПДУ для рабочей зоны. В большом числе случаев это различие составляет 10 раз, что можно объяснить двумя обстоятельствами. Во-первых, в рабочей зоне, то есть на производстве, заняты, выражаясь эколого-биологическим языком, оформившиеся (физически и биологически) человеческие особи. Их устойчивость к воздействию вредных факторов (диапазон толерантности) выше, чем у другой части населения: детей, пожилых и престарелых людей, а также просто физически слабых людей. Во-вторых, в значительной мере это различие предопределено тем, что в большинстве случаев вредный фактор формируется именно в рабочей зоне, где он имеет максимальные значения; по мере распространения в окружающем пространстве он уменьшает свою интенсивность, так что вне производственной территории его интенсивность априорно меньше, чем в рабочей зоне. Получается, что в определённой степени это двойное нормирование лишь фиксирует объ-ективное распределение интенсивности вредного фактора в пространстве (речь идёт и о химическом, и об энергетическом загрязнении).

Конечно, в глубинной основе сегодняшнего нормирования вредных экологических факторов лежат и экономические соображения. Читатель сейчас же согласится с тем, что лучше всего сделать так, чтобы и концентрация вредных веществ, и интенсивность энергетических факторов были пренебрежимо малыми. Увы, в том-то и состоит обратная сторона "медали" технического прогресса и в этом-то и содержатся истоки Глобального экологического кризиса, что не всегда удаётся оформить технологию производства так, чтобы полностью исключить её вредные воздействия. Рынок, по большому счёту, в принципе антиэкологичен. Рыночному производителю надо либо вкладывать большие средства в доводку технологии до устранения вредных воздействий, и тогда его “поезд может уйти”, либо он прорывается в рынок со своим товаром (услугой), неся за ним шлейф экологических издержек. Но этот шлейф экологических издержек (явно вредных, их по всем человеческим меркам надо устранять!) согласуется (!) с надзорно-контрольными экологическими органами на основе компромиссной концепции ПДК и ПДУ, и вот уже товар пошёл гулять по свету, внося свой вклад в тот планетарный феномен, который мы сегодня называем Глобальным экологическим кризисом.

В принципе, тем не менее, компромиссная концепция ПДК и ПДУ сегодня – реальный и действенный инструментарий защиты окружающей среды. И он найдёт свое место в процессе реализации концепции устойчивого развития. Но свои конструктивные приложения он найдёт лишь в развитии. Направленность его развития: уровни ПДК и ПДУ должны снижаться. Жизнь, то есть практика реализации концепции устойчивого развития, подскажет, каким должен быть темп ужесточения экологических нормативов. Разумеется, он должен быть оптимальным: ни излишне быстрым, ни слишком медленным. Он будет таким, каким его определит Коллективный Разум мирового сообщества – с постоянным учётом темпа развития Глобального экологического кризиса.

Но, повидимому, дело будет заключаться не только в постоянном ужесточении экологических нормативов в их сегодняшнем виде. Скорее всего, будет изменяться и философия (критерии) самих экологических нормативов, в частности, нормативов для энергетических загрязнений.

В соответствии с современными представлениями о взаимодействии энергетического фактора с организмом [24] можно обозначить следующую логику определения (поиска) ПДУ. Например, применительно к акустическому (шумовому) фактору.

Пройдя длительный эволюционный процесс, человек адаптировался к реальному спектру акустических воздействий. В ходе эволюции оказалось нецелесообразным для слухового аппарата человека регистрировать звуковые сигналы с плотностью потока энергии  акустических  колебаний  воздушной  среды,  меньшей чем 10-12 Вт/м2 (зона превентивного торможения) [24]: по-видимому все явления окружающего мира, сопровождаемые эмиссией звуковых сигналов с плотностью потока энергии, меньшей, чем 10-12 Вт/м2 (пороговая чувствительность), не играли значимой роли в жизнедеятельности наших доисторических предков и поэтому инстинктивно “обрезались”.

          Более энергоёмкие сигналы несли более значимую информацию, в итоге наш слуховой аппарат воспринимает звуковые сигналы в чрезвычайно широком диапазоне плотностей потока энергии, который образует информационную зону. Все звуки в этой зоне помогали доисторическому человеку (и помогают нам) ориентироваться в окружающем мире. Правая (верхняя) граница этого диапазона плотностей потока звуковой энергии, и более высокие её значения, по-видимому,  соответствовали тем реальным звуковым сигналам, которые также реально не несли значимую информацию (иначе слуховой аппарат приспособился бы к ним). Эта область энергосодержаний звуковых волн - зона запредельного торможения, поскольку эти сигналы специфически восприниматься не могут, так как нарушают нормальную саморегуляцию организма, и последний вынужден защищаться от их действия охранительным торможением.

          В качестве верхней границы информационной зоны естественно принять величину, сопоставимую с энергией основного обмена организма, пересчитанную на эквивалент плотности потока энергии [24]. Энергия основного обмена, практически одинаковая для всех теплокровных животных, составляет 1000 кал/м2 в сутки (постоянная Рутберга) или     5×10-2 Вт/м2. Если выразить эту величину в децибелах по отношению к порогу чувствительности, т.е.

 ,                                  

то получим усреднённый уровень звукового давления на верхней   границе информационной зоны. Она соответствует энергии основного обмена в состоянии организма между покоем и интенсивной мышечной работой. В последнем случае энергия основного обмена может возрасти в 5…8 раз [24], то есть примерно на порядок величины. Для этого случая L = 117 дБ @ 120 дБ. Соответственно, для состояния покоя L @ 100 дБ. Одновременно это нижняя граница зоны запредельного торможения или зоны энергетического воздействия.

          Таким образом, величина энергии основного обмена, точнее спектр величин этой энергии, соответствующий спектру состояний организма между покоем и интенсивной мышечной работой (в децибелах этот спектр выражается как 100…120 дБ), может рассматриваться как исходная величина при установлении теоретических ПДУ энергетических загрязнений (воздействий). Причём это может быть отнесено к каждому энергетическому воздействию: в ходе эволюции организмы адаптировались ко всем энергетическим воздействиям, по каждому из них организмы имеют информационную зону и, соответственно, верхнюю границу этой зоны, сопоставимую с энергией основного обмена. Естественно поэтому в качестве некоторого приближения ПДУ того или иного энергетического воздействия рассматривать его параметры, соответствующие энергетике основного обмена.

          Приведённая логика установления ПДУ энергетических загрязнений – один из вариантов подхода, в основу которого положена идея о существовании некоторого энергетического порога подобных воздействий, при превышении которого биосистемы претерпевают необратимые изменения, ведущие к ущербу их жизнедеятельности. Речь идёт об изменениях на разных уровнях: на организменно-надорга-низменном уровне – изменения (реакции) поведенческие, роста, развития; на клеточно-субклеточном уровне – реакции обмена, роста, развития.

          Разумеется, вопрос о ПДУ энергетических воздействий весьма сложен, как сложно всё, что связано с жизнедеятельностью организмов. В сущности, работы по эколого-гигиеническому нормированию энергетических воздействий на биосферу представляют собой фрагмент общего фронта исследований взаимодействия физических полей с живым веществом. Однозначных решений в части ПДУ в настоящее время не существует. Можно сказать, что в результате исследований в этой области сформировалась определённая методология, позволяющая практике экологического нормирования (а таковая есть в каждой стране, так как всесторонние экологические нормативы являются насущной потребностью общества) развиваться в рамках современных научных представлений в данной области.