2. Экологические проблемы окружающей среды

Природа представляет собой чрезвычайно сложную систему, от которой зависит как человеческая деятельность, так и сама жизнь. Если бы не было фотосинтезирующих зеленых растений, не было бы кислорода для домен и топок, как не было бы условий для жизни человека и животных. Если бы не биологические процессы, протекавшие в почве миллионы лет, не было бы ни угля, ни нефти, ни растений.

Антропогенная экологическая система находится сейчас в стадии быстрого роста. В значительной степени современное человечество поддерживает собственное благополучие за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов. Когда их запасы истощатся, неизбежно возникнут социальные конфликты, войны и голод, чреватые разрушением цивилизации. Земля может снова стать необитаемой.

Человек одновременно играет роль представителя природы и ее эксплуататора. Но законы природы не исчезли, не утратили своей силы, их нельзя изменить. С ростом населения на планете и с грандиозным увеличением потребления энергии усложнилась лишь зависимость людей от этих законов. Теперь сохранение цивилизации зависит от наших знаний о природе и разумных действий, направленных на совместное развитие Природы и Человека.

Предлагаемая тема позволит Вам познакомиться с некоторыми проблемами окружающей среды, понять роль человека в изменении природной среды, её антропогенном загрязнении и сделать выводы о необходимости беречь природу, вносить свой посильный вклад в сохранении будущего человечества.

2.1. Экологические проблемы атмосферы

2.1.1. Состав атмосферы

Возникновение атмосферы связано с геологическими и геохимическими процессами, обусловленными вулканической деятельностью, сопровождающейся выносом из глубины недр азота и диоксида углерода. До появления жизни на Земле первичная атмосфера состояла из метана, аммиака, углерода. 1,8 млрд. лет назад произошла эволюция атмосферы с возникновением жизни на Земле и увеличением содержания кислорода. Появилась “вторичная атмосфера” - азотно-кислородная. В нижнем слое - тропосфере – содержится около 90% массы атмосферы. Её протяженность от 8 до 18 км. В тропосфере содержится около 78% азота и 20% кислорода. В верхних слоях атмосферы молекулы кислорода под действием солнечной радиации расщепляются на атомы, образуя озон. Концентрация озона примерно постоянна, процесс его образования уравнивается процессом распада. Озон в объёме две миллионные части атмосферы находится в стратосфере, на высоте 20 – 30 км. Озоновый слой интенсивно поглощает излучения в ультрафиолетовой части спектра, защищая органическую природу от смертоносного действия ультрафиолетовых лучей, а также влияет на тепловой баланс Земли.

Непостоянный по содержанию водяной пар находится в основном в тропосфере, где постоянно происходит его испарение, конденсация, перенос, что влияет на климатические условия.

Атмосферные аэрозоли – взвешенные коллоидные и твердые частицы, загрязнители земного и космического происхождения. Они оказывают заметное влияние на радиационные процессы в атмосфере.

2.1.2. Изменение газового состава и запыленность атмосферного воздуха

Создается иллюзия неисчерпаемости. Уже с 19 века по мере развития промышленности газовое равновесие нарушается. Происходит увеличение углекислого газа и уменьшение кислорода за счет сжигания органического топлива. В результате естественных процессов в атмосферу ежегодно поступает около 70 млрд. т углекислого газа (вулканическая деятельность, лесные пожары, “дыхание почвы” и т. д.), а в результате антропогенной деятельности - более 25 млрд. т. При сжигании топлива уничтожается более 23% кислорода, продуцируемого при фотосинтезе. Реактивный лайнер за 8 часовой перелет из Европы в Америку расходует 75 т кислорода, который может воспроизвести 50 тыс. га леса за это время. При сжигании происходит увеличение азота, промышленностью выбрасывается ежегодно в атмосферу более 50 млн.т оксидов азота. Изменения пока незначительны, но происходят повсеместно, нарушая природное динамическое газовое равновесие. При небольших количествах компонентов самоочищение атмосферы обеспечивает природное газовое равновесие. Но систематическое выделение компонентов от антропогенных источников значительно увеличивают концентрацию и локальные загрязнения окружающей среды. Помимо газового происходит аэрозольное “запыление”, масса аэрозолей в год составляет от 1 до 6 млн. т, что составляет 10-20% от общего количества аэрозольных частиц в атмосфере. Причина – газопылевые выбросы предприятий, транспорт. Состав аэрозолей - азот, сульфаты, тяжелые металлы (свинец, ртуть, мышьяк и т. д.), зола, пыль. Радиоактивные вещества попадают в атмосферу с дымовыми газами ТЭС, при авариях АЭС, испытаниях ядерного оружия. В стратосфере эти загрязнения могут находиться от 3 до 9 лет, в тропосфере – несколько месяцев, затем с осадками попадают на Землю.

Самое пагубное из выбрасываемых загрязнений – окислы серы. Результат этого - кислотные дожди, которые разрушают леса, растительность, здания, памятники архитектуры. Значительный вред приносят автомобили, количество выхлопных газов превышает 20 млн. тонн в год. В результате – смог. Фотохимический туман (смог) возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое. По своему физиологическому воздействию на организм человека смоги крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем, и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Как было образно замечено: “или люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей”.

2.1.3. Последствия загрязнения воздушной среды

Еще в начале 60-х годов было замечено увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, который задерживает отдачу с Земли в космос тепла от солнечной энергии, как в застекленном парнике. Это явление назвали парниковым эффектом, предсказали повышение температуры приземного слоя Земли. Проверили и убедились, что парниковый эффект нарастает, к середине 21 века должен удвоиться, температура планеты повысится в среднем от 1,5 градусов близ экватора до 4 градусов в высоких широтах, что приведет к глобальному потеплению.

Высказано опасение, что парниковый эффект грозит большими бедствиями. При повышении температуры льды растают, это вызовет подъем уровня мирового океана от 25 до 140 см, что приведет к затоплению городов, стран и т. д. Потепление приведет к увеличению испарений, будет больше осадков, что уже замечено в Европе. Изменится климат на планете, появятся пустыни, усиление ветра приведет к эрозии почв, ожидаются экологические потери в новых физико-географических условиях. Это модная ныне катастрофическая теория. Мы пока не ощутили таких глобальных прогнозируемых изменений, но это объяснили запыленностью атмосферы и меньшим проникновениям солнечной энергии.

Есть и другое мнение ученых. Ледник Антарктиды существует 30 млн. лет, выдержал несколько эпох потепления климата Земли, гораздо более значительного. Около 20 млн. лет назад температура была выше на 5-6 градусов, в Якутии росли леса грецкого ореха. А льды Гренландии еще древнее. Около 40 тыс. лет назад по пустынной теперь Сахаре текли реки, Сахара была саванной. Наблюдаемый сейчас парниковый эффект – это результат естественного изменения климата на планете, при котором уже давно установлены периоды оледенения и потепления. Парниковый эффект не несет бедствий для народов, наоборот, это благоприятные климатические условия. Но все ученые едины во мнении, что нельзя нарушать естественный баланс атмосферы.

Беспокойство за судьбу озонового слоя не утихает в мире уже с 70-х годов прошлого столетия. Озоновый слой разрушают сверхзвуковые самолеты, фреоны – органические вещества, широко применяющиеся в промышленности, в быту – в холодильниках, кондиционерах, дезодорантах. В конце 80-х годов страны объявили запрет на применение фреона в аэрозольной упаковке. Появляются “озоновые дыры”, во всех регионах наблюдается убыль озона за 15 лет на 3%. Над Антарктидой наблюдается реальный процесс антропогенного воздействия на озоновый слой. Фреоны разносятся по всей атмосфере, а над Антарктидой попадают в особые условия, где происходит интенсивное разрушение озона. 1 молекула хлора может разрушить 10 тысяч молекул озона. Уменьшение озонового слоя на 1% приводит к увеличению числа больных раком кожи на 3%. Особенно интенсивно разрушали озоновый слой испытания ядерного оружия в верхних слоях атмосферы, старты космических ракет. Один старт космической ракеты может разрушить от 10 тысяч до 10 млн. т озона. А произведено более 50 тысяч стартов. Запрещение испытания ядерного оружия в верхних слоях атмосферы и сотрудничество стран по исследованию космического пространства позволит сократить разрушение озонового слоя. Восстановление озонового слоя происходит естественным путем: озон образуется из кислорода, который поступает в атмосферу путем фотосинтеза зеленых растений.

2.2. Экологические проблемы гидросферы

Поверхность Земли на две трети занята водой. Считают, что вода появилась 3 – 3.5 млрд. лет назад в виде паров вследствие дегазации мантии. Под воздействием солнечной энергии в природе происходит круговорот воды в её различных фазовых состояниях. Испаряясь с поверхности Земли, вода увлажняет нижние слои атмосферы и в виде осадков попадает на поверхность, концентрируясь в водоемах или подземных водах, которые создают питание поверхностных водоемов.

Воды в океанах и морях минерализованы (35 г в 1 л воды), подземные – до 200 г на 1 л воды. Запасы пресных вод - 35 млн. куб. км, т.е. 2% от общих запасов воды на планете.

Пресная вода – “самый важный минерал планеты”. 1,2 млрд. жителей нашей планеты испытывают нехватку пресной воды. Это Алжир, Гонконг, Сингапур и др. Еще совсем недавно можно было говорить о жажде тропических, арабских, африканских стран. За последние годы жажда переместилась в Европу, Америку. За малыми исключениями сегодня вся планета пьет зараженную жидкость, которую лишь условно можно назвать водой, отравленную или промышленными сбросами, или химическими удобрениями, или глобальным круговоротом в природе ядов, в котором уже нельзя отыскать ни начал, ни концов. Внутренние водоемы являют, как правило, печальную картину, сильно пострадал и мировой океан, превращенный в свалку всяческих, в том числе и радиоактивных отходов, и ставший полем неравной борьбы с его обитателями. Аварии нефтяных танкеров, разлив нефти привели к тому, что нефтяной пленкой постоянно загрязнено около 20% поверхности океана, а это затрудняет фотосинтез зеленых водорослей, которые дают в атмосферу около 40% кислорода. Но еще больше, чем сделанное, ужасают планы человека на будущее – с плавучими городами, подводными нефтепромыслами, атомными станциями в океане. Разработка шельфа (прибрежной зоны) представляет экологическую опасность.

Основные потребители пресной воды – сельское хозяйство, промышленность и коммунальное хозяйство, водопользователи - водный транспорт, здравоохранение, спорт. В сельском хозяйстве используется около 70% пресной воды за счет атмосферных осадков, орошения, обводнения, создания прудов для рыб и птиц, водоснабжения. При этом возвращается в водоемы вода, загрязненная химическими веществами от удобрений и органикой. В промышленности используется около 20% пресной воды для охлаждения в технологическом процессе, а также на производственные операции – растворение, смешивание, очищение и т. д. Наиболее водоемкие химическая, целлюлозно-бумажная, металлургическая промышленность. Например, на производство 1 тонны синтетического волокна требуется от 5 до 10 тысяч тонн воды, 1 тонны бумаги – до 1 тысячи т воды. В коммунальном хозяйстве вода используется на бытовые нужды. Жители городов потребляют по 200 – 300 л воды в сутки, жители Москвы – 400 л, Новосибирска – 300 – 400 л. За рубежом потребляют значительно меньше воды, т. к. есть счетчики расхода. Сточная вода городов проходит через очистные сооружения, но степень её очистки в основном недостаточна (порядка 60%), что приводит к загрязнению водоемов. Малые реки городов представляют собой сточные канавы, в которые предприятия сбрасывают сточные воды без очистки. Не составляют исключение малые реки Новосибирска: Каменка, Тула, Ельцовка, Камышенка и др.

Бездумное отношение к экологическим проблемам приводит к экологическим катастрофам, примером являются Байкал, Арал.

2.3. Экологические проблемы энергетики

2.3.1. Экологические проблемы теплоэлектростанций (ТЭС)

ТЭС – это предприятия, вырабатывающие электроэнергию на базе химического топлива (уголь, нефть, природный газ). В РФ на ТЭС вырабатывается около 70% энергии страны. На производство электроэнергии в РФ расходуется менее четверти горючих ископаемых, остальное – на получение тепла. При выработке электроэнергии выделяется значительное количество теплоты, поэтому электростанции строят вблизи городов и предприятий, используя их в качестве производителя тепловой энергии (теплоэлектроцентраль – ТЭЦ), повышая этим их мощность на треть. На современных ТЭЦ КПД достигает 40 – 60%, дальнейшее увеличение практически невозможно. Средняя ТЭЦ потребляет в год около 8 млн. т угля. Перевозка топлива для ТЭЦ составляет 40% грузовых перевозок страны. При сжигании угля в атмосферу от одной только крупной ТЭЦ ежегодно попадает 10 млн. т углекислого газа, что способствует “парниковому эффекту”, 400 тыс. т золы, 300 тыс. т окислов серы, около 100 тыс. т окислов азота, в результате чего появляются кислотные дожди. При сжигании угля в воздух попадают соединения тяжелых металлов, радиоактивные вещества, которых от ТЭЦ в атмосферу попадает в 2 раза больше, чем от АЭС. Загрязнения от ТЭЦ ощущаются в радиусе до 20 км. Кроме того, загрязнением является нагрев воды при охлаждении агрегатов, а также шлаки (2 – 10 млн. т), которые вывозят в золоотвалы, занимающие площадь для одной ТЭЦ 2 – 5 км² и расположенные в 15 – 20 км от города. ТЭЦ, работающие на нефти или газе, гораздо экологичнее угольных.

2.3.2. Экологические проблемы производства электроэнергии на АЭС

Переход к атомной энергетике позволяет значительно снизить выбросы в атмосферу. На АЭС выбросы газов и жидкостей ниже допустимых пределов, годовой запас топлива порядка 10 куб. м, выбросы радиоактивных веществ меньше, чем от ТЭЦ. Экологическое воздействие АЭС – в тепловом загрязнении воды. Например, АЭС в Сосновом бору (Петербург) потребляет при охлаждении около 1 млн. куб. м морской воды в час. Особая проблема - радиоактивные отходы, которые после переработки имеют форму остеклованной массы 3 – 8 куб. м. Захоронение их происходит под строгим контролем.

2.3.3. Экологические проблемы гидроэлектростанций

ГЭС традиционно считались сравнительно дешевым и чистым источником энергии. Сооружение плотин неизбежно связано с образованием крупных искусственных водоемов. Площадь Братского водохранилища соизмерима с Телецким озером Горного Алтая. Земля под водохранилищем потеряна безвозвратно. Это млн. га пашни, лесов, лугов, дорог, селений. А эти искусственные озера постепенно, но неизбежно мелеют, зацветают, заболачиваются, становятся причиной изменения климата в худшую сторону. У плотин ГЭС гибнет в огромных количествах животный и растительный мир рек. Количество рыбы, уничтожаемой на водозаборах ГЭС, многократно превышает то, что дают все рыбные предприятия страны. Только на водозаборах Астраханской области ежегодно гибнет более 15 млн. штук молоди рыб.

В нижний бьеф вода попадает через турбины и по водоводам. На высотных плотинах (100 – 200 м) водоводы расположены на большой глубине (несколько десятков или более сотни метров), где вода летом и зимой имеет постоянную температуру. В условиях Сибири это приводит к тому, что летом в реке вода очень холодная - 6 -10 градусов при температуре на поверхности водохранилища 20 градусов. При коротком сибирском лете жители не имеют возможности искупаться в такой реке. Зимой река за плотиной не замерзает, так как через водовод попадает вода теплая – 4 градуса. Незамерзающий “язык” достигает 100 – 200 км, открытый водоем повышает влажность воздуха, при лютых сибирских морозах происходит кристаллизация льдинок в воздухе. Человек тяжело переносит сильные морозы с повышенной влажностью. Такая картина наблюдается в районе ГЭС бассейна Енисея: страдают больные астмой и другими заболеваниями дыхательного аппарата, повышается частота респираторных заболеваний. Такой “подарок” получили жители Красноярска, Братска и других сибирских городов. Изменился режим реки, не все породы рыбы выдержали глобальные изменения своей среды обитания.
Построен ряд ГЭС и на равнинных реках, в частности Новосибирская ГЭС. Эта ГЭС не решает энергетической проблемы города, но громадное (протяженностью 200 км) водохранилище затопило плодородные земли в пойме реки, села и деревни. Идет постоянное обрушение берега из-за эрозии, водохранилище в основном мелкое и “зацветает”, постепенно заболачиваясь. Погибают некогда значительные запасы рыбы. Сибирские ученые, имея в виду проблемы и этого водохранилища, заявили: “Строительство гидроэлектростанций на равнинных реках – экологическое преступление”.

2.3.4. Экологические проблемы производства электроэнергии с использованием “нетрадиционных” источников энергии

Существует ряд неисчерпаемых энергетических источников, но используются они в незначительных масштабах. Причина – отсутствие приемлемых решений для их реализации. Время их еще не пришло. Это солнечная энергия, тепловая энергия недр, энергия океанских приливов и волн, ветровая. Суммарная мощность солнечной энергии колоссальна: за год на 1% площади пустыни Сахара падает количество солнечной энергии, которое превышает потребность в ней всего человечества. Но эта энергия непостоянна, зависит от погоды, времени года. В мире работают солнечные экспериментальные электростанции (СЭС, гелиоэлектростанции). Работают маяки и бакены на солнечной энергии. Наручные часы, калькуляторы давно работают на солнечной энергии, космические аппараты. Солнечная энергия завоевывает себе место под солнцем.

Запасы термальных вод на Земле громадны, но при современном состоянии технологии можно использовать только воды в районах вулканической активности, на глубине 1 – 2 км. Тюменское “подземное море” по размерам превышает Черное, температура 60 – 300 градусов. Принцип работы: прием пароводяной смеси из скважин, отделение пара в турбины, а вода – отход производства. Но минерализованы эти моря до 30%, поэтому сточные воды загрязняют ядами окружающую среду. Притом откачка воды из недр может вызвать землетрясения. Сточную воду нужно закачивать назад, в “подземное море”, на что при современном уровне технологии уйдет вся добытая энергия. Геотермальные станции небольшой мощности (ГеоТЭС) работают в США, Японии, РФ.

Энергия океанов и морей практически безгранична и вечна. Затраты на сооружение и работу приливных электростанций (ПЭС) определяются параметрами плотин. Энергия океанских волн огромна – волна высотой 3 м несет на 1 м берега энергию 90 кВт. 12 береговых энергетических установок в 50 миль могут полностью обеспечить Англию энергией. ПЭС оказывает минимальное влияние на среду. Однако удобных мест для строительства ПЭС мало. Экспериментальные ПЭС работают во многих странах.

Энергия ветра непостоянна, использование ее затруднено. Целесообразно использовать ее для автономных потребителей наряду с другим видом энергии. Экологического ущерба нет, малые станции широко используют в разных странах.

“Нетрадиционные источники” - это энергия будущего, надежда цивилизации. Хотя эти электростанции не вредят окружающей среде, но для их строительства нужен металл, другие материалы, энергия, для получения которых используют экологически “грязные” технологии.

2.4. Экологические проблемы утилизации отходов

Откуда пришел миф о безотходности экологических систем, пожалуй, никто и не вспомнит. Возможно, он связан с представлением о круговороте веществ в природе. О живой природе действительно можно говорить как о саморегулирующейся, самовосстанавливающейся. Каждый организм – воплощение этого, но только пока он живой. Погасла жизнь, и неотвратимо начинаются разрушительные физико-химические процессы. Говорят, в природе все утилизируется. Нет, не всё. При полной утилизации не формировались бы почвы, не отлагался бы торф. В тропических лесах, где круговорот наиболее совершенен, почв практически нет. А в черноземных степях – слой почти в 2 м. Мел, известняки, мрамор, уголь, нефть - это отходы прошлых биосфер. Секрет природы не в том, что она безотходна, а в том, что неизбежные отходы так захоронены и в таком виде, что не оказывают вредного воздействия на природу на будущих этапах ее развития, если не вмешивается человек. Сжигая в огромных количествах уголь и нефть, мы выпускаем в атмосферу ту углекислоту, что была надежно захоронена, эволюционно депонирована природой древних эпох. А потом с удивлением замечаем климатические аномалии. Считаем, что природа все стерпит.

Любая система развивается за счет окружающей ее среды. Система человечества растет и по численности, и по техногенному давлению на среду жизни. При таком положении, даже если будут разработаны малоотходные технологии, это будет лишь временным выходом, отсрочкой катастрофы, но не кардинальным решением экологических задач. Одной из самых больших тревог в сегодняшнем мире стала нависшая над человечеством реальная угроза повредить, а то и вовсе загубить биосферу Земли. Надежду, что этого не допустят, связывают с безотходными и малоотходными технологиями. Во всем мире создаются специальные системы, которые обезвреживают сбросы, обеспечивают полную либо частичную очистку или улавливание вредных выбросов. Разрабатываются системы переработки сырья, в которых отходы одних производств служат сырьем для других.

Полная ликвидация отходов, безотходные технологии вообще по законам природы невозможны: для создания и эксплуатации “экологически чистых” систем необходимы материалы, энергия, продукция разных отраслей промышленности. Ставка на малоотходные производства - это единственно правильный выход из положения, хотя это не всегда дает большой эффект. Необходимо искать более совершенные пути защиты природы.

Эпоха промышленной революции принесла миру все более растущую массу отходов. С 18 века появились первые горы промышленного мусора и свалки, содержимое которых полностью выпадало из замкнутой экологической системы, существовавшей на нашей планете более или менее успешно сотни млн. лет. Возможности оказаться под горами мусора, произведенного своими же руками, у каждого живущего на Земле примерно равны в прямом и переносном смысле. В прямом – потому, что гора величиной с Эверест легко складывается только из бытовых отходов Италии за 20 лет. В переносном – промышленных отходов втрое больше, 12% их токсична, смертельно опасна не только для нас сегодняшних, но и для наших потомков.

Куда же девать отходы? Есть два пути: вторичная переработка и уничтожение. Движение по 1 пути достаточно жестко ограничено. Экологические мечты о полной утилизации – только мечты и в необозримом будущем. Реально возможно утилизировать лишь немногим более 40% промышленных и небольшую часть твердых бытовых отходов. Теоретически, конечно, эту долю можно увеличить, но потребные для этого труд и ресурсы несоизмеримы с результатом: переработка собственных экскрементов в этом случае вполне может превратиться в главное занятие цивилизации, ни на что другое просто не хватит сил. Наша страна не может полностью переработать даже бумагу – не хватает мощностей. Кроме того, и скромные достижения в переработке отходов пересматриваются. Например, в Москве в продукции завода, перерабатывавшего бытовые отходы в компост, обнаружили содержание примеси тяжелых металлов, которые по продуктовой цепочке растения - овощи – стол вредят здоровью. Следует отказаться от привлекательной иллюзии – создать промышленное предприятие с абсолютно замкнутым, безотходным циклом принципиально невозможно. Отходы производства будут всегда, хотя их количество снижается с ростом уровня технологических процессов.

Поэтому основной поток мусора движется по направлению мусоросжигательных печей и свалок. В РФ на свалки отправляется более 95% отходов. Свалка – это полигон - громадный карьер, на дно уложена изоляция, препятствующая проникновению вредных веществ в почву. По мере наполнения котлован засыпается (рекультивация свалки). Свалки вызывают сопротивление населения – никому не хочется жить рядом со свалкой. Но мусор не исчезает в никуда, возможна лишь передислокация свалки от себя и поближе к соседу. В Новосибирске намечено строительство мусороперерабатывающего завода.

Итак, проблема утилизации отходов в настоящее время решается следующим образом:

  • внедрение малоотходных технологий;
  • вторичная переработка;
  • мусороперерабатывающие заводы;
  • свалки.

2.5. Электромагнитное загрязнение

Источники электромагнитных полей (ЭМП) - антенные устройства, линии электропередач и др. Степень вредности зависит от времени действия, интенсивности и длины волны источника. Влияние ЭМП с большой интенсивностью связано с тепловым эффектом, приводит к усиленному кровотоку во внутренних органах, спасая их от перегрева. Особенно чувствительны органы с недостаточно развитой сетью кровообращения – хрусталик глаза и др. ЭМП влияет на биофизические процессы в клетках и тканях, поражает центральную нервную и сердечно – сосудистую системы. В начальной фазе повышается возбудимость, затем происходит снижение биоэлектрической активности мозга, ухудшение проводимости сердечной мышцы. В дальнейшем появляются головная боль, слабость, повышенная утомляемость, угнетенное состояние, нарушение сна, раздражительность, истощение нервной системы, изменения состава крови, ломкость ногтей, облысение. Эти изменения способны накапливаться, но обратимы, если исключить воздействие ЭМП.

Допустимая энергетическая нагрузка в диапозоне СВЧ на организм человека W не должна превышать 2 Втчас/м² (200 мкВтчас/см²) при облучении от вращающихся и сканирующих антенн – 20 Втчас/м2. Количественная оценка энергетической нагрузки определяется интенсивностью излучения по плотности потока энергии ППЭ. На практике она определяется через мощность излучения радиотехнического устройства P (среднюю по времени для радиолокационных станций), а если антенна направленная, то и через коэффициент ее усиления G, а также через расстояние r между антенной и точкой наблюдения:

ППЭ=PG/4πr² (1)

Эта формула действительна для случая распространения радиоволн в свободном пространстве, в частности, в воздухе. Реальная воздушная среда, в которой возможно облучение людей радиоволнами, всегда отличается от свободного пространства тем, что на некоторых конечных расстояниях от передающей антенны находятся: земля, ограждающие конструкции производственных помещений, различное оборудование, приборы и сами люди. Все эти предметы, обладая свойствами, отличными от свойств воздуха, определенным образом влияют на распространение радиоволн в нем, отражая, преломляя и поглощая их. При диффузном отражении от негладкой поверхности земли (травяной покров, неровность, шероховатость и т. д.) отражение непосредственно в направлении на точку приема (точку наблюдения) невелико, и условия распространения радиоволн приближаются к условиям в свободном пространстве. Тогда с большой точностью можно пользоваться формулой (1). Подобные условия встречаются очень часто.

Допустимое время T пребывания человека в зоне облучения ЭМП определяется по формуле:

T=W/ППЭ (2)

Из этого соотношения можно определить значение допустимой энергетической нагрузки при любом времени нахождения человека в ЭМП:

ППЭ=W/T (3)

Допустимое значение ППЭ для территории жилой застройки и мест массового отдыха, т. е. при пребывании человека в ЭМП весь день составляет 0,10 Вт/м² (10 мкВт/см²), при облучении от вращающихся и сканирующих антенн – 1, 0 Вт/м2.

По приведенным выше формулам можно вычислить размер санитарно-защитной зоны радиолокационной станции. Санитарно-защитная зона – это территория вокруг предприятия, за пределами которой вредное влияние от предприятия (загрязнение воздуха, почвы, электромагнитные, радиоактивные излучения и т.д.) не превышает допустимое значение, т.е. за пределами санитарно-защитной зоны проживание и вообще нахождение человека безопасно. В данном случае допустимое значение ППЭ=0,10 Вт/м² (или 1,0 Вт/м2). Размер (радиус) санитарно-защитной зоны определяется расстоянием r между антенной и точкой, в которой ППЭ=0,10Вт/м² (1,0 Вт/м2), по формуле (1).

ЗАДАЧА 1

На поле с травяным покровом расположена радиолокационная станция, имеющая следующие характеристики излучения: импульсная мощность излучения Ри кВт, длительность импульса τ, мкс, частота повторения импульсов F, Гц. Коэффициент усиления вращающейся антенны G. На расстоянии S, м, от этой станции находятся дачные участки. Рассчитать, на каком расстоянии от радиолокационной станции можно находиться людям постоянно, т.е. размер санитарно-защитной зоны. Определить, опасна ли близость радиостанции, и дать рекомендации садоводам.

Решение. Средняя по времени мощность излучения вычисляется по формуле:

P=PиτF (4)

Например: параметры станции: Ри=500 КВт, τ=2,5 мкс, F=400 Гц, G=20 000; дачные участки находятся на расстоянии S=0,5 км.

1. Вычисляем среднюю мощность излучения по формуле (4): Р=500 Вт.

2. Вычисляем размер санитарно-защитной зоны по формуле (1), т.е. определяем радиус r, учитывая, что допустимое значение ППЭ=1,0 Вт/м²: это расстояние равно  890 м.

3. Определим значение ППЭ на дачных участках. Для этого по формуле (1) вычислим ППЭ для расстояния 0,5 км: ППЭ=3,2 Вт/м², что в 3,2 раз превышает допустимую величину.

4. Определим, сколько времени можно находиться на этих садовых участках, по формуле (2): получается 6,2 часа в сутки.

Ответ: При наличии указанной радиолокационной станции дачные участки можно располагать только на расстоянии 0,9 км от неё. На рассматриваемых дачных участках уровень электромагнитного излучения превышает допустимый в 3,2 раз. Это может повлиять на здоровье (описать влияние э/м излучений на здоровье человека). На этих дачах можно находиться только 6,2 часа в сутки. Рекомендации (по Вашему усмотрению).

2.6. Электромагнитное загрязнение г. Новосибирска

2.6.1. Воздействие электромагнитного поля на живые организмы

Электромагнитное загрязнение является одним из малоизученных на сегодняшний день факторов среды. На территории Новосибирска функционируют различные передающие источники (радиоцентры, радиолокационные средства, радиотелевизионные центры и радиорелейные линии, средства спутниковой связи и т.д.), проходят высоковольтные линии электропередачи, излучающие электромагнитную энергию, которая образует электромагнитные поля (ЭМП). ЭМП различных частот при условии превышения их предельно допустимых уровней (ПДУ) способны оказывать отрицательное воздействие на организм человека и могут способствовать развитию различного рода заболеваний.

Действие электромагнитного излучения может вызвать функциональные нарушения эндокринной системы, в том числе снижение секреции гормонов роста. Выявляются нарушения со стороны системы крови – лейкоцитоз, повышение уровня эритроцитов и гемоглобина. Воздействие ЭМП способно привести к изменению функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению обменных процессов. Ослабляется иммунитет. Длительное воздействие ЭМП со временем способно вызвать в организме человека выраженную патологию с различными проявлениями: вялость, разбитость, угнетенность настроения, апатия, ухудшение памяти, чувство тяжести, головная боль, боли в области сердца, расстройство сна. Органические нарушения выявляются в сердце – нарушение внутрисердечной проводимости, дистрофические изменения в миокарде. Под воздействием ЭМП возможны нарушения коронарного кровообращения. Также возможны дискинезия кишечника, нарушения функции печени. Наиболее выраженные изменения наблюдаются при воздействии микроволн, особенно сантиметрового диапазона, затем УКВ и КВ.

2.6.2. Радиотехнические объекты

Основными владельцами радиотехнических средств, расположенных в Новосибирске, являются:

  • предприятия Министерства связи;
  • Новосибирское авиационное производственное объединение;
  • Управление внутренних дел;
  • АООТ “Алтай”
  • объекты министерства обороны;
  • объекты ФСБ;
  • Новосибирское речное пароходство;
  • Новосибирское отделение железной дороги;
  • высоковольтные воздушные линии электропередачи, проходящие в черте города (принадлежат Восточным электросетям АООТ “Новосибирскэнерго”).

Для определения напряженности электромагнитных полей, которые создают передающие РТО, важны такие технические характеристики, как выходная мощность излучения, рабочая частота, высота установки антенны и диаграмма её направленности.

Мощность излучения является гигиеническим показателем. Она дает представление об уровне излучения электромагнитной энергии в окружающую среду, а также об уровне воздействия, которое она может оказать на организм человека.

Наибольшую мощность излучения в нашем городе имеют радиолокаторы Новосибирского авиационного производственного объединения (НАПО) типа РСП-6M2 (180 кВт) и 1РЛ139 (700 кВт) и радиолокаторы Новосибирского аэропорта ДРЛ-7СМ (250 кВт).

Далее необходимо отметить передающий радиоцентр №5 (РЦ-5), расположенный в Кировском районе, суммарная мощность излучения которого достигает 2500 кВт. Но в настоящее время 20 передатчиков РЦ-5 одновременно не работают, и поэтому суммарная мощность достигает 400 – 500 кВт.

На третье место можно поставить радиоцентр №1 (РЦ-1) в Калининском районе, суммарная мощность излучения которого составляет 605 кВт, а мощность излучения одновременно работающих передатчиков 200-300 кВт.

Предельно допустимый уровень излучения зависит от рабочей частоты электромагнитного излучения: 30÷300 кГц – 25 В/м; 0,3÷3МГц – 15 В/м; 3÷30 МГц – 10 В/м; 30÷300МГц – 3 В/м; 300 МГц÷300ГГц – 10 мкВт/см2 .Наибольший биологический эффект от воздействия переменного ЭМП наблюдается в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), Далее следует диапазон ультравысоких частот (УВЧ), затем диапазон длинных, средних и коротких волн (ВЧ). Поэтому по степени опасности передающие радиотехнические средства можно располагать в следующем порядке: радиолокационные средства (СВЧ), радиотелефонная станция “Алтай” (СВЧ), средства спутниковой связи, передающие радиоцентры (ВЧ-УВЧ,СВЧ).

Радиотехнические объекты, находящиеся на территории г. Новосибирска, по степени опасности можно представить в следующем порядке:

  • радиолокаторы НАПО;
  • радиолокаторы Северного аэропорта;
  • радиолокаторы ДОСААФ;
  • передающий радиоцентр №1;
  • передающий центр №5;
  • радиостанция управления гражданской авиации, речного флота и др.;
  • станции спутниковой связи;
  • радиотелефонная станция “Алтай”;
  • радиотелевизионные передатчики.

Радиолокаторы НАПО и Северного аэропорта установлены на высоте 3-5 м от поверхности земли. Они имеют узкую диаграмму направленности, работают как при положительных, так и при отрицательных углах наклона к горизонту, вращаются на 360 градусов, распространяют электромагнитную энергию вдоль земли. Они расположены в северной части территории завода (Дзержинский район) в районе взлетно-посадочной полосы и предназначены для обеспечения полетов военных и гражданских самолетов. В его санитарно-защитную зону попадают такие населенные пункты, как станция “Иня”, коллективные сады, часть деревни Каменка, асфальтный завод, железная дорога к нему. В целях защиты населения от воздействия электромагнитных полей в районе асфальтного завода установлена сетка и ограничен угол наклона радиолокационной станции П-37 (работой которой и определены размеры санитарно-защитной зоны), что позволило довести уровень поверхностной плотности потока энергии (ППЭ) до допустимых значений.

Радиолокаторы Новосибирского аэропорта (Заельцовский район) расположены в районе взлетно-посадочной полосы. Расчетная санитарно-защитная зона, определенная Управлением гражданской авиации, на уровне двух метров от поверхности земли установлена радиусом 1000 м.

Радиолокатор ДОСААФ установлен на крыше пятиэтажного дома, стойка антенны поднята по отношению к соседним зданиям, поэтому электромагнитная энергия распространяется над жилыми домами и не оказывает влияния на их жителей.

Передающий центр №1 находится в северо-восточной части города (Калининский район) и имеет в своем составе средневолновые и коротковолновые передатчики. Мачта средневолновых антенн достигает высоты 250 м, а коротковолновых – до 50 м. Антенна средневолновых передатчиков имеет круговую диаграмму излучения, в результате чего санитарно-защитная зона устанавливается как окружность (по радиусу). Коротковолновые передатчики работают на антеннах с направленной диаграммой излучения. Средневолновые передатчики РЦ-1 имеют значительно большую мощность, а высота антенн СВ превышает КВ в 4-5 раз. Поэтому на прилежащей территории напряженность электромагнитного поля формируется в основном за счет средневолнового передатчика.

Радиоцентр №5 расположен в юго-западной части города (Кировский район) и работает в коротковолновом диапазоне частот. С южной стороны к площадке примыкают пахотные земли, с восточной – многоэтажная жилая застройка, с западной – частный сектор. Если конфигурация санитарно-защитной зоны РЦ-1 приближается к круговой, то санитарно-защитная зона РЦ-5 имеет строго направленную конфигурацию, что связано с азимутом работы антенн и их направленностью. Санитарно-защитная зона имеет вытянутую форму с востока на запад. В зоне строгого режима находится жилой поселок радиоцентра.

2.6.3. Электромагнитные поля, создаваемые воздушными линиями электропередач

Воздушные линии электропередачи проходят по всем районам Новосибирска и имеют напряжение 35, 110, 220 кВ. Воздушные линии электропередачи (ВЛ), электроустановки высокого напряжения и, в первую очередь, открытые распределительные устройства являются источниками электромагнитного излучения частотой 50 Гц.

Находясь вблизи перечисленных объектов, биологические организмы подвергаются воздействию электрической составляющей поля с частотой 50 Гц. Биологическое воздействие электрического поля на организм человека выражается в его непосредственном влиянии, в протекающем через тело человека токе смещения, в воздействии импульсных токов и так называемого тока стекания, протекающего через тело человека, который находится в контакте с изолированными от земли объектами (крупногабаритные машины и механизмы, открытые незаземленные токоведущие части оборудования и др.). Магнитное поле, в случае, если расстояние от человека до токоведущих частей соответствует правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок, не оказывает отрицательного воздействия и гигиенического значения не имеет.

Наибольшая плотность и протяженность высоковольтных линий электропередачи характерна для Заельцовского и Ленинского районов Новосибирска. Это связано с размещением в этих районах ТЭЦ.

В районе улиц Большая (Ленинский район) и Северная (Заельцовский район) на небольшом расстоянии друг от друга проходят четыре ЛЭП напряжением 110 и 220 кВ. Указанные ЛЭП проходят с нарушением правил устройства электроустановок: над жилыми домами, хозяйственными постройками, садовыми участками, и в результате уровни электромагнитного поля на данной территории значительны (3-5 кВ/м).

Итак, после изучения раздела о современном состоянии окружающей среды можно сделать следующие выводы:

- постоянное вмешательство в естественные процессы природной среды, “преобразование природы”, покорение её привело к постепенному изменению окружающей среды, образованию так называемой “техносферы”

- результата антропогенной деятельности и технического прогресса. Это измененный состав атмосферы – грязный воздух, которым мы привыкли дышать, это антропогенные гидротехнические катастрофы (разлив нефти в море, сброс сточной воды в реки и т. д.), приводящие к загрязнению воды, это бездумная вырубка леса, сокращающая площадь леса на планете.

Контрольные вопросы по теме

  1. Каков состав атмосферы?
  2. Почему происходит изменение газового состава атмосферы?
  3. Как распределяется загрязнение над поверхностью Земли?
  4. Что такое парниковый эффект и каковы его последствия?
  5. Какова роль озонового слоя в жизни Земли и почему он разрушается?
  6. Кто является основными потребителями пресной воды?
  7. Каковы причины загрязнения гидросферы?
  8. Как влияют ТЭЦ на экологию окружающей среды?
  9. Каковы экологические проблемы АЭС?
  10. Каковы экологические проблемы ГЭС?
  11. Как предполагается решить проблемы энергетики в будущем и какие экологические проблемы возникнут при этом?
  12. Каковы пути утилизации отходов?
  13. Каковы источники электромагнитных полей?
  14. Как влияют ЭМП на человека?
  15. Как загрязнен город электромагнитными полями?

Экология


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.