Нефть - это сложные смеси газообразных, жидких и твердых углеводородов, различных их производных и органических соединений других классов. Основные элементы в составе нефти - углерод (83-87 %) и водород (12-14 %). Из других элементов в ее состав в заметных количествах входят сера, азот и кислород.

Кроме того, нефть, как правило, содержит незначительные количества микроэлементов. В составе нефти идентифицировано свыше 1000 индивидуальных соединений.

Для оценки нефти как вещества, загрязняющего природную среду, используются следующие признаки: содержание легких фракций, парафина и серы:

легкие фракции обладают повышенной токсичностью для живых организмов, но их высокая испаряемость способствует быстрому самоочищению;

парафин - не оказывает сильного токсического действия на живые организмы, но благодаря высокой температуре застывания существенно влияет на физические свойства почвы;

сера - увеличивает опасность сероводородного загрязнения почв.

Основные загрязняющие вещества для почв:

пластовая жидкость, состоящая из сырой нефти, газа, нефтяных вод;

газ газовых шапок нефтяных залежей;

законтурные воды нефтяных пластов;

нефть, газ и сточные воды нефтяных пластов;

нефть, газ и сточные воды, полученные в результате отделения пластовой жидкости и первичной подготовки нефти;

подземные воды;

буровые растворы;

нефтепродукты.

Эти вещества попадают в окружающую среду вследствие нарушения технологии, различных аварийных ситуаций и т.д.. При этом компоненты газовых потоков осаждаются на поверхности растений, почв, водоемов. Частично углеводороды возвращаются на земную поверхность с осадками, при этом происходит вторичное загрязнение суши и водоемов. С поступлением нефти и нефтепродуктов в окружающую среду с процессами микробиологического и химического разложения происходит их испарение, что может служить источником загрязнения атмосферы и почв.

Нефтяные вещества способны накапливаться в донных отложениях, а затем с течением времени включаться в физико-химическую, механическую и биогенную миграции вещества. Преобладание тех или иных процессов превращения, миграции и аккумуляции нефтепродуктов чрезвычайно сильно зависит от природно-климатических условий и свойств почв, в которые поступают эти загрязняющие вещества. При попадании нефти в почву происходят глубокие, необратимые изменения морфологических, физических, физико-химических, микробиологических свойств, а иногда и существенные изменения почвенного профиля, что приводит к потере загрязненными почвами плодородия и отторжению территорий из сельскохозяйственного использования.

В состав нефти входят: алканы (парафины), циклоалканы (нафтены), ароматические углеводороды, асфальтены, смолы и олефины.

К нефтепродуктам относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефти. Но в более широком смысле понятие «нефтепродукты» принято представлять как товарное сырье из нефти, прошедшее первичную подготовку на промысле, и продукты переработки нефти, использующиеся в различных видах хозяйственной деятельности: бензинные топлива (авиационные и автомобильные), керосинные топлива (реактивные, тракторные, осветительные), дизельные и котельные топлива; мазуты; растворители; смазочные масла; гудроны; битумы и прочие нефтепродукты (парафин, присадки, нефтяной кокс, нефтяные кислоты и др.)

При испарении, например, с поверхности загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод они образуют в зоне аэрации газовые ареолы. А имея такое свойство, как образование взрывоопасной смеси при определенном соотношении паров с воздухом, могут взрываться при внесении в эту смесь высокотемпературного источника.

Пары нефти и нефтепродуктов являются токсичными и оказывают отравляющие действия на организм человека. Особенно токсичны пары сернистых нефтей и нефтепродуктов, а также этилированных бензинов. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных паров нефтепродуктов в воздухе рабочих зон нефтебаз приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2 ПДК вредных паров нефтепродуктов в воздухе рабочих зон нефтебаз

Нефтепродукт	Предельно допустимая концентрация, мг/л
Бензин - растворитель	0,3
Бензин	0,1
Керосин	0,3
Лигроин	0,3
Тетраэтилсвинец	0,000005
Уайт-спирит	0,3

Взаимодействие нефти и нефтепродуктов с грунтами, микроорганизмами, растениями, поверхностными и подземными водами имеют свои особенности в зависимости от типов нефти нефтепродуктов.

Метановые углеводороды, находясь в почвах, водной и воздушной сферах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы: попадая в клетки через мембраны, дезорганизуют их.

Добыча, транспортировка, переработка нефти и газа довольно часто сопровождаются значительными потерями и катастрофическим воздействием на окружающую среду, которые особенно заметны в пределах морских акваторий. Главную опасность для прибрежно-морской зоны представляет освоение месторождений нефти и газа на шельфе.

В настоящее время в мире работают более 6500 буровых платформ. Более 3000 танкеров заняты перевозкой нефтепродуктов.

Поступление нефтепродуктов в мировой океан составляет примерно 0,23 % годовой мировой добычи нефти. Загрязнение морей и океанов нефтью происходит главным образом в результате слива за борт танкерами и судами нефтесодержащих вод (см. табл. 5.3).

На суше основная масса нефтепродуктов транспортируется по трубопроводам. Наиболее уязвимая масса часть магистральных трубопроводов - это переходы через реки, каналы, озера и водохранилища. Магистральные трубопроводы пересекаются с железнодорожными и шоссейными дорогами, реками, озерами каналами. И нередко на переходах возникают аварийные ситуации, тем более, что почти 40 % протяженности магистральных трубопроводов проработало более 20 лет и их срок службы на исходе.

Таблица 5.3 Источники и пути поступления нефтяных углеводородов в Мировой океан

Источники загрязнения	% от общего поступления
Сбросы с судов в море, включая сбросы промывочных балластных вод в портах, в припортовых акваториях, включая потери при переливе нефти в танкеры и из танкеров С берега, включая промышленные отходы и сточные воды	23 17 11
Поступление с ливневыми стоками из городов при катастрофах судов при бурении на шельфе с речными водами из атмосферы	5 5 1 28 10

Нефтяное загрязнение является тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрохимических и гидрологических процессов в морях, океанах и внутренних бассейнах. Существует понятие «фоновое состояние природной среды», под которым подразумевают состояние природных экосистем на обширных территориях, испытывающих умеренные антропогенные воздействия за счет загрязняющих веществ, поступающих от ближних и дальних источников эмиссии в атмосферу и сбросов сточных вод в водоемы.

Атмосфера способствует испарению летучих фракций нефти и нефтепродуктов. Они подвержены атмосферному окислению и переносу и могут вернуться на землю или в океан. Наземные (расположенные в пределах суши) объекты нефтедобычи служат антропогенными источниками загрязнения таких составных элементов геологической среды, как земная поверхность, почвы и подстилающие горизонты подземных вод, а также рек, водохранилищ, прибрежных зон морских акваторий и т.д.

Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками. При испарении из почвы удаляется от 20 до 40 % легкой фракции. Частично нефть на земной поверхности подвергается фотохимическому разложению. Количественно сторона этого процесса еще не изучена.

Важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах - содержание твердых метановых углеводородов в нефти. Твердый парафин не токсичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания и растворимости в нефти (+18 С и +40 С) он переходит в твердое состояние. После очистки его можно использовать в медицине.

При оценке и контроле загрязнения окружающей среды выделяют группы нефтепродуктов, различающиеся:

степенью токсичности по отношению к живым организмам;

скоростью разложения в окружающей среде;

характером произведенных изменений в атмосфере, почвах, грунтах, водах, биоценозах.

В почвогрунтах техногенные нефтепродукты находятся в следующих формах:

пористой среде - в жидком легкоподвижном состоянии;

на частицах горной породы или почвы - в сорбированном, связанном состоянии;

в поверхностном слое почвы или грунта - в виде плотной органоминеральной массы.

Почвогрунты считаются загрязненными нефтепродуктами, если концентрация нефтепродуктов достигает уровня, при котором:

начинается угнетение или деградация растительного покрова;

падает продуктивность сельскохозяйственных земель;

нарушается экологическое равновесие в почвенном биоценозе;

происходит вытеснение одним-двумя произрастающими видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность микроорганизмов;

происходит вымывание нефтепродуктов из почвогрунтов в подземные или поверхностные воды.

Безопасным уровнем загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами рекомендуется считать уровень, при котором не наступает ни одного из негативных последствий, перечисленных выше, вследствие загрязнения нефтепродуктами. Нижний безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почвогрунтах для территории России отвечает низкому уровню загрязнения и составляет 1000 мг/кг. При более низком уровне загрязнения в почвенных экосистемах происходят относительно быстрые процессы самоочищения, а негативное влияние на окружающую среду незначительно.

Для различных природных условий рекомендуются следующие верхние пределы безопасного уровня загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами:

мерзло-тундрово-таежные районы - низкое загрязнение (до 1000 мг/кг);

таежно-лесные районы - умеренное загрязнение (до 5000 мг/кг);

лесостепные и степные районы - среднее загрязнение (до 10000 мг/кг).

Для слежения за уровнем загрязнения почвогрунтов от хронических утечек нефтепродуктов, предотвращения критических экологических ситуаций, а также для оценки загрязненности почвогрунтов ведут отбор проб почвогрунта. Если же авария уже произошла, то при отборе проб устанавливают:

глубину проникновения нефтепродуктов в почвогрунты, их направление и скорость внутрипочвенного потока;

возможность и масштабы проникновения нефтепродуктов из почвогрунтов в водоносные горизонты;

ареал распространения нефтепродуктов в пределах загрязняемого водоносного горизонта;

источник загрязнения почвогрунтов и вод.

Пункты отбора проб определяются в зависимости от рельефа местности, гидрогеологических условий, источника и характера загрязнения.

5.3 Биологическое загрязнение

Биологическое загрязнение - осуществляется нехарактерными для данной экосистемы живыми организмами и/или продуктами их жизнедеятельности, которые ухудшают условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияют на здоровье человека и результаты его хозяйственной деятельности.

В связи с увеличением плотности населения в городах, интенсивным развитием фармацевтической, пищевой и особенно микробиологической промышленности все большую роль в загрязнении биосферы играют биологически активные вещества. Основными факторами неблагоприятного воздействия на окружающую среду являются живые и мертвые клетки микроорганизмов (бактерии, вирусы, грибы, спирохеты, простейшие) и продукты их метаболизма, т.е. обмена веществ. Отрицательное действие их заключается в возникновении и развитии различных аллергических реакций и инфекционных заболеваний. Чаще всего возникают такие заболевания, как аспергиллезы, кандидозы и микозы. Это наиболее опасно для лиц с пониженной сопротивляемостью организма.

Источниками биологического загрязнения также могут быть сооружения биохимической очистки сточных вод предприятий и городов, больницы, поликлиники, свалки бытовых и промышленных отходов, мусоропроводы, контейнеры бытовых отходов, птицефабрики, свиноводческие комплексы, фермы и т.д. Адсорбированные, т.е. прилипшие на частичках аэрозолей микроорганизмы могут распространяться на большие расстояния.

В России известны случаи биологического загрязнения окружающей среды, приведшие к массовым желудочно-кишечным заболеваниям (сальмонеллезу, гепатиту), внутрибольничным стойким инфекциям. Случаи возникновения и развития массовых аллергических заболеваний населения наблюдались в населенных пунктах, прилегающих к территории заводов по производству белково-витаминных концентратов (Кириши, Ангарск, Новополоцк, Мозырь).

5.4 Осмофорное загрязнение

Осмофорное загрязнение - осуществляется пахучими веществами (одорантами) в таких низких концентрациях, которые не могут оказывать химического резорбтивного воздействия на человека, но могут вызывать рефлекторные реакции организма.

При больших концентрациях одорантов их следует рассматривать как химические загрязнители. Реакция организма на осмофорное загрязнение проявляется в ощущении запаха, изменении биоэлектрической активности мозга, световой чувствительности и т.д. Запах - наиболее воспринимаемая форма загрязнения окружающей среды, обнаруживаемая нами при помощи обоняния. Примерно 50 % всех жалоб населения на загрязнение воздуха связано с ощущением неприятных запахов.

Первичной реакцией человека на неприятный запах является ощущение неудобства, беспокойства, брезгливости; вторичные эффекты, связанные с воздействием высоких концентраций одоранта, проявляются в виде рвоты, нарушения сна, учащения пульса, повышения артериального давления, болезненных ощущений основных органов. Кроме того, влияние неприятных запахов может проявляться головной болью, состоянием усталости, повышенной сонливостью или, наоборот, возбуждением, слюнотечением и пр.

Неприятным запахом обладают 1/5 всех химических соединений, а количество веществ, распознаваемых по запаху составляет ~ 100000. С точки зрения человека большинство органических соединений обладает неприятным запахом.

Одним из критериев нормирования запаха является порог ощущения запаха (ПОЗ), т.е. такая концентрация одоранта в воздухе, при которой запах не воспринимается органами обоняния человека. Нам повезло, что значения ПОЗ для большинства неприятнопахнущих веществ значительно ниже допустимых концентраций этих веществ (табл. 5.4).

Таблица 5.4 Санитарно-гигиенические свойства одорантов

Соединения	Порог ощущения запаха, мг/м3	ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3
Карбоновые кислоты: уксусная масляная валериановая акриловая	0,6 0,004 0,1 3,4	5 10 5 5
Альдегиды: ацеталь пропаналь бутаналь	0,1 0,4 4,0	5 5 5
Спирты: метанол этанол пропанол бутанол	140 20 0,35 1,65	5 1000 10 -
Фенолы: фенол п-крезол	0,1 0,02	5 -
Кетоны: ацетон бутанон 2-пентанон	1,1 15 100	200 200 200
Амины: аммиак метиламин диметиламин	0,5 0,5 2,5	20 7,5 1,0
Серосодержащие: метилмеркаптан диметилсульфид этилмеркаптан	0,02 0,37 0,19	0,8 50 1

Для характеристики загрязнения воздуха неприятными запахами введено понятие единицы запаха (ЕЗ). За единицу запаха принято считать такое количество индивидуального пахучего вещества или смеси неприятнопахнущих веществ, которое, будучи полностью растворенным в 0,0283 м³ (в 1 футе) чистого воздуха, ощущается половиной тестируемых лиц из группы, включающей не менее 8 человек. Интенсивность запаха пробы загрязненного воздуха определяется числом объемов чистого воздуха, необходимого для разбавления пробы до концентрации ПОЗ. Суммарный выброс неприятнопахнущих веществ S, выраженный в единицах запаха, определяют произведением интенсивности запаха J на объем выбрасываемого потока W.

S = J • W

Интенсивность ощущаемого запаха пропорциональна логарифму отношения объема пахнущего вещества W_п.в. к объему воздуха W_в, в котором этот одорант содержится J = lg (W_п.в. / W_в). Из этого следует, что с увеличением концентрации в 10 раз интенсивность запаха увеличится только в 2 раза. Этот метод гигиенического нормирования не позволяет дать качественную оценку запаха или сравнить неприятнопахнущие выбросы различных производств. Однако такая характеристика выбросов неприятнопахнущих веществ удобна например, для определения эффективности газоочистного оборудования.

5.5 Шумовое загрязнение

Шумовое загрязнение - характеризуется превышением уровня естественного шумового фона. Шумом называется наложение акустических волн от нескольких источников звука. В обществе шумом принято называть звуковые колебания, выходящие за рамки звукового комфорта. Шум - одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому практически невозможна.

По физической природе шумы могут иметь следующее происхождение:

- механическое, связанное с работой машин и оборудования, трением деталей и т.п.;

- аэродинамическое, вызванное колебаниями в газах, воздухе;

- гидравлическое, связанное с колебаниями давления и гидроударами в жидкостях;

- электромагнитное, вызванное колебаниями элементов электромеханических устройств под действием переменного электромагнитного поля или электрических разрядов.

Источниками шума, особенно в городах являются автомобильный и рельсовый транспорт, промышленные предприятия, авиация, приборы бытовой техники (телевизоры, радиоприемники, магнитофоны, холодильники и т.д.). Шум является общебиологическим раздражителем и при определенных условиях влияет на все органы и системы органов. Прежде всего шум влияет на центральную нервную систему, вызывая у человека чувство нервного напряжения, беспокойства и раздражения. Обычно не рекомендуется достаточно длительное воздействие шума с уровнем выше 80 дБ. Для справки. Уровень шума: электропилы до 120 дБ, движения грузового транспорта более 80 дБ, современной рок-группы от 90 до 130 дБ. В результате длительного воздействия запороговых уровней шума (> 80 дБ) развиваются сердечно-сосудистые заболевания, прежде всего сосудистая дистония, гастрит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, нарушение обменных процессов в организме, понижение остроты слуха и зрения и другие недуги. Шум способствует повышению общей заболеваемости на 10-12 %. Интересно, что в древнем Китае существовала даже смертная казнь шумом.

Основные физические характеристики звука - частота f (Гц), звуковое давление Р (Па), интенсивность или сила звука I (Вт/м²), звуковая мощность W (Вт). Скорость распространения звуковых волн в атмосферном воздухе при 20 ^оС равна 340 м/с.

Органы слуха здорового человека воспринимают звуковые колебания в интервале частот от 16 до 20000 Гц. Это так называемый слышимый диапазон частот. Колебания с частотой меньше 16 Гц называются инфразвуковыми волнами или инфразвуком, с частотой больше 20000 Гц называются ультразвуковыми волнами или ультразвуком. Инфразвуки и ультразвуки органами слуха не воспринимаются, но они оказывают крайне отрицательное воздействие на организм. Для удобства физиологической оценки воздействия шума на человека различают низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (300 - 800 Гц) и высокочастотный (свыше 800 Гц) шум. Характеристикой постоянного шума являются уровни звуковых давлений в децибелах (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Большой экологической значимостью обладает частотный спектр шума. Например, при частоте инфразвуковых шумов ниже 20 Гц (20 колебаний в секунду) возникают заметные нарушения жизнедеятельности организма, выражающиеся психологическим дискомфортом, чувством страха, паники и др. Инфразвук может вызывать состояние агрессии, что зачастую приводит на многолюдных концертах на стадионах к трагическим последствиям. Ультразвук с частотой больше 20000 Гц вызывает стойкие нарушения на клеточном уровне. Постоянное действие дискомфорта более 30-40 дБ может вызвать необратимые изменения в организме.

Санитарные нормы устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) звука (звукового давления) для различных зон и в разное время суток (днем с 7⁰⁰ до 23⁰⁰ больше, ночью с 23⁰⁰ до 7⁰⁰ меньше. При этом для тонального постоянного шума используются допустимые уровни в конкретной октаве. Для непостоянного шума введены эквивалентный L_экв и максимальный L_мах уровни. Например, согласно стандарту допустимые уровни шума замеряемые на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения транспорта должны быть от единичных легковых и грузо-пассажирских автомобилей не более 77 дБ, автобусов - 83 дБ, грузовых - 85 дБ.

Шумы с интенсивностью порядка 50-60 дБ негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособность сосредоточиться, что ведет к снижению производительности труда и повышает вероятность возникновения несчастных случаев. Воздействие шума с давлением 186 дБ (например, преодоление звукового барьера самолетом на высоте порядка 100 м) вызывает разрыв барабанных перепонок, а воздействие шума с давлением 196 дБ приводит к повреждению легочной ткани.

Основными методами борьбы с шумом является улучшение конструкции машин, установка глушителей, переход на электротягу, установка амортизаторов, улучшение стыковки рельсов и др. В городах можно уменьшить мощность шумовых источников за счет оптимального размещения предприятий, создания объездов, развязок, а главное посадок кустарника высотой ~ 1,5 м между дорогой и многоэтажным зданием. Доказано, что два ряда среднерослых деревьев, высаженных на расстоянии 50 м от здания, уменьшают шум примерно на 20 дБ. Нужны обязательно лесопосадки вдоль железных и автомобильных дорог, либо специальные экраны, хотя помогает и строительство складских помещений или гаражей. В последнее время за рубежом в домах, расположенных вблизи мощных шумовых источников, например, аэропортов, при невозможности отселения жителей, применяют тройное остекление окон с раздельными переплетами или герметичные пластиковые окна. Шум при этом уменьшается в 2,5 раза при закрытых окнах.

5.6 Вибрационное загрязнение

Вибрационное загрязнение - связано с воздействием механических колебаний твердых тел на объекты окружающей среды. Различают местное воздействие и общее. К местному относятся например, колебания от отбойного молотка, электроинструмента и прочего, передаваемые отдельным частям тела. Если колебания передаются всему организму, то воздействие считается общим, например вибрация от проходящего железнодорожного состава и др.

Основными источниками вибраций являются рельсовый транспорт (трамвай, метрополитен, железная дорога), различные технологические установки (компрессоры, двигатели), кузнечно-прессовое оборудование, строительная техника (молоты, пневмовибрационная техника), системы отопления и водопровода, насосные станции и т.д. Особенность действия вибраций заключается в том, что эти механические упругие колебания распространяются по грунту и оказывают свое воздействие на фундаменты различных сооружений, вызывая затем звуковые колебания в виде структурного шума.

Вибрации могут быть вредными и полезными.

Вредные вибрации создают шумовые загрязнения окружающей среды, неблагоприятно воздействуя на человеческий организм. Кроме того, воздействуя на различные инженерные сооружения, они вызывают появление трещин в фундаменте, стенах и в ряде случаев их разрушение. Полезные вибрации используются во многих технологических процессах (виброуплотнение бетона, вибровакуумные установки и т.д.). Но и в этом случае нужно применять меры защиты.

Зона действия вибраций определяется величиной их затухания в упругой среде (грунте) и в среднем эта величина составляет примерно 1 дБ/м. При уровне параметров вибрации 70 дБ, например, создаваемых рельсовым транспортом, примерно на расстоянии 70 м от источника, эта вибрация практически исчезает. Для кузнечно-прессового оборудования, а также при забивании молотом железобетонных свай при строительстве зона действия вибраций может достигать более 200 м. Одной из основных причин появления низкочастотных вибраций при работе различных механизмов является дисбаланс вращающихся деталей, возникающий в результате смещения центра масс относительно оси вращения. Возникновение дисбаланса при вращении может быть вызвано многими причинами. Например, искривлением валов машин, наличием несимметричных крепежных деталей, люфтов, зазоров и других дефектов, возникающих при сборке и эксплуатации механизмов. Источником вибрации являются различного рода резонансные колебания деталей, конструкций, механизмов, установок и т.п. Вибрации часто сопровождаются инфразвуковыми колебаниями. С другой стороны, инфразвуковые колебания, например, при землетрясениях, часто вызывают вибрацию упругих тел и поверхностей.

Затухание инфразвуковых колебаний в приземном слое атмосферы составляет примерно 8•10-⁶ дБ/км. Поэтому защита расстоянием для инфразвука неэффективна. Более эффективными являются методы звукоизоляции источника и звукопоглощения. Звукоизоляцию применяют на частотах более 10 Гц. Звукопоглощение применяется совместно с использованием резонансных явлений, например, в виде панелей Бекеши.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются частота f (Гц); амплитуда смещения А (м) - величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; колебательная скорость v (м/с); колебательное ускорение а (м/с²).

Весь спектр частот вибрации, воспринимаемых человеком, разделен на октавные полосы со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц. Допустимый уровень общей вибрации составляет 130 дБ (63 Гц), местной - 120 дБ (~ 500 Гц). Наиболее опасная частота общей вибрации находится в пределах 6 - 8 Гц. Это связано с тем, что собственная частота колебаний внутренних органов имеет примерно такие же значения, поэтому наступает явление резонанса, связанное с нарушением работы органов или даже их разрушением.

Субъективное ощущение человеком вибрации зависит от возраста, тренированности, индивидуальной переносимости, общего состояния организма, эмоциональной устойчивости и от характеристик вибрации f , А , v , а.

Биологическое действие вибраций в диапазоне частот до 15 Гц проявляется в нарушении вестибулярного аппарата, смещении органов. Вибрационные колебания до 25 Гц вызывают костно-суставные изменения. Вибрации в диапазоне частот от 50 до 250 Гц вредно воздействуют на сердечно-сосудистую и нервную систему, часто вызывают вибрационную болезнь, которая проявляется болями в суставах, повышенной чувствительностью к охлаждению, судорогах. Вибрация может вызывать нарушение обмена веществ, функций зрительного аппарата, эндокринной системы, изменение частоты пульса и артериального давления и др.

Защита от вибраций выполняется либо за счет снижения вибраций в источнике, либо путем воздействия на вибрации на пути распространения упругих колебаний в различных средах.

Снижение вибраций в источнике может быть достигнуто за счет установления оптимального режима работы, который бы устранял возникновение резонансных колебаний.

Подавление вибраций в средах распространения достигается применением средств виброгашения, виброизоляции и вибродемпфирования.

Суть метода виброгашения состоит в увеличении массы и жесткости конструкции, в объединении механизма - источника вибраций с фундаментом, с опорной плитой или виброгасящими основаниями.

Суть метода виброизоляции состоит в креплении оборудования на виброизолирующих опорах. В качестве виброизоляторов используются резиновые и пластмассовые прокладки; листовые рессоры; цилиндрические рессоры; пневматические виброизоляторы, использующие воздушные подушки.

Смысл метода вибродемпфирования состоит в повышение активных потерь колебательных систем. Для этого используются различные вибродемпфирующие мастичные и листовые покрытия (мастики - А-2, ВД-17-58, ВД-17-63, пластик «Агат» и др.; покрытия - пенопласт ПХВ-Э, волосяной войлок, минерало-ватная плита, губчатая резина, винитор технический и др.).

5.7 Электромагнитное загрязнение

Электромагнитное загрязнение - происходит в результате изменения электромагнитных свойств окружающей среды.

Электромагнитный фон Земли складывается из естественных источников - электрического и магнитного поля Земли, атмосферного электричества, радиоизлучения Солнца и космических тел, и, искусственных - линии электропередач, радио и телевидение, промышленные высокочастотные установки, системы наземной и спутниковой связи, радиолокации, телеметрии и радионавигации и др.

В результате широкого использования в современном производстве и технологии ЭМП, и других физических полей появились источники техногенного происхождения, отличающиеся по своим характеристикам от традиционных источников, к которым живые организмы биосферы адаптировались в процессе длительной эволюции. Например, миллиметровые волны, некоторые участки радиодиапазона, УФ, рентгеновские, -излучения, инфразвуковые и ультразвуковые колебания, сильные электростатические и магнитные поля и т.д. в существенной степени изменяют естественный фон. При этом возможно не простое наложение техногенных физических полей на естественный фон, а происходит их более сложное взаимодействие друг с другом, что существенно может влиять на устойчивость экосистем.

К группам повышенного внимания относятся дети, беременные женщины, люди с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой систем, с ослабленным иммунитетом, аллергики, которые особенно внимательно должны соблюдать правила электромагнитной безопасности в быту.

Взаимодействие физических полей с биосферой в настоящее время рассматривают под углом зрения солнечно-земных связей. Начальным звеном этой причинно-следственной зависимости являются процессы, протекающие на Солнце. Электромагнитные и корпускулярные излучения Солнца и Космоса активно взаимодействуют с магнитосферой, которая хотя и является определённой защитой околоземного пространства от этих потоков, но с другой стороны, магнитосферные процессы и ее флуктуации влияют вместе с Солнцем на состояние атмосферы, литосферу и гидросферу Земли, на живые организмы.

За столетний период выявлены циклические колебания в жизни растительного, животного мира и людей, совпадающие с периодами циклических колебаний активности Солнца и возмущенности магнитосферы Земли. Исследование этих зависимостей имеет большое практическое значение для прогнозирования наводнений, засух, неблагоприятного периода для здоровья людей и т.п. Наблюдаются корреляции между урожаем и солнечной активностью (магнитными бурями), влияющие так же на климат, животных, эпидемиологические и инфекционные процессы.

При резких изменениях солнечной активности может происходить изменчивость признаков вируса гриппа, что приводит к возникновению у бактерий новых качеств: устойчивость к лекарствам, изменение интенсивности образования токсинов и увеличение скорости размножения.

По данным медицинской статистики в дни геомагнитных бурь число приступов по поводу инфаркта миокарда, инсультов, кризов на 30 % больше, чем в случае спокойного геомагнитного поля. По причине инфаркта миокарда 70 % всех смертей приходится на недельные интервалы, в пределах которых наблюдались бури, и только 30 % - на периоды спокойного магнитного поля Земли.

В периоды геомагнитных бурь увеличивается свёртывающий потенциал крови, в результате чего увеличивается число тромбатических осложнений, которые являются основной причиной сердечно-сосудистых заболеваний. Установлено также влияние магнитного поля Земли на сопротивляемость эритроцитов к внешним воздействиям. При увеличении магнитного поля уменьшается сопротивляемость эритроцитов.

Земля, вращаясь по орбите вокруг Солнца, попеременно пересекает сектора, в которых магнитное поле направлено либо к Солнцу (отрицательный сектор), либо от него (положительный сектор). Когда Земля переходит из отрицательного сектора в положительный увеличивается частота нарушений сердечного ритма, число дорожно-транспортных происшествий, число сосудистых кризов, приступов стенокардии. Более благоприятные условия для организма при выходе из положительного в отрицательный сектор. Это объясняется тем, что в случае положительного сектора магнитосфера Земли больше подвергается воздействию корпускулярного излучения.

Установлено также увеличение нервно-психических расстройств при пересечении Землей секторов межпланетного магнитного поля.

Процессы взаимодействия ЭМП с живой клеткой, живым организмом довольно сложные и в настоящее время в полной мере не исследованы. Взаимодействие электромагнитных полей с биологическим объектом определяется:

параметрами излучения (частотой или длиной волны, когерентностью колебаний, скоростью распространения, поляризацией волны);

физическими и биохимическими свойствами биологического объекта, как среды распространения ЭМП (диэлектрической проницаемостью, электрической проводимостью, длиной электромагнитной волны в ткани, глубиной проникновения, коэффициентом отражения от границы воздух - ткань).

Живые организмы, состоящие из множества клеток, имеющих, в свою очередь, огромное число молекул, атомов, заряженных частиц, сами являются источниками электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот - от ультравысоких до инфранизких. Эти колебания могут иметь случайный и периодический характер. Эволюция биообъектов происходила под действием внешних (экзогенных) и внутренних (эндогенных) ЭМП. В процессе жизнедеятельности организмов возникают волновые и колебательные процессы, отображаемые, например, электроэнцефалограммой, обусловленной электрической активностью мозга, электрокардиограммой, характеризующей работу сердца и т.п.

Чувствительность биологических систем к внешним ЭМП зависит от диапазона частот и интенсивности излучений.

Весь диапазон неионизирующих электромагнитных излучений при рассмотрении специфики воздействия ЭМП на биообъекты можно условно разбить на три группы:

постоянные и низкочастотные поля (до метрового диапазона длин волн);

СВЧ диапазон (длины волны от 1м до 1см);

миллиметровый и субмиллиметровый диапазон (длины волны от 10 мм до 0,1 мм).

Влияние ЭМП на человеческий организм может быть как полезным (лечебным), так и вредным. Лечебное воздействие ЭМП используется в гипертермии, лазерной хирургии, физиотерапии, диатермии и т.д. Полезное действие ЭМП используется в медицинской диагностике. Уменьшение амплитуды волны при ее проникновении в ткань характеризуется глубиной проникновения -расстоянием, на котором амплитуда ЭМП уменьшается в е 2,72 раза. При длине волны ЭМП, равной 10 см (частота колебаний в ГГц), глубина проникновения в мышечной ткани и коже составляет 15 см. При = 8 мм (37,4 ГГц) величина = 0,3 мм. Наблюдается резкая зависимость от (или ). Тенденция уменьшения от увеличения происходит до тех пор, пока в среде существенно превосходит размеры клеток или входящих в них органелл. На очень высоких частотах проницаемость тканей для ЭМП снова начинает увеличиваться. Жесткое рентгеновское и -излучения проходят мягкие ткани без ослабления. При анализе взаимодействия ЭМП с биологическим объектом разделяют излучения на ионизирующие и неионизирующие. К ионизирующим излучениям относят УФ, рентгеновское и -излучение. Квант энергии этих излучений достаточен для разрыва межмолекулярных связей и для ионизации атома. Более длинноволновое излучение (например, СВЧ, миллиметровые или миллиметровые волны) относятся к неионизирующим излучениям.

ЭМП оказывает энергетическое воздействие на биологический объект, состоящее в переходе поглощенной электромагнитной волны в тепло биоткани. Примером энергетического воздействия ЭМП на организм является гипертермия - полезное использование ЭМП для лечения. В онкологических клиниках используют СВЧ гипертермию. Сфокусированное излучение на одной частоте локально нагревают опухоль до 42-45 С, что является дополнительным лечебным фактором наряду с химиотерапией.

Вредны для организма интенсивные ЭМП в любом диапазоне частот с плотностью мощности, превышающей десятки милливатт на 1 см² облучаемой площади.

ЭМП оказывает также и информационное воздействие на биологический объект. Это тот случай, когда падающее излучение низкой интенсивности не вызывает нагрева ткани, но полезный эффект оказывается значительным. При информационном характере действия ЭМП изменяются характер и скорость передачи информации внутри организма, процесс формирования условных рефлексов, количество ключевых ферментов энергетического обмена и т.д. А.С. Пресман, изучавший эти процессы, писал «…характер реакции организмов на электромагнитные поля зависит не от величины электромагнитной энергии, поглощаемой в тканях, а от модуляционно-временных параметров электромагнитных полей, от того, на какие именно системы организма осуществлялось воздействие при прочих равных условиях. Более того, величина той или иной реакции не только не пропорциональна интенсивности воздействующих электромагнитных полей, но наоборот, в ряде случаев уменьшалась по мере возрастания интенсивности. А некоторые реакции не возникали при высоких интенсивностях».

Этим свойствам, в частности, обладают миллиметровые волны малой интенсивности, равной долям или единицам милливатт на 1 см² облучаемой ткани. Действие миллиметровых и субмиллиметровых волн на биологические объекты недостаточно изучено, но это важно знать в связи с тем, что живые организмы не адаптированы к этим волнам, так как они сильно поглощаются верхними слоями атмосферы. Живые организмы не имеют естественных механизмов приспособления к колебаниям заметной интенсивности этих волн при внешнем воздействии. В какой-то степени они могли адаптироваться к собственным аналогичным колебаниям.

Действие статического электрического поля существенно влияет на живые организмы. Земля, как известно, заряжена отрицательно относительно свободного пространства. Аэрозольные частицы и молекулы газа атмосферы заряжены, как правило, положительно. У поверхности Земли напряженность электрического поля составляет в среднем 100-130 В/м. Встречаются локальные области с повышенным значением электрического поля. На предметах, не имеющих электрического контакта с землей, накапливаются поверхностные заряды, которые при соприкосновении с заземленными предметами вызывают разряд, сопровождающийся искрой и характерным треском. Учитывая, что пробивная электрическая прочность для воздуха составляет 30 кВ/см, можно представить, какие статические заряды накапливаются на поверхности предметов. В особенности электризуются синтетические ткани.

Разряды, возникающие при стекании статических зарядов, вызывают испуг, раздражение, могут быть причиной пожара, взрыва, воздействие статических электрических полей с напряженностью поля более 1000 В/м вызывает у человека головную боль, утомленность, нарушение обмена веществ, раздражительность. Несмотря на достаточную изученность статического электричества, до сих пор остается до конца не выясненным механизм действия статического электрического и магнитного полей на человеческий организм.

ЭМП радиочастотного диапазона могут вызывать в организме человека изменения со стороны нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем, крови, обмена веществ и некоторых функций эндокринных желез. Биологическое действие ЭМП радиочастот зависит от частоты колебания волны. Чем больше частота, а значит, чем меньше длина волны, тем сильнее вредное воздействие. Таким образом, находясь в поле длинных волн, организм испытывает меньшее воздействие, по сравнению с полем коротких и ультракоротких волн. Напряженность ЭМП изменяется с высотой. У поверхности Земли она составляет ~ 130 В/м, на высоте 500 м ~ 50 В/м и 12000 м - 2,5 В/м. В то же время, например, напряженность ЭМП вблизи линий электропередач напряжением 500 кВ составляет ~ 8000 В/м, 750 кВ - ~ 15000 В/м. Неблагоприятные воздействия на организм могут проявляться уже при напряжении 1000 В/м. Влияние ЭМП на организм прежде всего проявляется со стороны центральной нервной системы - постоянная головная боль, повышенная утомляемость, ослабление памяти, обморочное состояние, анемия, побледнение кожных покровов и др. При длительном воздействии СВЧ-излучения может быть помутнение хрусталика глаза, выпадение волос, ломкость ногтей, потеря массы тела и пр.

В принципе любое ЭМП характеризуется векторами напряженности электрического Е и магнитного Н полей. Однако для различных вариантов ЭМП степень их влияния на биологические объекты может быть разной. Если ЭМП обусловлено неподвижными зарядами, то оно является электростатическим. Определяющим здесь является напряженность поля Е. Наоборот, для катушек с большим числом витков, для одиночных проводников с постоянным током большой силы (> 100 ампер) сильнее влияние магнитной составляющей. Особый интерес представляет ЭМП вблизи высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) промышленной (50 Гц) частоты. Их в России в настоящее время более 4,5 млн. км напряжением от 6 до 1150 кВ переменного тока.

Предельно допустимые уровни воздействия электрического поля определяются «Санитарными правилами и нормами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи (ВЛ) переменного тока промышленной частоты» (СанПиН 2971-84).

В целях защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого ВЛ устанавливаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ). Это территория вдоль трассы ЛЭП, в которой напряженность электрического поля превышает 1 кВ/м. Граница ССЗ от крайних фазных проводов составляет 20 м - для ВЛ напряжением 330 кВ, 30 м - для 500 кВ, 40 м - для 750 кВ, 55 м - для 1150 кВ.

Для снижения электрической составляющей поля в районе ЛЭП предлагается заземлять металлические крыши, на неметаллические устанавливать заземленные сетки. На открытой местности применять тросовые экраны, железобетонные заборы, высаживать деревья высотой более 2 м и др.

Установление величины санитарно-защитных зон в местах размещения передающих радиотехнических объектов осуществляется в соответствии с действующими санитарными правилами и нормами по электромагнитным излучениям радиочастотного диапазона и методиками расчета интенсивности электромагнитного излучения радиочастот. Так, для радиопередатчиков от 5 до 1000 кВт ВЧ нормативами оговариваются размеры СЗЗ от 10 до 2500 м, состоящей из зоны строгого режима с напряженностью на границе 20 В/м и зоны ограниченного пользования - до 4 В/м на внешней границе.

Таким образом, основными мерами защиты от ЭМП являются нормативы по расстоянию, времени пребывания и, в некоторых случаях, - экраны в виде железобетонных заборов, экранирующих сеток, высоких деревьев.

Особо следует отметить, что обязательному нормированию подлежит вся бытовая и компьютерная техника (персональные компьютеры - ПК). Электромагнитная безопасность электробытовых приборов и компьютеров должна быть подтверждена Гигиеническим сертификатом. Надо знать, что мониторы ПК не только являются источниками рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного излучения, но и электромагнитного излучения в диапазоне частот до 300 МГц, а также электростатического поля.

Общие рекомендации по безопасности этого класса оборудования и приборов следующие:

- использовать модели электроприборов и ПК с меньшим уровнем электропотребления (они создают ЭМП меньшего уровня);

- размещать приборы, работающие длительное время (холодильник, телевизор, СВЧ - печь, электропечь, электрообогреватели, ПК, воздухоочистители и др.) на расстоянии не менее 1,5 м от мест постоянного пребывания или ночного отдыха, особенно детей;

- в случае большого числа электробытовой техники в жилом помещении одновременно включать как можно меньше приборов;

- использовать монитор ПК, излучающий ЭМП во всех направлениях, с пониженным уровнем излучения (меньше всего излучение у мониторов ПК, соответствующим шведским стандартам ТСО - 91/92 или 95);

- заземлять ПК и приборы на контур заземления здания

(нельзя заземлять на батарею отопления, водопроводные трубы, «ноль» розетки);

- использовать жидко-кристаллические мониторы;

- по возможности использовать приборы с автоматическим управлением, позволяющие не находиться с ними во время работы.

В соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, ПК и организация работы» время непрерывной и суммарное время работы ПК представлено в табл. 5.5.

Таблица 5.5 Нормативы продолжительности работы на ПЭВМ

Категория пользователей ПЭВМ	Продолжительность работы на ПЭВМ в течение дня
	непрерывная	общая
Дети дошкольного возраста	-	7-10 мин
Школьники (нижний предел младшие, верхний - старшие)	10-30 мин	45-90 мин
Студенты	1-2 ч	2-3 ч
Взрослые	до 2 ч	до 6 ч

5.8 Тепловое загрязнение

Тепловое загрязнение - является формой физического загрязнения окружающей среды и характеризуется периодическим или длительным повышением температуры среды выше естественного уровня. Оно в основном осуществляется за счет сжигания органического топлива (ежегодно в мире сжигается ~ 5 млрд т угля, ~ 3 млрд т нефти и большое количество природного газа). При этом в атмосферу выбрасывается ~ 20 млрд т диоксида углерода (СО₂), который является парниковым газом.

Парниковыми газами называются газы, создающие в атмосфере так называемый экран, задерживающий длинноволновые инфракрасные лучи, которые нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы.

Вследствие задержки экраном тепловой энергии возникает парниковый эффект, проявляющийся в изменении климата в сторону потепления. Кроме углекислого газа к парниковым газам относятся: пары воды, метан (CH₄), этан (C₂H₆), оксид азота (NO), угарный газ (СО) и др. Тепловое загрязнение окружающей среды может привести как к локальным, так и глобальным негативным воздействиям. Всем известно, что в крупных городах температура в центральной части на 3-4 ^оС выше, чем на окраине. Это локальное тепловое загрязнение при определенных условиях за счет формирования смога может привести к вторичному химическому загрязнению воздушного бассейна. Создавая водохранилища и оросительные системы, человек провоцирует испарение влаги на континентах и уменьшение стока в моря, что сказывается не только на формировании микроклимата в зоне их расположения, но и вообще на циркуляции атмосферы, а значит на тепловой картине Земли.

5.9 Световое загрязнение

Световое загрязнение - это форма физического загрязнения, связанная с периодическим или продолжительным превышением уровня освещенности местности за счет использования источников искусственного света. Основным световым источником на Земле является Солнце, суммарная радиация которого в средних широтах составляет 4,6 кДж/см² в сутки. При этом различают потоки прямой и рассеянной солнечной радиации. Экологически значимыми являются следующие параметры света: продолжительность воздействия (долгота дня), интенсивность излучения, качественный состав лучистого потока (спектральный состав). Все живые организмы имеют биологические часы - специфический механизм регулирования функций организма во времени. Интенсивность света управляет всей биосферой, влияя на первичное продуцирование органического вещества организмами-продуцентами. Спектральная область поглощения солнечной радиации зелеными листьями и другими живыми организмами включает видимые, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Видимый участок спектра обусловил появление у животных и растений специфических приспособлений. Например, у зеленых растений сформировался светопоглотительный комплекс, при помощи которого осуществляется процесс фотосинтеза, возникла яркая окраска у цветов; у животных появились цветовое зрение, окраска покровов и отдельных частей тела. Световой фактор определяет многие поведенческие реакции, суточные миграции и др.

Ультрафиолетовые лучи (УФИ) практически полностью поглощаются верхними слоями клеток покровных тканей и способствуют синтезу в организме витамина D. В то же время длительное и мощное воздействие больших доз УФИ может вызывать разрушение покровных клеток, индуцировать повышенное образование пигмента меланина и способствовать развитию онкологических заболеваний кожи.

Инфракрасные, или тепловые, лучи несут основное количество тепловой энергии. Нагревание организма происходит в основном за счет хорошего поглощения тепловой энергии водой, которая в большом количестве присутствует в живом организме. Важнейшую роль в жизни всех живых существ играет фотопериодизм - закономерная смена светлого и темного времени суток. Фотопериодизм проявляется в разделении живых существ на дневных и ночных; организмы длинного и короткого дня.

Загрязнение атмосферы промышленными пылями, аэрозолями, выбросами от автотранспорта привело и все больше приводит к значительному изменению светового потока, а именно его снижению за счет образования смога, дымки и др. В последнее время в результате выбросов в атмосферу большого количества хлорорганических соединений в атмосфере появились так называемые «озоновые дыры». Уменьшение толщины озонового слоя приводит к интенсификации жесткого ультрафиолетового излучения, что смертельно для всего живого на Земле.

Заметим, что с биологической точки зрения для человека, применяемое во многих странах сезонное изменение стрелки часов на 1 час вперед или назад, особенно для большой территории России вредная практика, хотя может и экономически оправданная.

5.10 Радиоактивное загрязнение

Радиоактивными веществами (РВ) называются радиоактивные изотопы различных элементов (радионуклиды), в которых происходит самопроизвольный распад атомных ядер вследствие их внутренней неустойчивости и испускание ионизирующих излучений.

Само явление распада ядер атомов называется радиоактивностью.

...