Основополагающие вопросы курса "Безопасность жизнедеятельности"

Акустические колебания.

Акустическое поле - это область пространства, в котором распространяются акустические (звуковые) волны, т. е. механические колебания упругой среды: газа, жидкости, твердого тела.

Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания, лежащие в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц - ультразвуковыми.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей (рис. 16) [18].

Область слышимых звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя - порог слышимости и верхняя - порог болевого ощущения. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1 000 Гц. Порог слухового восприятия на частоте 100 Гц выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот.

Болевым порогом принято считать звук с уровнем интенсивности 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (появлению ощущений.

Шум на производстве неблагоприятно действует на организм человека: повышает расход энергии при одинаковой физической нагрузке, значительно ослабляет внимание работающих, увеличивает число ошибок в работе, замедляет скорость психических реакций. В результате большего утомления рабочих из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчики, мостовые краны и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

Шум оказывает вредное влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

Шум с уровнем звукового давления до 30...35 дБ является привычным для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звукового давления до 40...70 дБ (не на производстве) создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, снижение производительности умственного труда, а при длительном действии может явиться причиной неврозов, язвенной и гипертонической болезни.

Длительное воздействие шума свыше 75 дБ может привести к резкой потери слуха - тугоухости или профессиональной глухоте.

При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) - и смерть.

Среди многообразных проявлений профессиональной шумовой патологии ведущим клиническим признаком является медленно прогрессирующее снижение слуха - тугоухость.

У некоторых людей серьезное повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других потеря слуха развивается постепенно, в течение всего периода работы на производстве. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ - начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, телефонные и дверные звонки, наступает ослабленное восприятие речи. Оценка состояния слуховой функции базируется на количественном определении потери слуха и производится с учетом показателей аудиометрического исследования.

Основным методом исследования является тональная аудиометрия в соответствии с ГОСТом ССБТ 12.04.062-78 "Шум. Методы определения потерь слуха человека". В качестве ведущих в оценке слуховой функции приняты средние показатели порогов слуха в области восприятия речевых частот (500, 1 000, 2 000 Гц), а также потеря слухового восприятия в области 4 000 Гц. Критерием для установления профессионального снижения слуха принят показатель средней арифметической величины снижения порогов слуха в области речевого диапазона, равный 11 дБ и более.

Кроме патологии органа слуха наблюдаются выраженные неспецифические изменения, особенно при действии высокочастотного шума. Рабочие жалуются на головные боли, периодические головокружения, снижение памяти, повышенную утомляемость, нарушение сна, сердцебиение, боли в области сердца и др.; часто выявляется дисфункция желудка, изменение кислотности желудочного сока.

Гигиенические нормативы шума определены ГОСТом 12.1.003-83 и "Санитарными нормами допустимых уровней шума" [38].

Нормирование шума для условий городской застройки проводится в соответствии с действующими "Санитарными нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки" [38] и строительными нормами и правилами СниП II -12-77 "Защита от шума".

Биологическое воздействие ультразвуковых колебаний на организм человека через воздушную среду и контактным способом различно. Биологический эффект зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемой действию ультразвука. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов, изменения свойств и состава крови. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии, жалобы на утомление, головные боли. Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, заболеванию нервной системы.

Ультразвук с уровнем звукового давления 80...90 дБ дает стимулирующий эффект - микромассаж и ускорение обменных процессов, но при 120 дБ возникает поражающий эффект. Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТом 12.1.001-83* [38].

Инфразвук - это область неслышимых звуков. При воздействии инфразвука на организм человека при уровнях звукового давления от 110 до 150 дБ могут наблюдаться неприметные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых относятся нарушения в ЦНС, сердечнососудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечаются жалобы на головные боли, головокружение, осязаемое движение барабанных перепонок, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, сонливость, затруднение речи.

Особенностью влияния инфразвука на организм в условиях производства является его сочетание с шумами звукового диапазона частот. Установлен аддитивный характер действия инфразвука и низкочастотного шума.

Особое значение имеет действие инфразвука на эмоциональную сферу. Следует отметить, что производственный шум и вибрация оказывают более агрессивное действие, чем инфразвук сопоставимых параметров.

Нормирование инфразвука на рабочих местах производится по санитарным нормам, а нормирование инфразвука в условиях городской застройки производится в соответствии с "Санитарными нормами допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки" [38].

Воздействие ударной волны на людей и животных может быть прямым и косвенным. Прямое воздействие ударной волны возникает в результате избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна почти мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. Скоростной напор при этом создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве.

Характер и степень взаимодействия ударной волны зависит от мощности взрыва, расстояния, метеоусловий, местонахождения (в здании, на открытой местности) и положения тела (лежа, сидя, стоя) человека и характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.

Избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см2) и менее для людей и животных, расположенных вне укрытий, считается безопасным [3].

Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20...40 кПа (0,2...0,4 кгс/см2). Они выражаются в скоропреходящих нарушениях функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы.

Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40...60 кПа (0,4...0,6 кгс/см2). При этом могут быть вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.

Тяжелые контузии и травмы возможны при избыточном давлении от 60 до 100 кПа (0,6...! кгс/см2). Они характеризуются сильной контузией всего организма, потерей сознания, переломами костей, кровотечением из носа и ушей; возможно повреждение внутренних органов и внутреннее кровотечение.

Крайне тяжелые контузии и травмы у людей случаются при избыточном давлении более 100 кПа (> 1 кгс/см2). При этом отмечаются разрывы внутренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясения мозга, длительная потеря сознания. Разрывы наблюдаются в органах, содержащих большое количество крови (печень, селезенка, почки), наполненных газом (легкие, кишечник) или имеющих полости, содержащие жидкость (головной мозг, мочевой и желчный пузырь). Эти травмы могут привести к смертельному исходу.

Косвенные поражения людей и животных могут произойти в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений или в результате ударов летящих с большой скоростью осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов.

Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении 2...7 кПа (0,02...0,07 кгс/см2) может превысить радиус непосредственного поражения ударной волной.

Воздушная ударная волна действует также на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении, превышающем 50 кПа. Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избыточном давлении от 30 до 50 кПа повреждается около 50% деревьев, завалы также сплошные, а при избыточном давлении от 10 до 30 кПа - до 30% деревьев. Молодые деревья более устойчивы, чем старые.

Электромагнитные, электрические и магнитные поля (ЭМП)

Степень и характер воздействия ЭМП радиочастот на организм человека определяются: плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсивный), размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями организма, комбинированным действием совместно с другими вредными факторами производственной среды (повышенная температура окружающего воздуха, свыше 28°С, наличие рентгеновского излучения, шум и др.).

В зоне действия ЭМП человек подвергается тепловому и биологическому воздействию. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика (хрящи, сухожилия и т. п.), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии ЭМП. Избыточная теплота, выделяющаяся в органах человека, отводится за счет увеличения нагрузки на механизм терморегуляции, а начиная с определенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться. Перегрев особенно вреден для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте) и потере зрения. Это характерно для СВЧ-облучения при плотности потока энергии (ППЭ) > 10 мВт/см2.

Длительное хроническое действие радиоволн умеренной интенсивности (ППЭ < 10 мВт/см2), не дающее явного теплового эффекта, может вызвать функциональные изменения в центральной нервной и сердечно-сосудистой системе, а также гормональные сдвиги и нарушение обменных процессов. В связи с этим могут появиться головные боли, быстрая утомляемость, ухудшение самочувствия, понижение или повышение давления, урежение пульса, изменение проводимости сердечной мышцы, нервно-психические отклонения. Могут наблюдаться трофические расстройства: похудение, выпадение волос, ломкость ногтей, изменения в составе периферической крови. На ранней стадии эти явления носят обратимый характер, более выраженные изменения могут привести к стойкому снижению работоспособности. При длительном воздействии ЭМП происходит физиологическая адаптация или ослабление иммунологических реакций.

Нормирование ЭМП радиочастот проводится по ГОСТу 12.1.006-84.

Санитарными нормами установлены для населения предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМП, создаваемого телевизионными установками в диапазоне частот от 48,4 до 300 МГц [38].

Линии электропередач напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы и т. п. являются источниками электрических полей промышленной частоты (50 Гц). Длительное хроническое действие таких полей выражается субъективными расстройствами в виде жалоб невротического характера, головной боли в височной и затылочной области, ощущения вялости, расстройства сна, ухудшения памяти, раздражительности, апатии, депрессии, боли в области сердца и функциональными нарушениями ЦНС, сердечно-сосудистой системы, в виде изменений состава периферической крови и т. п. Разнообразные расстройства в состоянии здоровья работающих, обусловленные функциональными нарушениями организма, являются проявлением профессиональной патологии. Поэтому необходимо ограничивать время пребывания человека в зоне действия электрического поля (ЭП), создаваемого токами промышленной частоты напряжением выше 400 кВ.

В соответствии с ГОСТом 12.1.002-84 для персонала, обслуживающего электроустановки и находящегося в зоне влияния создаваемого ими ЭП устанавливаются предельно допустимые уровни напряженности электрического поля частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в ЭП.

Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями (ВЛ) электропередачи переменного тока промышленной частоты с напряжением 330 кВ и выше, устанавливают предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий, на территории зоны жилой застройки и на участках пересечения ВЛ с автомобильными дорогами [38].

Воздействие статического электричества на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). При этом никогда не наблюдается электротравм. Однако вследствие рефлекторной реакции на этот ток (резкое отстранение от заряженного тела) может быть получена механическая травма от удара о рядом расположенные элементы конструкции, падения с высоты и т. п.

Исследования биологических эффектов показали, что наиболее чувствительными к электростатическим полям являются ЦНС, сердечно-сосудистая и другие системы организма. Люди, работающие в зоне воздействия этих полей, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна и др. Характерны своеобразные "фобии", обусловленные страхом ожидаемого разряда. Для ограничения неблагоприятного воздействия введены гигиенические нормы.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются ГОСТом 12.1.045-84 в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах.

Степень воздействия магнитного поля (МП) на работающих зависит от максимальной напряженности МП в рабочем пространстве устройства иди рабочей точке искусственного магнита, расположения рабочего места и режима труда. При постоянной работе в условиях воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, могут возникнуть нарушения в деятельности нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в крови. Напряженность МП линии электропередачи напряжением до 750 кВ обычно не превышает 20...25 А/м, что не представляет опасности для человека.

В соответствии с санитарными нормами [38] напряженность МП на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м для предотвращения неблагоприятного действия МП на работающих.

Лазерное излучение (ЛИ) - это электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне волн 0,1... 1000 мкм, который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра: от 0,2 до 0,4 мкм - ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм - видимая область; свыше 0,75 до 1,4 мкм - ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 - дальняя инфракрасная область.

Степень воздействия лазерного излучения на организм человека зависит от интенсивности излучения, длины волны, длительности импульса, частоты повторения импульсов, времени воздействия, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Лазерное излучение действует избирательно на различные органы.

Лазерные излучения вызывают в биологической ткани ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления, образование в пределах клетки микроволнового электрического поля.

При воздействии непрерывного лазерного излучения преобладает в основном тепловой механизм действия, следствием которого является коагуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях - испарение биоткани.

В импульсном режиме с длительностью импульсов меньше 10"2 с механизм воздействия связан с преобразованием энергии излучения в энергию механических колебаний, в частности ударной волны. Ударная волна состоит из группы импульсов различной длительности и амплитуды. Максимальную амплитуду имеет первый импульс сжатия, который является определяющим в возникновении глубинных повреждений тканей. Например, облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов брюшной полости, при облучении головы - внутриклеточные и внутримозговые кровоизлияния.

На второй стадии (физико-химическая) из ионов и возбужденных молекул образуются свободные радикалы, обладающие высокой способностью к химическим реакциям.

На третьей стадии свободные радикалы реагируют с молекулами веществ, входящих в состав живой ткани, что определяет общую картину воздействия лазерного излучения на облучаемую ткань и организм в целом.

Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза при воздействии ЭМП самых различных длин волн, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии (мощности) излучения видимого и ближнего ИК - диапазона на глазном дне на несколько порядков (до 6-Ю4 раз по отношению к роговице) делают глаз наиболее уязвимым органом.

Степень повреждения глаза зависит от времени облучения, плотности потока энергии, длины волны, вида излучения (импульсное или непрерывное), индивидуальных особенностей глаза.

На орган зрения воздействуют длины волн в интервале 0,4...1,4 мкм. Для лазерного излучения с 1 = 0,4...1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Диапазон ее повреждений - от слабых ожогов до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже полной его потере. Клетки сетчатки, как и клетки ЦНС, после повреждения не восстанавливаются. Повреждение сетчатки можно подразделить на две группы: к первой относят временные нарушения, например ослепление от яркости световой вспышки, которое наступает при плотности излучения на роговице ~ 150 Вт/см2; ко второй - повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки и проявляющиеся в виде термического ожога с необратимыми повреждениями или в виде "взрыва" зерен пигмента меланина, причем сила взрыва такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело.

Степень повреждения радужной оболочки лазерным излучением в значительной мере зависит от ее окраски. Например, зеленые и голубые глаза характеризуются большим повреждением, а карие - меньшим.

Длительное излучение в глаза в близком ИК-диапазоне может привести к помутнению хрусталика. Главный механизм действия инфракрасного излучения - тепловой. Для лазерного излучения с 1 < 0,4 мкм и 1 > 1,4 мкм оптические среды глаза являются непрозрачными, и фокусирующего действия нет. Воздействие УФ-излучения (К 0,4 мкм) в основном поражает роговицу (кератит). Наибольшим фотокератическим действием обладает излучение с 1 = 0,288 мкм. Излучение с 1 < 0,32 мкм почти полностью поглощается в роговице и в водянистой среде передней камеры глаза, а с 1 = 0,32...0,39 - в хрусталике.

Длительное действие УФ излучения ускоряет старение кожи и является предпосылкой для злокачественного перерождения клеток.

Степень повреждения кожи зависит от первоначально поглощенной энергии. Повреждения могут быть различными: от эритемы (покраснение) до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Особенно значительные повреждения наблюдаются на пигментированных участках, например на родимых пятнах, на местах с сильным загаром или на коже, обладающей естественным темным цветом. При воздействии на светлую кожу лазерное излучение проникает в подкожные ткани и повреждает расположенные в них сосуды и нервы. Минимальное повреждение кожи происходит при воздействии лазерного излучения с плотностью энергии 0,1...! Дж/см2. Наибольший эффект наблюдается при 1 = 0,28...0,32 мкм.

Лазерное излучение (особенно дальней инфракрасной области спектра) способно проникать через ткани тела и взаимодействовать на значительной глубине, поражая внутренние органы.

Важной особенностью воздействия на внутренние органы является чередование поврежденных и неповрежденных слоев ткани.

Под действием лазерного излучения могут наблюдаться различные функциональные сдвиги: нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, изменение артериального давления, увеличение утомляемости, снижение работоспособности.

Нормирование лазерного излучения производится по Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров [38].

УФ-излучение представляет собой невидимое глазом электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 0,01...0,4 мкм. Биологически активная часть УФ-излучения делится на три части: область А с длиной волны 0,4...0,315 мкм отличается сравнительно слабым биологическим действием; лучи области В с длиной волны 0,315...0,28 мкм обладают сильным эритемным и антирахитическим действием; лучи области С (0,28...0,2 мкм) активно действуют на тканевые белки и липиды.

УФ-лучи солнечного света являются жизненно необходимым фактором, оказывающим благоприятное стимулирующее действие на организм. Под воздействием УФ-излучения наблюдается более интенсивное выведение химических веществ (марганца, ртути, свинца) из организма и уменьшение их токсического действия.

УФ-излучение от производственных источников, например электросварочных дуг, может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений. Наиболее уязвимым органом для УФ-излучения является глаз, причем страдают преимущественно роговица и конъюнктива (слизистая оболочка).

Острые поражения глаз, так называемые электроофтальмии, представляют собой острый конъюнктивит, керато-коньюнктивит. Проявляется заболевание ощущением постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением. Нередко наблюдается эритема кожи лица и век. К хроническим поражениям относят хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика.

Кожные поражения протекают в виде острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, образованием пузырей. Временами отмечаются общетоксические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями. В дальнейшем наступает гиперпигментация и шелушение.

Хронические изменения кожных покровов, вызванных УФ-излучением, выражаются в "старении", атрофии эпидермиса, нередко завершающейся развитием злокачественных новообразований.

Важное значение имеют профессиональные поражения организма, вызванные пексодержащими материалами и УФ-радиацией солнечного спектра. Они проявляются фотосенсибилизацией - состоянием повышенной чувствительности организма к свету, а также поражениями кожи, бородавчатыми раздражениями и злокачественными новообразованиями.

УФ-облучение может и понижать чувствительность организма к некоторым вредным средствам, вследствие усиления окислительных процессов в организме и более быстрого выведения яда.

Гигиеническое нормирование УФ-излучения в производственных помещениях осуществляется по Санитарным нормам [38], которые устанавливают допустимые плотности потока ультрафиолетового излучения в зависимости от длин волн при условии защиты органов зрения и кожных покровов.

Широкополосное световое излучение больших энергий на организм человека воздействует световым импульсом. Световое излучение ядерного взрыва при непосредственном воздействии вызывает ожоги открытых участков тела, временное ослепление или ожоги сетчатки глаз. Возможны вторичные ожоги, возникающие от пламени горящих зданий, сооружений, растительности, горящей одежды.

Электрический ток.

Действие электрического тока на живую ткань носит своеобразный и разносторонний характер.

Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электрическое, механическое и биологическое действия.

Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры органов, лежащих на пути тока, вызывая в них серьезные функциональные расстройства.

Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, в нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока характеризуется расслоением, разрывом тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови.

Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов.

Перечисленные действия электрического тока на организм человека нередко приводят к различным электротравмам, которые условно можно разделить на местные и общие.

К общим электротравмам относится электрический удар, при котором происходит возбуждение различных групп мышц тела человека, что может привести как к судорогам, так и к остановке дыхания и даже сердца. Последнее связано с фибрилляцией - хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы (фибрилл).

Местные травмы - это ожоги, металлизация кожи, электрические знаки, механические повреждения и электроофтальмия.

Ожоги возникают вследствие термического эффекта при прохождении тока через тело человека, а также при внешнем воздействии на него электрической дуги. Внешний вид ожогов может быть различен - от покраснения кожи и образования пузырей с жидкостью до обугливания биологических тканей.

Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под действием электрической дуги.

Механические повреждения обусловлены возбуждением и судорожным сокращением мышц тела, что может вызвать их разрыв или повреждение кожных покровов, вывих суставов и даже перелом костей.

Электроофтальмия - воспаление наружных слизистых оболочек глаз вследствие мощного УФ-излучения электрической дуги.

Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током, очень многообразны. Это прежде всего сила тока и время прохождения его через организм человека, род тока (переменный или постоянный), путь тока в теле человека, при переменном токе - его частота. Сила тока зависит от напряжения, под которым оказался пострадавший, и суммарного электрического сопротивления, в которое входит и сопротивление тела человека. Последнее определяется в основном сопротивлением рогового слоя кожи, которое при сухом ее состоянии и отсутствии повреждений может составлять сотни тысяч Ом. Если эти условия не выполняются, то сопротивление кожи падает до 1 кОм. При больших напряжениях, а также значительном времени протекания тока через тело человека сопротивление кожи падает еще больше, что ведет к росту тока и более тяжелым последствиям. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот Омов и существенной роли не играет.

На сопротивление тела оказывает также влияние физическое и психическое состояние человека. Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводит к снижению его величины.

Характер воздействия тока на человека в зависимости от силы и рода тока приведен в таблице 37 [5]. Ток, при котором пострадавший не может самостоятельно оторваться от токоведущих частей, называется неотпускающим. Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от времени прохождения тока через тело человека:

Предельно допустимый ток, мА........... 2

Длительность воздействия, с................ более 10

Анализ данных таблицы 37 показывает, что переменный ток по сравнению с постоянным более опасен. При высоких напряжениях (более 500 В) опаснее постоянный ток.

Наиболее опасным является переменный ток частотой 20...100 Гц. Именно этому диапазону соответствует ток промышленной частоты. Из всех возможных путей протекания тока через тело человека (голова - руки, голова - ноги, рука -рука, нога - рука, нога - нога и т.д.) наиболее опасными являются те, при которых поражается головной или спинной мозг (голова - руки, голова - ноги), сердце и легкие (руки - ноги).

На опасность поражения током влияют и параметры микроклимата в производственном помещении. Так, увеличение температуры, влажности, снижение подвижности воздуха, наличие влаговыделения (в том числе выделения пота) снижают сопротивление кожных покровов.

ПРИРОДНЫЕ ОПАСНОСТИ

Природные опасности - это стихийные явления, которые представляют непосредственную угрозу для жизни и здоровья людей. К ним относятся землетрясения, сели, оползни, снежные лавины, наводнения, ураганы, пыльные и снежные бури, извержения вулканов, штормы, цунами, тропические циклоны, ливневые дожди и многие другие катаклизмы природы. Будучи естественными явлениями природной среды, они тем не менее воспринимаются человеком как аномальные.

Некоторые природные опасности нарушают или затрудняют нормальную деятельность человека. Из их числа, например, туман, гололед, жара, холод и другие.

Несмотря на глубокие различия в происхождении, все природные опасности подчиняются некоторым общим закономерностям:

- для них характерна определенная пространственная приуроченность;

- чем больше интенсивность (мощность) опасности, тем реже оно случается;

- каждому виду опасности предшествуют определенные специфические признаки;

- при всей неожиданности природного явления его появление может быть предсказано;

- во многих случаях существуют активные и пассивные методы защиты от опасностей.

Между природными опасностями существует взаимная связь. Например, землетрясение может вызвать сели, наводнения, оползни и др.

По имеющимся оценкам, число опасных природных событий на Земле с течением времени не растет или почти не растет, но человеческие жертвы и материальный ущерб увеличиваются. Ежегодная вероятность гибели человека от природных опасностей ориентировочно равна 10'5, т.е. на каждые сто тысяч жителей погибает один человек.

По принадлежности природные опасности могут быть условно разделены на литосферные (землетрясения, сели и др.), гидросферные (наводнения, штормы и др.), атмосферные (ураганы, ливни и др.), космические (астероиды, кометы и др.)

ЛИТОСФЕРНЫЕ ОПАСНОСТИ

Землетрясение

Общие сведения. В недрах нашей планеты непрерывно происходят внутренние процессы, изменяющие лик Земли. Чаще всего эти изменения медленные, постепенные. Точные измерения показывают, что одни участки земной поверхности поднимаются, другие - опускаются. Не остаются постоянными даже расстояния между континентами. Иногда внутриземные процессы протекают бурно, и грозная стихия землетрясений превращает в развалины города, изменяет ландшафт, поднимает или опускает горы, опустошает целые районы.

Под угрозой землетрясений находятся обширные территории, заселенные сотнями миллионов человек (напр., в Казахстане проживает около шести миллионов человек в зоне с сейсмичностью 6-9 баллов).

Наибольшая опасность землетрясений заключается в их неожиданности и неотвратимости. Где именно произойдет очередная катастрофа, когда она разразится и какой силы достигнет, - с уверенностью сказать не может никто.

С развитием письменности люди стали собирать описания сильных землетрясений. Старейшее из таких собраний - китайское, уходящее в прошлое на три тысячи лет. Считают, что в этот каталог вошли все умеренные и сильные землетрясения от 780 г. до н.э. и по настоящее время. В Японии каталог разрушительных землетрясений охватывает меньший период времени, но он практически не содержит пропусков, начиная примерно с 1600 г. н. э., а менее достоверные списки восходят к 416 г. н. э. Подобные исторические каталоги имеют важнейшее значение для понимания связи землетрясений с геологическими особенностями нашей планеты и для оценки сейсмической опасности на участках крупных инженерных сооружений, таких как плотины и атомные электростанции.

В начале нашего века во многих местах земного шара были созданы сейсмические станции. На них постоянно работают чувствительные сейсмографы, которые регистрируют слабые сейсмические волны, возникающие при удаленных землетрясениях. К 1960 г. во многих странах действовало около 700 сейсмологических обсерваторий.

По записям сейсмических волн, полученным на различных обсерваториях, можно рассчитать место землетрясения. Таким путем и была построена единая схема распределения землетрясений на земном шаре (рис. 17 [26]). Четкие пояса сейсмической активности разделяют крупные океанические и материковые области, внутри которых почти не возникает землетрясений. Другие скопления сейсмических очагов можно увидеть в океанах, например посреди Атлантического и Индийского. В этих местах находятся гигантские подводные горные цепи, называемые срединно-океаническими хребтами.

На рисунке 17 можно увидеть сейсмически спокойные материковые области: почти никогда не бывает землетрясений на просторах Центральной и Северной Канады, в большей части Сибири, в Западной Африке, на большей территории Австралии. Однако следует отметить два главных сейсмических пояса:

тихоокеанский, охватывающий кольцом берега Тихого океана, и средиземноморский, простирающийся через юг Евразии от Пиренейского полуострова на западе до Малайского архипелага на востоке. В пределах океанов значительной сейсмической активностью отличаются срединно-океанические хребты,

Широко развита сейсмическая активность в Европе. На юге от землетрясений страдают Турция, Греция, Югославия, Италия, Испания, Португалия, и часто во время таких стихийных бедствий гибнет множество людей. В таблице 38 приведены наиболее известные землетрясения XX в и их последствия [6,27].

Понятие землетрясения. Землетрясение - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и развалов в земной коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Ежегодно на планете происходит более 100 тыс. тектонических землетрясений (около 300 в сутки), но не все они опасны, что видно из следующих данных [9]:

Из них люди ощущают около 10 тыс. в год, и около 100 землетрясений имеют катастрофический характер. При этом за несколько секунд разрушаются здания и сооружения, возникают пожары, под завалами оказываются люди, в земле образуются трещины и провалы.

Природа землетрясений до конца не раскрыта. Землетрясения происходят в виде серии толчков, которые включают главный толчок, которому могут предшествовать предварительные толчки - форшоки. В большинстве случаев после умеренных или сильных землетрясений в той же местности в течение нескольких часов, а то и нескольких месяцев отмечаются многочисленные землетрясения меньшей силы. Они называются афтершоками и их число при действительно крупном землетрясении бывает иногда чрезвычайно большим.

Очаг землетрясения - это некоторый объем в толще земли, в пределах которого происходит высвобождение энергии (рис. 18 [2]). Центр очага - условная точка, именуемая гипоцентром или фокусом. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром. Вокруг эпицентра происходят наибольшие разрушения

Эпицентр землетрясения

Одно время считалось, что все землетрясения зарождаются только в коре. Однако теперь известно, что источником большинства землетрясений является мантия, толщина которой составляет 2 900 км, и находится она в твердом состоянии. Напряжения, возникающие в мантии из-за существующих огромных давлений или в результате подземных взрывов, создают источник землетрясения, который вызывает подземные удары и колебания поверхности земли. От гипоцентра во все стороны распространяются упругие сейсмические волны, среди которых различают продольные и поперечные. По поверхности земли во все стороны от эпицентра расходятся поверхностные сейсмические волны.

Очаги землетрясения возникают на различных глубинах, большей частью в земной коре на глубине 20-30 км. В некоторых районах Земли отмечаются толчки, исходящие из глубин в сотни километров (верхняя мантия Земли).

Ход развития землетрясения во многих случаях примерно одинаков. Например, в г. Спитаке (Армения, 7.12.1988) в 10 часов утра произошел легкий толчок, который не вызвал тревоги, так как люди привыкли к подобным явлениям (зона относится к семи-восьмибалльной).

Внезапно в 11 час. 40 мин раздался страшный подземный гул, напоминавший, по свидетельству очевидцев, рев трактора или взлетающего самолета. Земля содрогалась, люди не могли устоять на ногах, машины потеряли управление. За несколько секунд были разрушены здания, разорваны мосты и железнодорожные пути. Практически перестал существовать Спитак, рухнули многие здания в Кировокане, Ленинакане. Почти полностью были разрушены 40 ближайших деревень. Начались пожары. Десятки тысяч человек были погребены под развалинами, сотни тысяч остались без крова.

Интенсивность толчка равнялась 10 баллам, магнитуда 7,0. Площадь 10-балльной зоны составила 110 км2, 9-балльной -780 км2. По энергии, выделившейся из очага, оно было сильнейшим на территории Кавказа в XX в. Впервые в бывшем СССР столь мощному землетрясению подвергся густонаселенный район.

Причины землетрясений. Подвижка земной коры, с которой связаны землетрясения, может возникать из-за обвалов, вулканических извержений, тектонических или горообразовательных процессов. Землетрясения также могут вызвать: подземный обычный или ядерный взрыв, падение на Землю космических тел, образованное водохранилище в сейсмоопасном районе или нагнетание воды в скважины.

Тектонические землетрясения -наиболее распространенные и многочисленные землетрясения и именно среди них встречаются самые сильные. Они возникают, когда в горных породах под действием тех или иных геологических сил происходит разрыв. Существуют разные гипотезы о возникновении землетрясения: это влияние Луны, солнечной активности на активность земной поверхности, дрейф континентов, смещение полюсов Земли и т. д.

Наиболее распространенным в последние 15-20 лет является представление о природе землетрясений как результате разрушения материала Земли трещинами [27]. Под воздействием медленно меняющихся тектонических напряжений эти мелкие трещины сливаются и образуют возможный очаг будущего землетрясения.

Вулканические землетрясения - те, которые происходят в сочетании с вулканической деятельностью. Всего на Земле 522 действующих вулкана, 2/3 которых сосредоточены на берегах и островах Тихого океана. Вулканические землетрясения происходят на Камчатке, где 120 вулканов, около 30 действующих и на Курильских островах.

Обвальные землетрясения - это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где имеются подземные пустоты и горные выработки. Непосредственной причиной колебания грунта является обрушение кровли шахты или пещеры.

Обвальное землетрясение может возникнуть также при крупном оползне. Например, в результате гигантского оползня (объем 1,6 млрд. м3), образовавшегося 25 апреля 1974 г. на реке Мангаро в Перу, возникли сейсмические волны, эквивалентные землетрясению умеренной силы (М = 4,5 по шкале Рихтера).

Взрывные землетрясения - это искусственные землетрясения, возникающие при обычных или ядерных взрывах. Подземные ядерные взрывы, производившиеся в течение последних десятилетий на ряде испытательных полигонов в разных местах земного шара, вызвали довольно значительные землетрясения. Когда в скважине глубоко под землей взрывается ядерное устройство, высвобождается огромное количество ядерной энергии. За миллионные доли секунды давление там подскакивает до величин, в тысячи раз превышающих атмосферное давление, а температура увеличивается в этом месте на миллионы градусов. Окружающие породы испаряются, образуя сферическую полость диаметром во много метров. Полость разрастается, пока кипящая порода испаряется с ее поверхности, а породы вокруг полости под действием ударной волны пронизываются мельчайшими трещинами.

За пределами этой трещиноватой зоны, размеры которой измеряются иногда сотнями метров, сжатие в горных породах приводит к возникновению сейсмических волн, распространяющихся во всех направлениях. Когда первая сейсмическая волна сжатия достигает поверхности, грунт выгибается вверх и, если энергия волны достаточно велика, может произойти выброс поверхностных и коренных пород в воздух с образованием воронки. Если скважина глубокая, то поверхность только слегка растрескается и порода на мгновение поднимется, чтобы затем снова рухнуть на подстилающие слои.

Некоторые подземные ядерные взрывы были настолько сильны, что распространившиеся от них сейсмические волны прошли через внутренние области Земли и были записаны на дальних сейсмических станциях с амплитудой, эквивалентной волнам землетрясений с магнитудой 7 по шкале Рихтера.

Землетрясения в результате падения космических тел - это довольно редкое явление, но в геологической истории Земли случались неоднократно. Так, широко известно падение Тунгусского метеорита в 1908 г. в Сибири, сопровождавшееся землетрясением.

Землетрясение, вызванное заполнением водохранилищ или нагнетанием воды в скважины. Это разновидность тектонических землетрясений, которые спровоцированы нарушением природного равновесия в земной коре под влиянием деятельности человека.

Столб воды высотой 100 м давит на грунт с силой 10 кгс/см2. Глубина некоторых водохранилищ достигает 300 м. При этом давление воды на дно водохранилища будет равно 30 кгс/см2. В крупных городах наблюдается оседание поверхности земли под действием веса зданий и сооружений. В Москве такое оседание достигает в отдельных местах 1 м [19].

Нагрузка воды на ложе крупных водохранилищ, в районе которых происходили возбужденные землетрясения, очень велика. Например, для водохранилища Кариба (на реке Замбези, Замбия) такая нагрузка равна 1,6-Ю" т.

Однако надо иметь в виду, что в одних условиях воздействие водной нагрузки приводит к усилению, а в других - к ослаблению сейсмической активности.

Шкала балльности и магнитуды. Люди издавна пытались определить силу землетрясений по причиненному ущербу. Кажется естественным, что если одно землетрясение принесло разрушений больше, чем другое, то его можно считать более сильным. Но степень разрушения зависит не только от силы землетрясения в очаге, но и от расстояния до объекта, глубины очага, инженерно-геологических условий местности, качества строительства. Степень ущерба от землетрясения в конкретном месте называют интенсивностью землетрясения. Она измеряется в баллах с помощью специальных шкал.

Первые сравнительные шкалы балльности были предложены итальянским ученым де Росси и швейцарцем Форрелем еще в 1880 г. (шкала Росси - Форреля).

Итальянский вулканолог Меркалли в 1902 г. создал новую 12-балльную шкалу, которая позднее была модифицирована и получила название ММ (модифицированная шкала Меркалли). Она используется до сих пор.

В Японии разработана семибалльная шкала для определения интенсивности землетрясений в условиях Японского архипелага.

В 1964 г. в результате совместного труда сейсмологов трех стран - С.В. Медведева из Советского Союза, В. Шпонхойера из ФРГ и В. Карника из ЧССР - была создана модифицированная 12-балльная шкала интенсивности, которая получила название международной шкалы MSK-64 (по начальным буквам фамилий ее авторов). Эта шкала используется в СНГ и в ряде европейских стран, таблица 39 [26]. Но здесь необходимо отметить, что в шкале рассматриваются здания и постройки, возведенные без антисейсмических мероприятий.

Как видно из таблицы, интенсивность не измеряется приборами; для ее определения необходимо обследовать пострадавший район и выявить степень повреждения зданий, дорог, горных склонов, изменения земной поверхности - всего того, что могло испытать на себе воздействие землетрясения, включая реакцию людей и животных. Существуют специальные опросные листы, которые рассылаются сейсмокорреспондентам; карточки с занесенными данными о землетрясении обрабатываются, и по этим материалам оценивается интенсивность подземного толчка в различных пунктах.

Сведения об интенсивности землетрясения, полученные из различных населенных пунктов, наносят на карту и, соединяя точки с одинаковой интенсивностью, получают линии изосейст. Карта изосейст наряду с инструментальными сейсмологическими данными используется для определения эпицентра землетрясения, размеров очага и его глубины, а также закономерностей затухания интенсивности сотрясений при удалении от эпицентра.

Если бы геологическое строение как глубоких, так и приповерхностных слоев земной коры было одинаковым во все стороны от очага, то линии изосейст представляли бы собой концентрические окружности. Но реальные изосейсты чаще всего напоминают эллипс. Это связано с влиянием крупных геологических структур на распределение сейсмических волн: как правило, затухания интенсивности поперек структур происходит быстрее, чем вдоль. Так как первая изосейста оконтуривает эпицентр, то по ней и определяют размеры очага.

Таким образом, интенсивность землетрясения является величиной относительной и зависит от эпицентрального расстояния (чем ближе к очагу, тем выше интенсивность), глубины очага (меньше глубина - больше интенсивность), а также от грунтовых условий (высокое залегание грунтовых вод и рыхлые породы способствуют усилению балльности) и др.

Но существует ли возможность объективного определения величины землетрясения, причем с помощью такой меры, которую можно было бы легко вычислить и свободно сравнить? Такой объективной мерой величины землетрясения является магнитуда. Чем сильнее размах сейсмической волны, тем больше магнитуда землетрясения.

В разработке идеи магнитуды приняли участие многие ученые, но непосредственно воплотил ее в жизнь Чарльз Ф. Рихтер, профессор Калифорнийского технологического института, предложив шкалу магнитуд, или, как ее иногда называют, шкалу Рихтера.

Шкала магнитуд Рихтера - это математическая шкала, требующая измерений и расчетов. Она основана на инструментальных данных, т. е. на записях землетрясений сейсмографами, способными уловить очень слабые сотрясения почвы с амплитудами всего в несколько микрон.

При определении магнитуды землетрясения по этой шкале сейсмологи получают только одну объективную величину. Согласно Рихтеру, магнитуда толчка есть логарифм выраженной в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка, сделанной стандартным короткопериодным крутильным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра.

В настоящее время существуют разные модификации шкалы магнитуд в зависимости от того, какие волны (продольные, поперечные, поверхностные) принимаются в расчет и какой аппаратурой они зарегистрированы.

В СНГ пользуются шкалой магнитуд, основанной на поверхностных волнах (М). Согласно этой шкале, сильнейшие из когда-либо зарегистрированных землетрясений имели магнитуду 8,9. Для сравнения отметим, что магнитуда Ташкентского землетрясения 1966 г. составила 5,3, Армянского 1988 г. - 7,0, Токийского 1923 г. - 8,2, Чилийского 1960 г. - 8,5, Китайского 1920 г. - 8,5. Что касается неощутимых слабых землетрясений и микротолчков, то они имеют магнитуду 1,5-2 и менее.

При землетрясениях высвобождается огромное количество энергии, лишь небольшая доля которой излучается в виде сейсмических волн, хотя именно они вызывают движения грунта и разрушения.

Сейсмическая энергия, так же как и магнитуда, оценивается по записям землетрясений. Для ее определения по сейсмограмме находят амплитуду, период, длительность колебаний и др. Расчеты показывают, что ежегодное количество энергии, выделяемой землетрясениями на Земле, в целом составляет Ю^-Ю26 эрг. А сильнейшее из когда-либо зарегистрированных землетрясений имело энергию 1025 эрг. Для сравнения укажем, что энергия, выделившаяся при взрыве атомной бомбы на атолле Бикини в 1946 г., составила 10 "эрг [б].

Существует, хотя и примерная, зависимость между величиной энергии Е, высвобождающейся при землетрясении, и магнитудой М. Наиболее типичная, по мнению сейсмологов, зависимость имеет вид [6]:

lg Е = 11,8 + 1,5 М

Из этой зависимости следует, что повышение магнитуды М на единицу соответствует увеличению количества выделенной энергии примерно в 30 раз.

По данным американских сейсмологов Дж. Гира и X. Шаха, сейсмической энергии, выделенной при землетрясении с магнитудой 8, хватило бы для обеспечения электроэнергией всех районов США в течение суток.

Признаки и прогноз землетрясения. Сотни миллионов человек живут в сейсмоопасных районах. В среднем один человек из восьми тысяч погибает при землетрясении, и в девять раз больше людей за свою жизнь страдают от него. Поэтому проблема прогноза землетрясений находится в центре внимания сейсмологов всего мира.

С начала 1960-х годов научные исследования по прогнозу землетрясений приняли невиданный размах, особенно в Японии, СССР, США, Китае. Их цель - добиться в предсказании землетрясений по крайней мере такой же надежности, как в прогнозе погоды. При прогнозировании особенно важно определить место, время и интенсивность возможного землетрясения.

По признаку заблаговременного прогноза землетрясений различают долгосрочные, краткосрочные и оперативные.

Долгосрочные прогнозы основываются на цикличности сильных землетрясений. Опыт показывает, что существенный прогресс в долгосрочном прогнозе может быть достигнут посредством вычислительных методов. Разумеется, долгосрочный сейсмический прогноз не может иметь высокую точность. Основное его назначение - выявить районы, где наиболее вероятны сильные землетрясения в ближайшие годы. В таких районах должны быть проведены профилактические меры и поставлены исследования для краткосрочного прогноза.

...