Человек и окружающая среда

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Антропогенный вклад в состояние окружающей среды

Оценка антропогенного вклада необходима как для определения основных источников и степени их воздействия на окружающую среду и направления средств на технологические мероприятия того или иного вида, так и для прогноза экологических последствий того или иного хозяйственного воздействия. Однако следует отметить, что до настоящего времени научные исследования по разработке критериев опасного антропогенного воздействия на эколого-климатическую систему Земли не проводились ни в России, ни за рубежом. Отсутствие таких критериев, безусловный тормоз, не позволяющий принимать обоснованные решения по предупреждению опасного антропогенного воздействия на эколого-климатическую систему Земли (Ю.А. Израэль, И.М. Назаров 2004 г.).

Для некоторых видов антропогенного воздействия существуют достаточно обоснованные и детально разработанные количественные методы оценки их влияния на элементы окружающей среды. Эти методы, как правило, основываются на сопоставлении состояния отдельных элементов природной среды до, и после начала урбанизации или на сопоставлении значений этих элементов в больших городах и промышленных зонах с естественным фоном. Однако они разработаны в основном для физических характеристик окружающей среды, наблюдения над которыми уже насчитывают многие десятки лет. Гораздо хуже обстоит дело с характеристиками, касающимися загрязнения окружающей среды. Наблюдения за этими характеристиками до начала урбанизации чаще всего вообще не производились. Но в настоящее время естественный фон как таковой (особенно вблизи больших городов и промышленных зон) уже почти не встречается; он заведомо включает в себя элементы антропогенного воздействия. Следует отметить, что применяемые методы основываются на данных наблюдений над элементами природной среды. Эти наблюдения часто являются неоднородными, что в существенной степени осложняет анализ и может привести к неверным выводам. Многие наблюдения, используемые при анализе, не удовлетворяют требованиям независимости, так как производятся субъектами - загрязнителями природной среды. Естественно, что в этом случае данные об уровне загрязнения природной среды в существенной степени занижаются и вряд ли могут служить основанием для каких-либо надежных выводов. Наибольшее доверие вызывают данные наблюдений Росгидромета. Однако эти данные настолько оторваны от исследователей, что за последние годы можно получить только осредненные характеристики загрязнений за длительные годовые периоды. При этом сами осредненные характеристики вызывают часто сомнения в их достоверности, так как при их расчетах не учитываются, в полной мере, особенности данных наблюдений. В силу "оторванности" данных наблюдений от научной общественности незаметным для многих прошло сокращение пунктов наблюдений и программы наблюдений в оставшихся пунктах. Все это говорит о том, что количество и качество информации в настоящее время не соответствует тому минимуму, который необходим для достижения точной количественной оценки влияния антропогенных факторов на окружающую среду. Все они, как правило, имеют приближенный характер.

В соответствии с исследованиями, проведенными в рамках Государственной программы России "Глобальные изменения природной среды и климата" (Глобальные изменения природной среды, 2001г.) о соотношении антропогенной и природной составляющих в потоке газов в атмосферу, можно сделать заключение о том, что происходящее в настоящее время потепление (колебание климата в сторону потепления), зависит в основном от природных факторов, но и антропогенная составляющая (в отличии от доиндустриальных колебаний климата) вносит свой вклад в этот процесс.

Вот почему актуальнейшими задачами на современном этапе являются:

· разработка и создание системы объективных, научно обоснованных критериев, характеризующих опасное антропогенное воздействие на эколого-климатическую систему Земли, с учетом всей сложности взаимоотношений звеньев составляющих её структуру и их обратных связей;

· определение максимально возможного антропогенного воздействия не приводящего к разрушению связей в системе или самой системы, т.е. дающего возможность возвращения системы в первоначальное состояние.

При обследовании больших контингентов населения, проживающего в различных условиях окружающей среды с различным качественным составом и интенсивностью неблагоприятных факторов установлена зависимость основных отклонений в функциональном состоянии системы кровообращения и сердечно-сосудистой заболеваемости от характера сочетания комплекса антропогенных факторов. Так, некоторые из факторов окружающей человека среды, как правило, естественного происхождения, способны оказать влияние непосредственно на кругооборот агрохимикатов в биогеоценозе и попадание их в организм человека, а также биотрансформацию в самом организме. К таким факторам, кроме химических и биогеохимических особенностей почв, следует отнести влажность, геофизические характеристики, ультрафиолетовое излучение, температуру и т.д. При различных сочетаниях таких факторов как тип почвы, температура, влажность, ультрафиолетовая радиация возможно образование летучих токсичных соединений, поступающих в воздушную среду в виде паров и с витающей пылью даже в отдаленные сроки после внесения в почву пестицидов.

Комплексное действие антропогенных факторов может вызывать три типа реагирования: аддитивное, синергическое и антагонистическое, когда суммарный эффект соответственно будет равен, больше или меньше суммы эффектов отдельных факторов. Однако можно с уверенностью констатировать, что длительное одновременное влияние на организм нескольких негативных факторов вызывает эффект всегда больший, чем суммарное индивидуальное влияние каждого из них. Даже если их воздействие не превышает пороговых уровней, они могут повлиять на адаптивные возможности организма и снизить его неспецифическую резистентность.

Однако не только совместное воздействие антропогенных, загрязняющих природную среду, факторов может приводить к усилению негативного эффекта. Обнаружен рост заболеваемости по мере увеличения времени работы (пребывания) в условиях, связанных с действием комплекса естественных факторов, усугубляющийся действием электромагнитных полей, шума, ускорения, вибрации. Совместное воздействие городского шума и сероуглерода провоцирует рост общей заболеваемости детей в большей степени, чем изолированного воздействия каждого из этих факторов. Сочетание пестицидов и нитратов также усиливает их негативное действие на организм, а влияние ДДТ в сочетании с малыми дозами внутреннего и внешнего облучения вызывает гораздо более выраженные изменения в организме по сравнению с его изолированным действием. В медной биогеохимической провинции с предприятиями черной металлургии (Челябинская, Магнитогорская области), рассеивающими свинец, медь и цинк в радиусе 80-100 км, заболеваемость раком легких для мужчин выше более чем в 2, а для женщин - более чем в 4 раза по сравнению с другими провинциями. Негативное влияние нефтепродуктов, проявляющееся в увеличении заболеваемости раком пищевода, более выражено в борном биогеохимическом субрегионе (Гурьевская область). Исходные климатические и биогеохимические особенности Казахстана обусловливают предрасположенность и повышенную заболеваемость раком пищевода, что существенно усиливается многократным увеличением применения дефолиантов, пестицидов и гербицидов. Заболеваемость в регионах, характеризующихся природным недостаточным или избыточным содержанием микроэлементов и их несбалансированностью, выше, а устойчивость к таким антропогенным факторам, как нагрузки пестицидами и минеральными удобрениями на почву, атмосферное загрязнение и даже урбанизированность среды обитания - ниже, чем у населения, проживающего в более благополучных в этом отношении биогеохимических регионах.

Наиболее ярко комплексное действие антропогенных факторов проявляется на урбанизированных территориях. Загрязнение воздуха в городах является одной из основных причин изменения метеорологического режима. Аэрозольное поглощение солнечной радиации приводит к нагреву атмосферы до 4 градусов в сутки. Этот эффект усиливается наличием городских застроек, которые обусловливают "захват" радиации и дополнительный нагрев воздуха в нижнем слое атмосферы. Изменение температурного режима в городе по сравнению с окружающей сельской местностью равносильно перемещению на 10 градусов широты. В городе резко изменена естественная флора, ухудшено качество земель. Город поглощает громадное количество органической массы, снятой с почвы, которое, однако, не возвращается в нее в виде экскрементов, а сжигается на свалках, смывается канализационными водами (особенно большой вред приносит сжигание листвы). И, как следствие, нарушаются геохимические циклы, возврат питательных веществ в почву, разрушается гумус. Сжигание мусора приводит к выделению токсических элементов. Химические способы удаления снега и льда при помощи хлористых соединений оказывают вредное воздействие на зеленые насаждения. "Засоленный" снег непосредственно разрушает ткань растений, ухудшает структуру почв, вызывает гибель деревьев. Транспортные средства не только загрязняют атмосферный воздух, они являются главным источником шума в городах. Так, 2-3 тыс. движущихся транспортных средств в час создают шум интенсивностью 90-95 дБ.

Городское население, как взрослое, так и детское, отличается от сельского более крупными размерами тела, более развитым жировым компонентом и значительно большим процентом астенических и пикнических конституциональных типов. Население крупных городов испытывает более интенсивное давление мутационного процесса. В городах увеличивается интенсивность естественного отбора в результате возникновения и распространения эпидемий в связи с высокой плотностью населения.

Высокая плотность обнаруживает тесную корреляцию с повышенной частотой заболеваемости сердечно-сосудистой системой, в частности частота инфарктов миокарда, коррелируя с интенсивностью шума на городских улицах. У жителей городов-мегаполисов обнаружено изменение функционального состояния центральной нервной системы. Рассматривая приведенные выше, физиологические аспекты изолированного действия отдельных антропогенных факторов, необходимо иметь ввиду, что в реальных условиях организм человека подвергается одновременному действию множества внешних факторов на фоне различных естественных условий среды, причем реакция организма в этом случае также будет различной

2. Парниковый эффект и его природа

Многочисленные исследования показали, что средние годовые температуры поверхности и атмосферы Земли в любой её точке мало меняются от года к году. При рассмотрении достаточно длительных интервалов времени подтверждается справедливость гипотезы лучистого равновесия, т.е. приход энергии к Земле от Солнца, осуществляющийся в форме электромагнитного излучения, равен потере энергии Землей, также в форме электромагнитного излучения (А.А. Исаев, 2003). Падающая на Землю, на верхней границе атмосферы, солнечная радиация (Q) за вычетом отраженной (Аs·Q), с учетом альбедо (Аs) уравновешивается излучением Земли (G).



Q·(1 - As) = G.

С учетом площади проекции Земли и закона Стефана-Больцмана для излучения черного тела, формула может быть преобразована:

?·r2S0 (1 - As) = 4?·r2T 4;

Земное излучение меньше излучения абсолютно черного тела, поэтому закон Стефана - Больцмана, применительно к естественным поверхностям записывается в виде: G = 4•?·?·Ts; тогда выше приведенная формула приобретет вид:

?·r2S0 (1 - As) = 4?·r2 ?·?·Ts 4

Исходя из преобразованной формулы получаем:

;

где: Ts - температура уходящего излучения Земли;

· S0 - солнечная постоянная (S0 = 1367 Вт/м²);

· As - альбедо (As = 0,30);

· ? - коэффициент серости излучения поверхности Земли (? = 0,95);

· ? - постоянная Стефана-Больцмана (? = 5,660Вт/(м²К4)

Расчет дает значение Ts = 258^оК = - 15^оС. Наблюдаемая же средняя глобальная температура поверхности составляет + 15^оС, т.е. на 30 градусов выше Увеличение средней годовой температуры происходит за счет поглощения уходящего длинноволнового излучения водяным паром, облаками, углекислым газом и другими газовыми примесями в атмосфере, так называемыми - "парниковыми газами". Избыток водяного пара, плотная облачность, увеличенное содержание СО2 и других газовых примесей провоцирует возникновение парникового эффекта. Следовательно, приходящее излучение от Солнца в основном поглощается поверхностью Земли (47% из 50%), а излучаемое, уходящее от Земли, в значительной степени, не уходит в космическое пространство, а поглощается её атмосферой. Это и обусловливает более высокую температуру поверхности, чем получается в уравнении лучистого баланса. Перечисленные "парниковые" газы, поглощая длинноволновое излучение от поверхности Земли, удерживают тепло в приземном слое, увеличивая долю тепла, остающегося на планете. Для количественной оценки парникового эффекта М.И. Будыко предложил эмпирическую формулу:

Es = a + bTs;

где:

· Еs - уходящее, длинноволновое излучение (Еs = ??Ts);

· а - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние водяного пара и радиационно-активных примесей, в особенности СО2 (а = 203 Вт/м²);

· b - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние водяного пара и радиационно-активных примесей, в особенности СО2 [b = 2,09Вт/(м^2оС)].

Уравняв уходящее длинноволновое излучение и солнечную радиацию, поглощаемую Землей, получим:

1/4S0(1 - As) = a + bTs;

откуда Ts = 16,6^оС, т.е. близкая к сегодняшней температуре северного полушария.

В конце прошедшего ХХ века перед человечеством встала проблема непреднамеренного антропогенного давления на климат планеты. Своей хозяйственной деятельностью человечество спровоцировало это воздействие на планетарные климатические условия, за счет глобальных процессов:

· поступление в атмосферу ежегодно около 5 млрд. тонн СО2, за счет сжигания ископаемого органического топлива;

· засорение атмосферы выбросами промышленных производств, увеличивающих в ней (или меняющих) содержание аэрозолей и радиационно-активных газов.

В результате исследований, проведенных в институте динамики геосфер РАН (Москва), оценены соотношения антропогенной и природной составляющих в потоке газообразных соединений углерода, азота и серы, поступающих в атмосферу (Глобальные изменения природной среды 2001). (См. табл. 1)

Исходя из данных таблицы 3.16 можно сделать вывод, что максимальный вклад в поток парниковых газов вносит сернистый газ. Его антропогенный поток практически равен природному. На втором месте находится метан, так как его антропогенный поток примерно в два раза меньше природного.

Таблица 1

Глобальные потоки парниковых газов в атмосферу (Глобальные изменения природной среды 2001)

Антропогенные потоки остальных газов на порядок отличаются от природных. Общий вклад антропогенных источников в глобальное потепление составляет 8%. С учетом фреонов (12%) на долю всех антропогенных источников приходится 15-20% глобального потепления. Можно сделать вывод, что в настоящее время наблюдается очередное колебание климата в сторону потепления за счет природных источников, хотя и увеличивается влияние антропогенных источников. (Глобальные изменения природной среды 2001).

Справедливо считалось, что основным источником загрязнения воздушного бассейна города являются выбросы промышленных предприятий и ТЭЦ, однако по опубликованным данным (Александрова Л.В., Васильев В.Ю., Дмитриев В.В. 2000) доля выбросов автомобильным транспортом от общего количества выбросов вредных веществ в атмосферу (пыль, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода) составляет в г. Ростове-на-Дону 0,95, а в г. Москве - 0,92. Это связано с резким ростом количества автотранспорта, возросшим по сравнению с 1980 г. в 4-6 раз. Кроме того, сильное влияние на загрязнение атмосферы оказывают многочисленные несанкционированные свалки в черте города, сжигание мусора, работа множества малых предприятий.

Загрязнение атмосферы - немаловажный фактор, влияющий на организм. Уровень развития цивилизации в настоящее время позволяет человечеству влиять на климат как на местный, региональный, так и на глобальный. Непредвиденные и необратимые изменения, которые произошли на Земле и в атмосфере, благодаря человеческой деятельности, приобрели такие размеры, что их необходимо учитывать во всех уравнениях, описывающих "баланс природы". Три основных аспекта определяют современные проблемы атмосферы: качество воздуха с точки зрения пригодности для дыхания; состояние атмосферы с точки зрения климатических и погодных условий; влияние изменений в составе атмосферы на здоровье человека (Медицинская география на пороге ХХ1 века, октябрь 1999, СПб., Глобальные изменения природной среды 2001). Загрязнение атмосферы в больших городах и индустриальных районах в первую очередь способствует изменению термического режима воздуха. В результате образуются значительные территории, в пределах которых происходит нагревание приземного слоя атмосферы на 10% выше, чем от воздействия солнечной радиации. В итоге появляются, так называемые, городские "острова тепла" с температурой воздуха на несколько градусов выше, чем в прилегающих районах.

Вещества, попадающие в атмосферу и загрязняющие ее, вступают во взаимодействие с водяным паром. В воздухе образуются, например, оксиды серы - источник серной кислоты, а за счет выбросов хлора и оксида азота в атмосфере появляются соляная и азотная кислоты, что предопределяет выпадение кислотных дождей, влияющих на качество поверхностных вод и почвенный покров, на наземные и водные организмы, усиливающих коррозию металлических конструкций. В почвах увеличивается подвижность алюминия, меди, кадмия, свинца, влекущая за собой деградацию земельных угодий, что особенно недопустимо для традиционно аграрной Ростовской области. Избыток алюминия нарушает круговорот кальция и способствует появлению новой "алюминиевой болезни", поражающей окружающую среду, в том числе и человека.

Однако благодаря природным свойствам, атмосфера обладает способностью самоочищаться вследствие газообмена, постоянно удаляя часть загрязняющих веществ с атмосферными осадками. Поэтому перед человечеством встает проблема - не допустить разрушения этих природных механизмов саморегуляции, не превзойти пороговых концентраций, ведущих к необратимым процессам, ибо их деградация чревата глобальной катастрофой.

Не смотря на достаточно высокую стабильность газового состава атмосферы, в ней имеются ярко выраженные очаги загрязнения, неблагоприятно сказывающиеся на состоянии всех живых организмов, в том числе и на здоровье человека. Чужеродные для атмосферы вещества, нарушающие качество воздушного бассейна называют загрязнителями атмосферы. Главными источниками загрязняющими атмосферу являются природные процессы и антропогенные загрязнители. Результатом концентрации загрязнителей, превышающей допустимые пределы, являются необратимые нарушения функционирования организмов, экосистем и биосферы в целом. Ю.А. Израэлем (1985) сформулировано определение допустимой антропогенной нагрузки: однородное и разнородное воздействие, не меняющее качества природной среды или меняющее в допустимых пределах, но влекущее за собой разрушения целостности существующих экосистем и вредных последствий для живых организмов и человека. В качестве критерия допустимости воздействия (предельно допустимой экологической нагрузки) служит предельно допустимая концентрация вещества, содержащегося в воздухе (ПДК). Экологическим резервом называется разность между фоновым (невозмущенным) состоянием и минимальным критическим воздействием, не нарушающим функционирование экосистем.

ВОЗ (всемирной организацией здравоохранения) рекомендована градация уровней опасности загрязнения воздуха для человека:

· Отсутствие влияния.

· Раздражение.

· Хронические заболевания.

· Острые заболевания.

Повторяемость (особенно частая) неблагоприятных метеорологических условий (малоградиентные барические образования - антициклоны, особенно в седловинах, вблизи центров, на оси гребней седловин, размытые барические поля, туман, дымка), способствует накоплению вредных примесей в атмосфере и указывает на достаточно высокий потенциал возможного загрязнения атмосферы (ПЗА) в этом регионе.

По данным "Климатических характеристик условий распространения примесей в атмосфере" (Э.Ю. Безуглая 1983 г.) на территории России выделяют следующие зоны ПЗА:

· Низкого - побережье морей Северного ледовитого океана.

· Умеренного - Западная Сибирь и большая часть Европейской территории.

· Повышенного - Северный Кавказ, побережье дальневосточных морей.

· Высокого - Урал и территория между реками Енисей и Лена.

· Опасного - бассейн реки Колыма, Забайкалье, юг Западной Сибири.

Величина ПЗА в числовом выражении показывает, во сколько раз средний уровень загрязнения атмосферы в данном регионе, определяемый повторяемостью неблагоприятных для рассеяния метеорологических условий, будет больше, чем в условном, где уровень загрязнения соответствует нормам.

Основным источником загрязнения поверхностных и подземных вод справедливо считались промышленные и коммунальные стоки, но как показывает практика, в настоящее время главенствующим источником загрязнения выступают малые предприятия и смывы загрязняющих веществ с поверхностей прилегающих территорий (в особенности для малых рек). Но наиболее сложная и важная проблема крупных городов - это накопление производственных и бытовых отходов. Появление за последние годы огромного количества стихийных рынков, резкое увеличение торговых павильонов, развертывание малых предприятий и отсутствие в достаточном количестве мусороуборочной и утилизирующей техники привели к значительному росту объемов бытовых и производственных отходов.

При оценке экономического ущерба от загрязнения в крупных промышленных центрах на здравоохранение и коммунальное хозяйство приходится до 80%, причем 67% из них на здоровье населения и около 13% - на коммунальное хозяйство. Основными источниками (более 60%) выбросов SO2, NOx являются предприятия энергетики и автомобильный транспорт, а в ряде городов (в том числе и в Ростове-на-Дону) загрязнение от автомобильного транспорта ставят на первое место.

Не смотря на очевидность, влияние загрязнения окружающей среды и её отдельных элементов на рост заболеваемости и смертности населения все ещё является предметом дискуссий среди профессионалов. Это определяется сложностью выявления взаимодействий многочисленных факторов, влияющих на состояние здоровья и трудностью выявления самих фактов заболеваний и смертности. Воздействие загрязненной окружающей среды на живые организмы, в том числе и человека, многообразно и определяется видом загрязнения, его дозой или концентрацией, длительностью и периодичностью, зависит от индивидуальных особенностей организма, возраста, пола, состояния здоровья.

По оценкам экспертов ВОЗ различают градации реакций состояния здоровья населения на загрязнение окружающей среды:

· Повышение смертности.

· Повышение заболеваемости.

· Проявление функциональных изменений в организме.

· Превышение нормы, не ведущее к функциональным изменениям.

· Норма (относительно безопасное существование).

На территории Российской Федерации более трех сотен городов подвержено влиянию сверхбольших доз загрязнителей, с максимальным среднесуточным и разовым содержанием примесей, ежегодно превышающим ПДК, а в восьмидесяти из них ПДК превышено в десятки раз. Для оценки воздействия загрязнителей на человеческий организм экспертами первого межправительственного совещания по мониторингу окружающей среды (Найроби, 1974) определен приоритетный список примесей-загрязнителей, где, чем меньше номер, тем выше приоритет.

Основным, при выборе приоритетов послужили размер фактического или потенциально возможного воздействия на:

· Здоровье и благополучие человека.

· Климат и экосистемы.

· Склонность к физиологической деградации в окружающей природной среде.

· Накопление человеком канцерогенных веществ.

· Накопление в пище канцерогенных веществ.

По данным таблицы наиболее опасны для животного мира и человека I и II классы приоритетности и, следовательно, загрязнители - двуокись серы, радионуклиды, озон, хлорорганические соединения и кадмий. Однако загрязнители более низкой приоритетности не менее опасны. Нормативные документы Минздрава РФ различают несколько категорий опасного загрязнения воздуха для одного из веществ III класса по стандартному индексу загрязнения СИ. (СИ - это отношение наибольшей, измеренной за 20 минут (короткий период) концентрации загрязнителя к ПДК этого загрязнителя. СИ = Ci /Ci,пдк. Нормальные санитарно-гигиенические условия выполняются при условии СИ ? 1).

Таблица 2

Класс приоритетности загрязнителей окружающей среды (Исаев А.А. 2003)

При кратковременном осреднении:

· допустимый - СИ ? 1;

· слабый - СИ > 1 - 2;

· умеренный - СИ > 2 - 4;

· сильный - СИ > 4 - 8;

· очень сильный - СИ > 8.

При осреднении за год:

· допустимый - СИ = 1;

· чрезвычайная экологическая ситуация СИ > 8 - 16;

· экологическое бедствие - СИ > 32.

Воздействие загрязнителей, в зависимости от дозы и продолжительности, могут вызывать в организме человека острые или хронические отравления, либо проявиться через какое - то время, как отдаленные болезнетворные патологические изменения. Кратковременное поступление больших доз загрязнителей (токсичных веществ) приводит, как правило, к острому отравлению. Острые отравления подразделяются на легкие, средней тяжести и тяжелые, причем последние могут заканчиваться даже летальным исходом. Систематическое или периодическое попадание в организм небольших доз токсичных веществ приводит к хроническим отравлениям, которые диагностируются достаточно сложно, так как не имеют ярко выраженных проявлений и у разных людей вызывают поражение разных органов. У одних, в результате хронического отравления, поражается печень, у других - почки, у третьих - кроветворные органы или нервная система. Отдаленные последствия или отдаленный эффект воздействия токсичных веществ проявляется в виде развития болезнетворных процессов в организме у людей, контактировавших с токсичными загрязнителями много лет назад, а так же у их потомства, в течение нескольких поколений.

Последствиями "отдаленного эффекта" являются:

1. Канцерогенез - образование злокачественных новообразований.

2. Мутагенез - нарушение наследственности на генетическом уровне.

3. Влияние на органы размножения (понадотропное).

4. Влияние на внутренний плод (эмбринотропное).

Таким образом, можно утверждать, что одной из важнейших причин в тенденции роста числа заболеваний (среди прочих факторов) являются токсичные загрязнители. Наиболее чувствительны и подвержены воздействию загрязнителей органы дыхания. Через альвеолы легких, площадь которых составляет более 100 м², токсические вещества из окружающего воздуха, в результате газообмена, поступают в кровь, а твердые взвеси оседают в дыхательных путях. В загрязненных районах число заболеваний на 100 тыс. человек существенно выше, чем в контрольном. Рост числа заболеваний органов дыхания в 10,8 раз выше в районах, где основной загрязнитель и цементная пыль (Исаев А.А. 2003).

Человек (особенно городской житель) большую часть времени проводит в производственных и жилых помещениях где, помимо загрязнителей из атмосферного воздуха имеются и другие нарушения экологических норм:

· недостаток освещенности;

· отсутствие (или недостаток) жизненно важного ультрафиолетового излучения в диапазоне 280-320 нм.;

· повышенное содержание дыма, пыли, патогенных микроорганизмов;

· повышенное содержание или аномальное разрушение приземного озона, деионизация;

· электромагнитные излучения от электрических цепей и бытовых приборов (особенно телевизоров и компьютеров).

Наиболее важные источники загрязнения современного жилища - это средства для обогрева (особенно при сжигании топлива) и приготовления пищи. Диоксид азота (NO2) - основной загрязнитель при работе газовых плит, его разовая концентрация в кухонном воздухе - 70 млрд.-1, при использовании электрических плит разовая концентрация NO2 в 10 раз меньше. К наиболее приоритетным загрязнителям воздуха в производственных и жилых помещениях следует отнести и курение, особенно в холодное время года, когда воздухообмен затруднен. Качество воздуха в жилых и производственных помещениях возможно улучшить за счет частого проветривания либо применив системы по созданию искусственного микроклимата с обязательными компонентами по созданию "чистого воздуха".

В таблице 3 приводятся максимальные ПДК загрязнения для человека (ПДКч), растений (ПДКр), и биосферы в целом (ПДКб).

Таблица 3

Максимальные разовые ПДК некоторых загрязнителей (мг/м³) (Исаев А.А. 2003)

Для объективной оценки загрязнения необходимо учитывать и фоновое загрязнение. По рекомендациям ВМО различают планетарное фоновое (Сф.п.) загрязнение, характеризующееся достаточно малой концентрацией (рассеяние примесей в условиях общей циркуляции атмосферы) и фоновое региональное (Сф.р.), когда примеси рассеяны, в данном регионе, до такой степени, что не возможно разделить источники. В таблице 3.3 приведены для сравнения данные о фоновых концентрациях некоторых загрязнителей. В соответствии с санитарно-гигиеническими нормами необходимо, чтобы сумма максимальной концентрации местных выбросов и региональной фоновой концентрации была равна или меньше ПДК для соответствующего загрязнителя:

Сф.р + См ? СПДК



Таблица 4. Значения фоновых концентраций (мкг/м³) некоторых загрязнителей в различных районах (Порядин А.В., Хованский А.Д. 1996)

3. Воздействие акустических полей

Достаточную выраженность в среде обитания человека приобрели такие физические факторы, как вибрация, инфразвук и связанный с ними шум. Их интенсивность особенно велика в крупных городах, что существенно ухудшает гигиеническое состояние урбанизированной среды. Основными источниками этих физических факторов являются транспорт и промышленные предприятия. Учитывая, что низкочастотные колебания, генерируемые ими, распространяются повсеместно, интерес к действию этих факторов на организм растет. Ухо человека воспринимает звук частотой от 16 до 20000 Гц. Речевые частоты находятся в диапазоне 250-4000 Гц. Считается, что высокочастотные звуки представляют наибольшую опасность. Однако, инфразвуковые колебания также вызывают поражение органов и систем организма.

В частности, частота в 6 Гц вызывает ощущение усталости, тоски, 7 Гц может вызвать внезапную остановку сердца, а 5 Гц - повреждение печени, другие низкие частоты способны вызвать приступы безумия. Шумом обычно называют любой нежелательный звук. Вредность действия звука определяют несколько факторов: интенсивность, измеряемая в децибелах (дБ), частота (Гц), продолжительность и характер шума. Считается, что риск повреждения слуха ничтожен при уровне шума менее или равном 75 дБ при ежедневном 8-часовом воздействии. При 85 дБ имеется вероятность, что через 5 лет работы незначительное снижение слуха выявиться у 1% рабочих, через 10 лет -у 3%, и через 15 лет - у 5%. По данным ВОЗ порог вредного воздействия при интенсивном 8-часовом контакте с шумом составляет 85 дБ при частоте 1000 Гц. Исследования выявили влияние производственного и внепроизводственного шума на отдельные системы организма и заболеваемость, выражающееся в развитии тормозных процессов в коре головного мозга и повышении уровня неинфекционной заболеваемости населения. Более значимо для организма влияние шума в бытовых условиях, чем в производственных. Зависимость между уровнем и эффектом уличного шума и раздражительностью населения, проживающего на улицах с различной интенсивностью движения, была выявлена в 5 странах (Норвегия, Швеция, Дания, Финляндия, Швейцария).

У здоровых испытуемых воздействие уличного шума в 60-85 дБ вызывает усталость, повышение выделения норадреналина и изменение артериального давления. При хроническом воздействии шума повышение артериального давления приводит к увеличению вероятности инфаркта миокарда. Австралийские ученые считают, что шумовой уровень более 80 дБ сокращает жизнь человека на 8-10 лет. Основными характеристиками вибрации являются частота (в Гц) и интенсивность (определяемая по амплитуде, скорости или ускорению). Вибрация может передаваться на все тело или локально (руку, держащую вибрирующий инструмент или устройство). Наибольшему риску подвергаются люди, применяющие в своей работе пневматические дрели, вибрирующие зубила, цепные пилы и др. Эффекты, вызываемые воздействием вибрации на руки, проявляются разнообразными неспецифическими симптомами, объединяемыми понятием вибрационный синдром. Основные нарушения развиваются в сосудистой системе, периферических нервах и костно-мышечном аппарате. В частности, феномен Рейно (белые пальцы) является наиболее частым проявлением вибрационного синдрома в районах мира с холодным климатом. Акустическое поле и акустические сигналы рассматривают, прежде всего, как коммуникативное средство общения. Но акустические сигналы могут вызывать как положительную, так и отрицательную реакцию, приводящую, в ряде случаев, к необратимым отрицательным последствиям в организме и психике человека. Так, при монотонном труде с помощью музыки можно достичь повышения производительности труда, при чем с нарастанием громкости звука производительность сначала растет, однако потом все равно снижается. Шум положительно влияет на процесс конкретного мышления и отрицательно - на абстрактное мышление. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определила акустический шум как "...звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью". Акустические колебания и волны разделяют по частотному диапазону (табл. 3.4 ):

Таблица 5

Акустическое поле характеризуют звуковым давлением P(t) и колебательной скоростью частиц среды V(t) (за время, не менее периода колебаний). Уровни звука принято измерять в децибелах (дБ) относительно некоторого нулевого уровня Р0, (в акустике, в качестве нулевого, используют условный порог слышимости человеческого уха P0=2.10-5 Па).

Уровень звука определяется:

· по давлению (уровень звукового давления) - LP = 20 lg (P/P0) = 10 lg (P2/P02);

· по колебательной скорости - LV = 20 lg (r c V/P0) = 10 lg [(r c V)2/P02].



где: r - плотность среды,

c - скорость распространения звука в ней.

Вдали от источника или в плоской акустической волне обычно LP = LV, поэтому не имеет принципиального значения, какую характеристику поля измерять. В области инфразвука или в закрытых помещениях этот вопрос приобретает принципиальное значение. Интенсивность (I) или сила звука в плоской звуковой волне (измеряется в Вт/м²):

I = P2/r c = r cV2.

Воспринимаемые ухом человека как одинаковые по уровню громкости сигналы различной частоты имеют, как правило, различные уровни звукового давления. Уровни громкости измеряют в Фонах, приведенных к некоторому среднестатистическому уху человека (табл. )

Представление об акустическом поле как загрязнителе окружающей среды появились относительно недавно. Рассматриваются два основных механизма раздражения:

· - непосредственное воздействие звука на слуховые органы через слуховые клетки и нервы, и

· - косвенные - через возбуждение сигналов в нервных клетках, не являющихся слуховыми.

Ультразвуковые и низкочастотные акустические поля, не воспринимаемые непосредственно органами слуха человека занимают важное место при определении воздействия на человеческий организм акустических полей, т.к. в обоих случаях (в конечном итоге) происходит возбуждение вегетативной нервной системы и возможны дополнительные психические реакции. Для вегетативной нервной системы характерно четкое соответствие между шумом и реакцией, в то время как в области психики такое соответствие отсутствует, но, тем не менее, выраженные психические реакции проявляются уже начиная с уровней 30 дБ.

Субъективное отношение человека к источнику звука играет решающую роль при определении им состояния комфорта или дискомфорта, звук падающих из крана капель или тиканье будильника может вызвать раздражение и, напротив, громкая музыка (90 дБ) оказывает на одного человека положительное воздействие (радость, расслабление), на других - отрицательное. Причем при первом механизме могут возникать ощущения дискомфорта, на первый взгляд, не связанные с наличием звукового раздражителя, т.к. это связано с особенностями строения уха человека (внутренним ухом-полостью, расположенным в выемке височной кости), состоящим из костной улитки в виде закрученной спирали и спиральной пластины, делящих спиральный канал костной улитки на две параллельные полости - верхнюю (вестибулярную) и нижнюю (барабанную). Нижняя часть (в основном) через группу мембран и звукочувствительных (волосковых) клеток передает в головной мозг информацию о звуке. Однако возбуждение на определенных частотах и при некоторых уровнях громкости вестибулярной части уха может привести к возбуждению нервных клеток, не связанных со звукочувствительными элементами. Кроме того, волны, попадающие на кости черепа, вызывают их колебания и также возбуждают окончания неслуховых нервов. Ощущение дискомфорта могут вызывать различные уровни звука в зависимости от индивидуальных черт человека, условий его работы, предыстории его психического состояния (табл. 6). Дискомфорт, в большинстве случаев, перестает наблюдаться при исчезновении источника раздражения, но в некоторых случаях проявляются остаточные явления, проходящие бесследно через некоторое время после выключения раздражителя, либо, снимая внешнее проявление дискомфорта, накапливаются в организме, приводя через определенное время к необратимым изменениям в организме.



Таблица 6. Примерный уровень громкости различных звуков и шумов

В целом воздействие акустических волн напоминает воздействие на организм радиоактивности или рентгеновских лучей с несколько иными последствиями. Поэтому при введении предельно допустимых норм акустических сигналов и шумов исходят не только из "громкости" и частотной полосы излучения, но и из времени, в течение которого человек подвергается данному воздействию, регулярности такого воздействия и т.д.

Звук, в ограниченных помещениях, многократно отражаясь от стен и предметов создает многоголосое эхо (реверберацию). Если время реверберации (время затухания звука в помещении после прекращения излучения источника) велико, разборчивость речи резко ухудшается. При отсутствии реверберации (или время реверберации мало) голоса делаются глухими, их тембр сильно искажается.

Уровни действующего вредным образом на организм звука в диапазоне частот 60-20000 Гц приведены табл. 7, в соответствии со стандартом на санитарные нормы допустимого шума в помещениях и на территориях жилой застройки в этом диапазоне (ГОСТ 12.1.003-83, ГОСТ 12.1.036-81, ГОСТ 2228-76, ГОСТ 12.1.001-83, ГОСТ 19358-74). При длительном воздействии звуковых волн соответствующей интенсивности в органах слуха кроме слуховых ощущений могут возникнуть следующие основные функциональные изменения:

Таблица 7. Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах предприятий при широкополосном шуме

· - Оглушение, а иногда и разрыв барабанных перепонок, при акустическом раздражении высокой интенсивности, возникающем мгновенно (например, при взрыве);

· - Временное повышение порога слышимости, при воздействии звука достаточно большой интенсивности, за счет сужения и даже перекрывания кровеносных сосудов внутреннего уха, нарушения обмена веществ и появления усталости слуховых клеток (снижение чувствительности слуховых органов);

· - Тугоухость (необратимые потери слуха) при длительном воздействии звука высокой интенсивности;

· - Повышение частоты дыхания после прекращения действия шумов;

· - Воздействие на вегетативную нервную систему через изменения в системе кровообращения, выражающееся в незначительным уменьшением кровеносного давления и некотором увеличении частоты пульса и в гораздо большей степени - повышением периферийного сопротивления сосудов при интенсивности звука более 70 дБ. Причем вегетативные реакции, вызываемые звуковым раздражением, не зависят от фактора привыкания.

· Расширение зрачков, которое зависит от интенсивности звука и начиная с 75 дБ(А) происходит нелинейно. В результате может наблюдаться уменьшение глубины резкости зрения.

· Воздействие на психику Л. Леманом введены четыре диапазона:

1. Диапазон I (от 30 до 65 Фон) представляет область чисто психических реакций.

2. Диапазон II (65-90 Фон) - наряду с психическими отмечаются вегетативные реакции.

3. Диапазон III (90-120 Фон) характеризуется возможными необратимыми изменениями психики, сильными вегетативными реакциями, а также повреждением внутреннего уха.

4. Диапазон IV (120 Фон и выше) находится за порогом болевых ощущений.

Воздействие на психику возрастает с повышением частоты, увеличением громкости и уменьшением частотной полосы шума, хотя шум не всегда вызывает отрицательную реакцию. При длительном воздействии шума с интенсивностью, превышающей предельную, возникает опасность органических повреждений, возможны патологические изменения периферийной системы кровообращения.

Регламентируя уровни акустических шумов (в звуковом диапазоне) исходят обычно из следующих возможных результатов воздействия шума.

· - тугоухость, - это единственно четко определяемое повреждение организма от воздействия шума, которое в современной медицине принято считать неизлечимым;

· - необратимое снижение слуха, - сдвиг порога слышимости, не восстанавливающийся до исходного уровня при прекращении действия шума;

· - временное снижение слуха, или оглушение, исчезающее после окончания воздействия шума; временное снижение слуха, возникающее после 8 часового рабочего дня, через 10 лет переходящее в необратимое снижение слуха. Однако склонность различных людей к повреждению слуха далеко не одинакова. В настоящее время за максимально допустимый уровень шума при 8 часовом воздействии принимается уровень 90 дБ. При воздействии импульсных шумов (удары молота, выстрелы) проявляется условный слуховой рефлекс, уменьшающий восприятие импульсов, если между импульсами есть пауза не более 1-2 секунд. Информация об уровне усредняется, и человек может получить повреждение уха импульсом 1-10 мс, считая его недостаточно интенсивным на слух.

· Нарушение разборчивости речи. Оно не приводит к явной потере здоровья, но косвенно может служить причиной несчастных случаев из-за неправильно понятых команд.

· Возбуждение вегетативной нервной системы. Порог раздражения в состоянии бодрствования примерно 70 дБ, в состоянии глубокого сна - 55 дБ. Для нормального сна средний уровень шума не должен превышать 35 дБ без дискретных составляющих, превышающих это значение более чем на 10 дБ.

· Нарушение работоспособности. Шум на рабочем месте должен быть как можно ниже. Уровни, рекомендованные ВОЗ, приведены в табл. 8.

· Неприятные ощущения (относятся к психике). Четко отделить их от вегетативных реакций невозможно. Неприятные ощущения зависят не только от чисто физических параметров шума, но и от субъективных факторов.



Таблица 8

Инфразвук может оказывать весьма существенное влияние на человека, в частности на его психику. В литературе неоднократно отмечались, например, случаи самоубийств под воздействием мощного источника инфразвука. Природными источниками инфразвука являются землетрясения, извержения вулканов, раскаты грома, штормы, ветры. Немалую роль в их возникновении играет турбулентность атмосферы. Например, мистраль (северный или северо-западный холодный ветер на юге Франции) создает инфразвук с частотой 0,6 Гц. Естественный инфразвук, возникающий при штормах, использовался в Японии для заблаговременного предупреждения цунами. К антропогенным источникам инфразвука относятся взрывы, в том числе атомные, выстрелы из тяжелых орудий, вибрации зданий, конструкций, прессы, вентиляционные системы, вибрации в поездах, автомобилях, на кораблях и судах, работу дизельных установок, авиационных двигателей и т.п. Антропогенные источники имеют ярко выраженные частоты и довольно сильно различаются как по частоте, так и по интенсивности (табл. 9).



Таблица 9. Характеристики некоторых источников инфразвука

Данные о физиологическом действии инфразвука противоречивы. Считается, что его влияние на человека связано с резонансами внутренних органов.

Как видно из табл. 10 в области инфразвука лежат резонансы органов брюшной полости, поэтому в первую очередь действие инфразвука на человека, так же как и при "морской" болезни, связано с нарушением деятельности желудочно-кишечного тракта - появляются тошнота, головокружение, чувство страха, ужаса.

Таблица 10. Некоторые резонансные частоты органов человека

В диапазоне 7-13 Гц воздействие инфразвука может быть связано с синхронизацией инфразвука с "a" -ритмом головного мозга, однако достаточных данных по этому вопросу нет. Возможно также, что воздействие на организм связано с явлением биоакустических резонансов, обнаруженных российским ученым Ф.К. Агашиным. Т.к. длина волны инфразвука значительно больше размеров человека, то он подвергается ее воздействию синфазно (одновременно синхронно со всех сторон). В случае резонансов это может приводить к большим периодическим смещениям органов и тканей. Причем движение всех органов происходит в фазе, что может приводить к разрывам и кровотечениям в легких. Определяют 4 зоны воздействия на человека инфразвука. Вредное действие определяется не только уровнем звука, но и его частотой.

Из очевидных последствий, обнаруженных на облучавшихся инфразвуком добровольцах, отмечены следующие:

· - изменение артериального давления и частоты сердечной деятельности (7-10 Гц);

· - нарушение вестибулярных функций мозга (20 Гц и менее);

· - нарушение зрения (40-60 Гц);

· - нарушение работы желудочно-кишечного тракта, тошнота, рвота, головокружение;

· - появление чувства страха, ужаса.

Особенно сильно подвержены действию низкочастотного звука люди старше 50 лет. До сих пор проблема измерений и регламентации уровней Госстандартом не решена. Существует значительный разброс в оценке допустимых норм на уровни инфразвука. Имеется ряд санитарных норм, например санитарные нормы допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки (СанПиН 42-128-4948-89), рабочих местах (3223-85), ГОСТ 23337-78, и др. ГОСТ 12.1.003-76 запрещает даже кратковременное пребывание в зонах с уровнем звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.



Таблица 11

Активное воздействие ультразвука (УЗ) на вещество, приводящее к необратимым изменениям в нем, обусловлено в большинстве случаев нелинейными эффектами. В жидкостях основную роль при воздействии УЗ на вещества и процессы играет кавитация (образование в жидкости пульсирующих пузырьков, каверн, полостей, заполненных паром или газом, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, вызывая разрушение поверхностей твердых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью). Воздействие УЗ на биологические объекты различно в зависимости от интенсивности и длительности облучения. При малых интенсивностях (до 2-3 Вт/см²) на частотах 105-106 Гц УЗ производит микромассаж тканевых элементов, способствуя лучшему обмену веществ. Повышение интенсивности УЗ приводит к возникновению в биологической среде кавитации и механическому разрушению клеток и тканей. Кроме того, при распространении УЗ в биологической среде происходит его поглощение и преобразование в тепловую энергию, т.е. наблюдается неравномерный нагрев тканей. Причиной изменений, возникающих в биологических объектах под действием УЗ, могут быть также вторичные эффекты физико-химического характера (химическое действие УЗ), УЗ может использоваться для разрушающего воздействия на яйца, личинки и куколки некоторых насекомых, в частности комаров. Облучение малых живых организмов (рыб, лягушек) УЗ даже небольшой интенсивности (около 2 Вт/см²) приводит к параличу и последующей гибели животных (необратимые морфологические изменения в нервной системе). Мелкие животные, живущие в воде, почти мгновенно погибают в ультразвуковом поле. Причиной их гибели, вероятнее всего, следует считать изменение в коллоидной структуре тканей, глубокое биохимическое изменение протоплазмы и коагуляцию белков. Наблюдается бактерицидное действие УЗ: при его воздействии, в частности, наблюдалась сильная задержка времени свертывания молока. Озвучивание семян картофеля и гороха дает ускоренное развитие и прирост урожайности этих культур. Возможность вызывать с помощью УЗ разнообразные полезные биологические эффекты в тканях организма человека широко используется в УЗ-терапии и хирургии.

В связи с широким распространением разнообразных ультразвуковых устройств промышленного и бытового назначения, а также выявленной опасностью для здоровья людей, которую представляют ультразвуковые колебания, превышающие определенные значения, ГОСТ определяет допустимые уровни звукового давления на рабочих местах в третьоктавных полосах.

Звуковая вибрация представляет самостоятельный интерес лишь при очень высоких ее уровнях в связи с вибрационной усталостью материалов и конструкций. Однако вибрации могут, во-первых, способствовать звукоизлучению в окружающую среду (т.е. являться источником вредных, и прежде всего, инфразвуковых волн), во-вторых, непосредственно воздействуя на скелет человека, передаваться с малым затуханием в любую точку организма, приводя даже при относительно малых уровнях вибраций к значительным последствиям, связанным с резонансными явлениями в организме человека.

В качестве способов защиты от акустического воздействия следует рассматривать:

· выявление источников шума антропогенного происхождения и снижение уровня шумоизлучения промышленных объектов, транспортных средств и различного типа устройств;

· правильное планирование застройки территорий, предназначенных для размещения предприятий и жилых домов. Широкое использование при этом защитных озеленительных посадок (деревья, трава и пр.);

· использование при конструировании зданий и отдельных помещений в них специальных звукопоглотителей и звукопоглощающих конструкций;

· демпфирование звуковых вибраций;

· использование индивидуальных средств защиты органов слуха при работе в условиях повышенной шумности (заглушки, вкладыши, наушники, шлемы и т.п.).

Установлено, что разрушению объектов, обвалам горных пород в шахтах, землетрясениям и пр. предшествует образование микроразломов и трещин. Их образование сопровождается излучением акустических импульсов (явление акустической эмиссии). Частота следования этих импульсов и их длительность связаны с мощностью последующих событий. Более мощному готовящемуся разрушению соответствует и более низкая частота. Известно, что в шахтах раньше для крепежных работ использовали специальные породы деревьев, "поющих" специальным образом при возникновении акустической эмиссии, предшествующей обвалу. Японские сейсмологи в течение последних 10 лет активно пытаются использовать регистрацию низкочастотной акустической эмиссии в глубинных породах для предсказания землетрясений. Китайские ученые на основании исследований многочисленных летописных свидетельств поведения животных именно с акустической эмиссией связывают чувствительность многих биообъектов к стихийным бедствиям (биологические предвестники землетрясений).

...