Физическое загрязнение
Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров: тепловых, световых, электромагнитных, звуковых, радиационных. В определенных условиях воздействие физических полей на биоту и человека может оказать не меньший отрицательный эффект чем химическое загрязнение ОС.
Тепловое загрязнение связано с промышленными выбросами теплой воды и газов. В настоящее время ежегодное мировое потребление энергетических ресурсов возросло до 13 млрд т нефтяного эквивалента. Суммарное техногенное поступление в ОС тепловой энергии приближается к значению 10 ТВт. Основными способами снижения теплового загрязнения ОС являются уменьшение энергопотребления, улучшение конструкции преобразователей энергии и увеличение эффективности использования солнечной энергии.
При производстве 1 кВт ч электроэнергии на тепловой станции в атмосферу и воду поступает соответственно 400 и 135 ккал тепла, на АЭС — 130 и 1900 ккал. Для рассеивания тепла станции мощностью 3000 МВт требуется 1800 га водной поверхности.
Основные последствия теплового загрязнения водного объекта следующие:
• усиливается испарение воды;
• уменьшается содержание растворенного кислорода и одновременно растет потребность в кислороде для дыхания организмов;
• происходит смена обычной флоры сине-зелеными водорослями, продукты отмирания которых токсичны.
Для экосистемы водоема критической считается температура 28 °С. Единственным нормативом, ограничивающим тепловое загрязнение водных объектов, можно отнести требование не увеличивать среднюю температуру воды более чем на 3°С.
Шумовое загрязнение относится к категории основных видов вредных воздействий на ОС и на человека. Любые звуки, генерируемые неприродными источниками, могут рассматриваться как шумовые, поскольку отсутствовали в период эволюции человека. Шумовое загрязнение в зависимости от его мощности сокращает продолжительность жизни до 8…12 лет.
Единицы измерения шума — децибелы (дБ). Один децибел — это уровень звукового давления р, для которого выполняется соотношение
где р0 — пороговое звуковое давление, принимаемое равным 2 10-5 Па. Территория, на которой уровень шума составляет менее 55 дБ, считается по данному показателю комфортной. Шум интенсивностью более 130 дБ может вызвать акустические травмы.
Характеристики основных источников шумового загрязнения следующие (дБ):
• промышленные предприятия 80…110;
• железная дорога 85…100;
• автотранспорт 80…88;
• буровая установка при бурении 104 дБ.
Человек воспринимает звук в широком интервале частот— от 16 Гц до 20 кГц. Шум одного уровня, но с различными частотами человек воспринимает по-разному: высокие звуки кажутся более громкими, чем низкие. Поэтому предельно допустимые уровни (ПДУ) постоянного шума устанавливаются в зависимости от частоты по девяти градациям.
В России около 10 млн населения подвержено постоянному шумовому воздействию высокой интенсивности. Шумовое воздействие приводит к неточностям при выполнении технологических операций. Производительность труда при работе в тишине на 9% выше. Предельно допустимый уровень (ПДУ) шумового воздействия для выполнения физической работы, связанной с точностью равен 80 дБ, умственная операторская работа требует 65 дБ, творческая работа и преподавание — 40 дБ.
Электромагнитное загрязнение выходит на уровень, характерный для загрязнения ОС вредными химическими веществами. Сформировался новый существенный фактор ОС — электромагнитные поля антропогенного происхождения. Электромагнитное поле (ЭМП) — это особая форма материи, которая характеризуется вектором напряженности электрического поля и магнитной индукцией. Человек находится в естественном ЭМП Земли — геомагнитном поле. В период солнечной активности воздействие ЭМП проявляется в увеличении количества сердечно-сосудистых заболеваний и в ухудшении самочувствия гипертоников.
В России разработаны предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия для двух типов ЭМП:
• поле промышленной частоты, действующее на человека в производственных и бытовых условиях;
• поле в радиочастотном диапазоне (0,06—300 МГц), возникающее при работе антенн передающих и радиолокационных станций.
Их физиологическое воздействие обусловлено индуцированными токами в тканях организма. Неблагоприятный диапазон частот для человека оценивается от 20 Гц до 60 кГц. Под воздействием ЭМП в организме человека возникают потенциалы до 15 мВ. Отмечены поведенческие эффекты воздействия переменного поля на людей и животных. Есть данные о канцерогенном воздействии ЭМП. Допускается пребывание в поле напряженностью до 5 кВ/м в течение рабочего дня, при напряженности 20 кВ/м — не более 10 мин.
В диапазоне ЭМП радиочастот от 60 кГц до 300 МГц нормируется как напряженность электрического поля, так и напряженность магнитного поля. Для жилой зоны ПДУ электрической напряженности для радиочастот следующие:
• длинные волны (30—300 кГц) — 20В/м;
• средние волны (0,3—3 МГц) — 10В/м;
• короткие волны (3—30 МГц) — 4 В/м;
• УКВ (30—300 МГц) — 2 В/м;
• микроволны (300 МГц—300 ГГц) — 5 мкВ/м.
В последние годы осуществляется нормирование систем сотовой радиосвязи.
Радиационное загрязнение биосферы вызвано естественными радиоактивными элементами, космическими факторами, а также техногенными источниками излучения. При распаде радиоактивных элементов испускается излучение трех типов: α -,β-частицы (электроны и позитроны), γ -излучение. К сильно проникающим излучениям относятся γ кванты.
Одному ядерному превращению в секунду соответствует единица радиоактивности Беккерель (Бк). Внесистемной единицей активности является Кюри (Ки), соответствующая 3,7•1010 Бк. Активность радионуклидов в почве, воде, в осадках измеряется в Бк/кг или Бк/л.
Для оценки опасности ядерных излучений необходимо знать количество энергии, поглощенной тканями облучаемого организма, или величину поглощенной дозы D грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению энергии 1 Дж/кг вещества. На уровне моря мощность дозы за счет космических лучей составляет 1,15 10-11Гр/с.
Виды излучений неравноценны по радиобиологической эффективности. При одинаковой поглощенной дозе излучение α -частиц вызывает больший эффект, чем β- γ- частицы и рентгеновское излучение. Для учета этого фактора введено понятие эквивалентная поглощенная доза Н, измеряемая в единицах зиверт (Зв). Эквивалентная доза (Зв) равна поглощенной дозе (Гр), умноженной на коэффициент качества излучения. Для β- γ- излучения этот коэффициент равен единице, для нейтронов от 2 до 12, для α -частиц — 20.
Основной вклад во внешнее облучение вносят изотопы40К, 14С, 3Н, которые активно вовлекаются в геохимический круговорот элементов и поступают во все объекты биосферы. Радиоактивность воды зависит от содержания растворимых соединений урана, тория и радия, поступающих с почвенными растворами, а также газообразных продуктов их радиоактивных превращений, например, радона. Минеральные воды обычно обогащены радиоактивными элементами.
Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) 70 мЗв. Доза выше 200 мЗв в течение года рассматривается как потенциально опасная.