Негативное воздействие вредных веществ на среду обитания

Основными источниками загрязнения атмосферы являются естественные (вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, природный метан, окисление серы и сульфатов и т. п.) и антропогенные (сжигание топлива в промышленных и бытовых установках, промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции, промышленные энергоустановки, предприятия черной металлургии, испарения нефтепродуктов и т. п.) источники. В результате загрязнения возникают следующие негативные последствия:

1) превышение предельно допустимых компонентов многих токсичных веществ в городах и населенных пунктах;

2) образование смога при интенсивных выбросах оксида азота и углеводородов;

3) выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах оксидов серы и азота;

4) появление парникового эффекта при повышенном содержании вышеперечисленных химических веществ и пыли в атмосфере, что способствует повышению средней температуры Земли;

5) разрушение озонового слоя при поступлении оксида азота и соединений хлора в него, что создает опасность ультрафиолетового облучения.

Источниками загрязнения гидросферы являются биологические, химические и физические источники. Антропогенное воздействие на гидросферу приводит к снижению запасов воды, изменению состояния фауны и флоры водоемов, нарушению круговорота многих веществ в биосфере, снижению биомассы планеты и, как следствие, уменьшению воспроизводства кислорода.

Источниками и веществами, загрязняющими почву, являются: тяжелые металлы и их соединения, циклические углеводороды, бензопирен, радиоактивные вещества, нитраты, нитриты, фосфаты, пестициды и т. п. Нарушение верхних слоев земной коры происходит при добыче полезных ископаемых и их обогащении; захоронении бытовых и промышленных отходов, при проведении военных учений или испытаний и т. п. Также почвенный покров существенно загрязняется осадками в зонах рассеивания различных выбросов в атмосфере, пахотные земли загрязняются при внесении удобрений и применении пестицидов.

Антропогенное воздействие на почву сопровождается:

1) отторжением пахотных земель и уменьшением их плодородия;

2) чрезмерным насыщением токсичными веществами растений, что неизбежно приводит к загрязнению продуктов питания растительного и животного происхождения;

3) нарушением биоценозов вследствие гибели насекомых, птиц, животных, некоторых видов растений;

4) загрязнением грунтовых вод, особенно в зоне свалок и сброса сточных вод.

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Механические колебания – это периодически повторяющиеся движения, вращательные или возвратно‑поступательные. Любой процесс механических колебаний можно свести к одному или нескольким гармоническим синусоидальным колебаниям, которые характеризуются амплитудой, равной максимальному отклонению от положения равновесия; скоростью колебаний; ускорением; периодом колебаний, равным времени одного полного колебания; частотой колебаний, равной числу полных колебаний за единицу времени.

Разновидностью механических колебаний является вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил, которые идеально уравновесить практически невозможно. Например, вибрация по земле распространяется в виде упругих волн и вызывает колебания зданий и сооружений.

Вибрация машин может приводить к нарушению функционирования техники и вызывать серьезные аварии. Она является причиной 80 % аварий в машинах, так как приводит к накоплению усталостных эффектов в металлах, появлению трещин.

При воздействии вибрации на человека наиболее существенно то, что тело человека в данном случае является сложной динамической системой, которая меняется в зависимости от позы человека, его состояния (расслабленности или напряженности) и других факторов. Для такой системы существуют опасные, резонансные частоты, и если внешние силы воздействуют на человека с частотами, близкими или равными резонансным, то резко возрастает амплитуда колебаний как всего тела, так и отдельных его органов. Для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4–6 Гц, для головы – при 20–30 Гц, для глазных яблок – при 60–90 Гц. При этих частотах интенсивная вибрация может привести к травматизации позвоночника и костной ткани, расстройству зрения, у беременных женщин вызвать преждевременные роды.

Колебания вызывают в тканях организма переменные механические напряжения, которые улавливаются множеством рецепторов и трансформируются в энергию биоэлектрического и биохимического процессов. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается вестибулярным аппаратом, который располагается в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела.

АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Механические колебания в упругих средах вызывают распространение упругих волн, называемых акустическими колебаниями. Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Энергия от источника колебаний передается частицам среды. По мере распространения волны частицы вовлекаются в колебательные движения с частотой, равной частоте источника колебаний, и с запаздыванием по фазе, зависящим от расстояния до источника и от скорости распространения волны.

Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле. Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, колеблющимися в одной фазе, называется длиной волны, т. е. длина волны – это путь, пройденный волной за время, равное периоду колебаний. Скорость распространения волны зависит от плотности среды, в которой она распространяется, расстояния от источника волны и ряда других факторов.

Ухо человека воспринимает и анализирует звуки в широком диапазоне. Высота звука определяется частотой колебаний: чем больше частота колебаний, тем выше звук. Громкость возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность звуковых волн. Минимальные значения порогов лежат в диапазоне 1–5 кГц. Порог слуха у человека составляет 10 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом считают звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и уровню интенсивности 100 Вт/м². Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта.

Ультразвук не отличается от слышимого звука, но частота колебательного процесса способствует большому затуханию колебаний вследствие трансформации энергии в теплоту и классифицируется на низкочастотный (1,12х10⁴ – 1,0х10⁵ Гц) и высокочастотный (1,0х10⁵ – 1,0х10⁹ Гц); по способу распространения – на воздушный и контактный ультразвук.

Инфразвук также является областью акустических колебаний с частотой ниже 16–20 Гц. В условиях производства инфразвук сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев – с низкочастотной вибрацией.

Биологический эффект воздействия акустических колебаний на организм человека зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемых действию колебаний, и выражается функциональным нарушением органов и систем организма человека.

УДАРНАЯ ВОЛНА

Ударная взрывная волна – эта область сжатого воздуха, стремительно распространяющаяся во все стороны от эпицентра взрыва с огромной скоростью и характеризующаяся избыточным давлением во фронте ударной волны (величиной, на которую это давление превышает атмосферное). На взрывную волну расходуется до 50 % энергии ядерного взрыва.

Под действием ударной волны происходит разрушение зданий, сооружений, транспортных магистралей. Незащищенные люди получают закрытые и открытые повреждения, так как в силу небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. Причиной открытых повреждений являются чаще всего вторичные факторы действия ударной волны – летящие обломки зданий, сооружений и т. д. Кроме того, скоростной напор при этом создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве. Продолжительность действия ударной волны составляет около 15 с.

Избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа и менее для людей и животных, расположенных вне укрытия, считается безопасным. Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20–40 кПа и выражаются кратковременными нарушениями функций организма, возможны вывихи и ушибы. Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40–60 кПа, при этом наблюдаются вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей. При избыточном давлении в 60‑100 кПа возникают тяжелые контузии и травмы, характеризующиеся выраженной контузией всего организма, переломами костей, кровотечениями из носа и ушей; возможны повреждение внутренних органов и внутренние кровотечения. А при избыточном давлении свыше 100 кПа отмечаются еще разрывы внутренних органов (особенно содержащих большое количество крови или наполненных газом, а также имеющих полости, наполненные жидкостью), сотрясение мозга с длительной потерей сознания. Часто такие травмы несовместимы с жизнью.

Радиус поражения обломками зданий при избыточном давлении 2–7 кПа может превысить радиус непосредственного поражения ударной волны.

Воздушная волна действует и на растения. Деревья вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы, гибнет от 30 до 50 % лесонасаждений в зависимости от величины избыточного давления.