Физическое волновое загрязнение среды

Под общим условным названием волнового загрязнения среды здесь объединена большая группа разнородных физических явлений и воздействий, которые имеют колебательную, волновую природу и исходят от технических источников. Это вибрация, акустические и электромагнитные воздействия, охватывающие колоссальный диапазон частот - от долей герца до миллионов мегагерц. В общеэкологическом отношении они играют несравненно меньшую роль, чем химическое и радиационное загрязнение экосферы. Но в современной среде обитания человека они приобретают все большее значение и становятся заметным фактором его экологии.

Вибрация. Под вибрацией понимают малые механические колебания низкой частоты, возникающие в телах под воздействием переменного физического поля. Вибрация тел с частотой более 16-20 Гц сопровождается акустическим эффектом. Вибрацию характеризуют такие основные параметры: амплитуда Л (мм), виброскорость V (м/с), виброускорение а (м/с²), частота / (Гц). При оценке вибрационной нагрузки на человека учитываются виброускорение (виброскорость), диапазон частот и время воздействия вибрации. Для нормирования и контроля используются средние квадратические значения виброускорения или виброскорости, а также их логарифмические уровни, выраженные в децибелах (дБ). Последние рассчитываются по формулам:

или (6.4)

где L_a - логарифмический уровень виброускорения, дБ;

a - среднее квадратическое значение виброускорения, м/с²;

а₀ - пороговое виброускорение, равное 10^-6 м/с²;

LV - логарифмический уровень виброскорости, дБ;

V - среднее квадратическое значение виброскорости, м/с;

V₀ - пороговая виброскорость, равная 5*10^-8 м/с.

В зависимости от способа передачи на человека вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки. Предельно допустимый уровень общей вибрации регламентируется в частотном диапазоне от 1 до 63 Гц, локальной вибрации - от 8 до 1000 Гц.

К основным источникам вибрации в окружающей среде относят: городской и железнодорожный рельсовый транспорт, инженерное оснащение зданий (лифты, компрессоры, холодильные установки), тяжелые грузовые автомобили, строительные машины, технологическое оборудование ударного действия (молоты, прессы и т.п.).

Вибрация относится к вредным факторам, обладающим большим биологическим эффектом. Население страдает главным образом от общих вибраций, распространяющихся от сильных внешних источников по территории населенного пункта, достигая жилых и общественных зданий. В определенных условиях строго дозированная слабая вибрация может оказывать и лечебное действие на организм человека.

Акустические воздействия. Человек всегда жил в условиях природного акустического фона, который, как правило, не оказывал неблагоприятного воздействия. Техногенез привел к появлению большого числа искусственных акустических эмиссии, ставших одной из форм загрязнения окружающей среды.

Шум. С физической точки зрения, шум представляет собой неупорядоченное сочетание звуков различной частоты и интенсивности. Шум характеризуется звуковым давлением Р (Па), интенсивностью звука / (Вт/м²) и частотным диапазоном. Восприятие звука человеком зависит от частоты, интенсивности и звукового давления. Область слухового восприятия человека с нормальным слухом лежит в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуком, выше 20 кГц - ультразвуком. Наименьшие значения интенсивности /о и звукового давления pq, воспринимаемые органами слуха, соответствуют порогу слышимости. Для частоты 1000 Гц/₀ = 10^-12 Вт/м², P₀ = 2*10^-5 Па. При интенсивности звука 100 Вт/м² и звуковом давлении 200 Па появляются болевые ощущения (болевой порог). При оценке воздействия, выражаемого в децибелах (дБ), обычно используется величина уровня звукового давления: L = 20 lg (Р/Р₀).

В соответствии с логарифмической зависимостью каждое увеличение L на 20 дБ соответствует десятикратному увеличению звукового давления.

Таким образом, рост уровня с 30 дБА (сельская местность) до 70 дБА (громкий разговор) означает увеличение звукового давления на органы слуха в 100 раз, до 90 дБА (оживленная городская улица) - в 1000 раз. Для слуха человека наиболее неблагоприятным является высокочастотный шум (1000-4000 Гц). Поэтому при анализе шума учитываются частотные характеристики, или спектр шума. Для его ориентировочной оценки может быть принят уровень звука в дБА, который измеряется по шкале «А» шумомера. Нормируемым параметром непостоянного шума (например, шума транспортного потока) служит эквивалентный (по энергии) уровень звука L_{А экз.} который измеряется специальными шумомерами или рассчитывается.

Основными техногенными источниками шума являются автомобильный, авиационный и железнодорожный транспорт, газотурбинные установки, компрессорные станции, шумные производства промышленных предприятий (табл. 6.8). Средние уровни звука на автомагистралях крупных городов составляют 73-83 дБА, а максимальные - 90-95 дБА. В жилых домах вдоль магистралей шум достигает 62-77 дБА при санитарных нормах 40 дБА в дневное время и 30 дБА ночью. По данным Минтранса России, в условиях шумового дискомфорта проживает 35 млн чел, примерно 30% городского населения страны. Кроме того, 3-4% горожан подвержено существенному воздействию авиационного шума.

Инфразвук - это область неслышимых акустических колебаний с частотами менее 16 Гц. В воздухе инфразвук поглощается мало и благодаря большой длине волны может распространяться на большие расстояния. Инфразвуковые источники могут быть как естественного, так и техногенного происхождения. Многие явления природы (землетрясения, морские бури, обдувание сильным ветром строительных конструкций) сопровождаются инфразвуковыми колебаниями. Техногенными источниками инфразвука являются тихоходные крупногабаритные машины и механизмы: виброплощадки с числом циклов менее 20 раз в секунду, ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания большой мощности, газовые турбины, компрессоры, транспортные средства и т.п. Неслышимый инфразвук может вредно воздействовать на организм человека, особенно на его психическое состояние. Степень воздействия инфразвука зависит от частотного диапазона, уровня звукового давления и длительности. По санитарным нормам уровень инфразвука на территории жилой застройки не должен превышать 90 дБ.

Электромагнитные воздействия. Вся биота экосферы существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции биологические системы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий.

Известно, что на человека непрерывно действуют электрическое поле напряженностью 120-150 В/м и магнитное поле Земли напряженностью 24-40 А/м. Колебания этих значений связаны с электромагнитными явлениями в атмосфере и ионосфере Земли и зависят от солнечной активности. Предполагают, что на изменения геомагнитной активности в первую очередь реагируют центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Есть данные, что во время магнитных бурь увеличивается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, возрастает число дорожно-транспортных происшествий и других аварий.

Электромагнитное поле Земли служит для биосферы своеобразным щитом и является важным экологическим фактором. Опыты над животными показали, что заметное уменьшение геомагнитного поля так же, как и экранировка от электрических полей, вызывают изменения процессов жизнедеятельности. Если естественное поле Земли необходимо для живого мира, то сильные электромагнитные излучения от искусственных источников способны оказать губительное воздействие на человека, растения, животных и привести к значительным функциональным нарушениям. Всемирная организация здравоохранения включила электромагнитное загрязнение среды обитания в число наиболее важных экологических проблем.

Основными техногенными источниками электромагнитных полей (ЭМП) и неионизирующих электромагнитных излучений служат воздушные линии электропередач (ЛЭП) высокого напряжения, радио- и телевизионные передающие станции, радиолокационные и навигационные средства. На значительных территориях, особенно вблизи высоковольтных ЛЭП, радио- и телецентров, радиолокационных установок, напряженности электрического и магнитного полей увеличены по сравнению с естественным электромагнитным фоном на 2 - 5 порядков.

Биологически значимыми являются электрические и магнитные поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями и трансформаторными подстанциями. ЭМП промышленной частоты в основном поглощаются землей, поэтому на небольшом расстоянии от ЛЭП напряженность этого поля быстро падает. Тем не менее, под проводами ЛЭП с напряжением 750 кВ на уровне 1,8 м от поверхности земли создается магнитное поле напряженностью порядка 24-100 А/м. В местах провисания проводов эти значения увеличиваются в 3-5 раз, а напряженность электрического поля составляет от 10 до 100 кВ/м, что многократно превышает предельно допустимый уровень. Несмотря на это, в непосредственной близости и даже прямо под высоковольтными ЛЭП размещается большое количество садово-огородных участков населения.

Таблица 6.8

Сравнительная оценка шумовых воздействий

Радиотелевизионные передающие центры, излучающие в окружающую среду волны особо высокочастотных диапазонов, создают зоны с повышенными уровнями ЭМП. Широкое использование современных систем навигационного и радиотехнического оборудования (мощных радиолокаторов, направленных антенн кругового обзора и т.п.) привело на территориях аэропортов и их окрестностях к превышению допустимых уровней электромагнитных излучений сверхвысоких частот и созданию на местности зон большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Установлено также влияние на организм человека электромагнитных излучений, источниками которых служат бытовые электроприборы (телевизоры, дисплеи, микроволновые печи и др.). Так, например, при работе фена магнитная индукция на расстоянии 3 см равна 2000 мкТ, электробритвы - 1500 мкТ, тогда как естественный геомагнитный фон составляет 30-60 мкТ.

Электромагнитные колебания характеризуются длиной волны. \ (м), частотой колебаний f (Гц) и скоростью распространения колебаний V (м/с), которые связаны соотношением

V = lf

В зависимости от частоты колебаний (длины волны) электромагнитные излучения радиочастот разделяют на ряд диапазонов (НЧ, ВЧ, СЧ и т.д.). Переменное ЭМП является совокупностью двух взаимосвязанных полей - электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Н (А/м). ЭМП несет энергию, определяемую плотностью потока энергии (ППЭ), которая выражается в Вт/м². У источников ЭМП различают две зоны: ближнюю (зону индукции) и дальнюю (волновую, или зону излучения). Ближняя зона ограничена расстоянием г $ Х/6, где ЭМП еще не сформировалось. В этой зоне электромагнитная составляющая напряженности выражена слабо, поэтому ЭМП оценивается обычно электрической составляющей напряженности поля Е (В/м). В дальней зоне на расстоянии г > \/б ЭМП сформировалось и оценивается ППЭ (Вт/м²).

Биологическое действие ЭМП зависит от интенсивности воздействия частоты, продолжительности и режима облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размеров облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма. Гигиеническими нормами регламентируются в зависимости от частотного диапазона электромагнитного излучения значения Е, Н или ППЭ.