Тема 4. Физическое загрязнение

План:

1. Тепловое загрязнение.

2. Шумовое загрязнение.

3. Электромагнитное загрязнение.

4. Радиоактивное загрязнение.

Физическое загрязнение связано с изменением физических, энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так, тепловое загрязнение проявляется в ухудшении режима земной поверхности и водоемов. К этому виду загрязнений относится воздействие шума и электромагнитного излучения, причем источниками последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, а в последнее время также микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Особую опасность представляет радиоактивное загрязнение, главными источниками которого являются последствия испытаний ядерного оружия, аварии на ядерных объектах, а также радиоактивные отходы. Вносит свой вклад в уровень радиоактивного загрязнения и естественная радиоактивность, особенно радоновая [3].

Тепловое загрязнение окружающей среды является результатом рассеивания в окружающей среде теплоты, выделяющейся в многообразных тепловых процессах, связанных прежде всего с сжиганием топлива. Ежегодно в мире сжигается до 5 млрд.т угля и 3, 2 млрд. т нефти. Это сопровождается ежегодным выбросом в атмосферу около 18 млрд. т углекислого газа и выделением 2·10²⁰ Дж тепла, а также изменением температурного режима воздушной и водной среды.

Переход от минерального горючего к ядерному до некоторой степени уменьшает химическое загрязнение среды, но при этом возрастает тепловое загрязнение. Мощные тепловые электростанции отводят большое количество тепла с подогретыми сбросными водами в реки, озера, искусственные водохранилища, тем самым влияя на термический и биологический режимы водоемов.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные поверхности таковы:

-при повышении температуры воды животным требуется больше кислорода, так как в теплой воде его содержание понижено в связи с меньшей растворимостью;

-высокая температура благоприятствует замене обычной флоры водорослей менее желательными сине-зелеными водорослями;

-повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсичным веществам (которые, несомненно, присутствуют в загрязненной воде);

-температура может превысить критические значения для стенотермных стадий жизненных циклов водных организмов.

Нормы теплового загрязнения определяются допустимым повышением температуры водного объекта. В водоемах питьевого и культурного пользования оно (повышение температуры) не должно превышать 3⁰С в летнее время. В рыбно-хозяйственных водоемах - не более 3⁰С в летний и не более 5⁰С в зимний периоды.

Источниками теплового загрязнения в пределах городских территорий служат подземные газоходы промышленных предприятий металлургического производства (140-160⁰С), теплотрассы (50-150⁰С), сборные коллекторы, коммуникационные туннели (35-45⁰С), туннели метро и другие подземные сооружения (18-25⁰С). Искусственное промораживание грунтов при строительстве в сложных гидрогеологических условиях приводит к формированию временных криозон (от -10 до -26⁰С) шириной до нескольких метров. В геологической среде урбанизированных территорий создаются зоны тепловых аномалий с превышением температуры до 10 и более градусов фонового значения. Причинами этого явления могут быть: утечка нагретых вод из подземных коммуникаций, тепловыделение отдельных промышленных объектов, использование подземных вод в качестве охладителей систем кондиционирования воздуха, нарушение естественного режима поглощения солнечного тепла из-за сильной загрязненности атмосферы и экранирования значительной части площади городской территории различными объектами. Температурные аномалии повышают агрессивность грунтов и грунтовых вод по отношению к подземным сооружениям и коммуникациям, отрицательно влияют на почвенную биоту и состояние подземных вод. Последствия теплового воздействия проявляются в таких геологических процессах, как термопросадки и термокарст, солифлюкция (медленное передвижение почв и рыхлых грунтов) и деградация многолетней мерзлоты, образование наледей и т. п. Это может привести к нарушению устойчивости зданий, сооружений и подземных коммуникаций, сокращению, по сравнению с проектным, периода их безопасного функционирования[1].

Шумовое загрязнение. Шум - одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому практически невозможна. Поэтому шумы в настоящее время рассматриваются как реальный и серьезный загрязнитель биосферы. Измерение, регуляция и ограничение (в законодательном порядке) шумового загрязнения следует поставить в один ряд с мероприятиями, направленными на борьбу с другими видами загрязнений. Шумовое загрязнение возникает в результате отклонения интенсивности и повторяемости звуковых колебаний за пределы природного диапазона. Шум - сочетание акустических волн различной частоты и интенсивности, мешающие жизнедеятельности организмов. Акустические волны - это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (твердой, жидкой, газообразной). Основными параметрами акустических волн являются интенсивность и спектральный состав. Последний определяется простыми гармоническими колебаниями, которые характеризуются фазой, частотой и амплитудой.

Звуковые волны представляют собой колебательные изменения давления воздуха - сгущения и разрежения. Интенсивность звука - это количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны. Интенсивность звука определяется изменением уровня давления в окружающей среде.

Акустические колебания, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц. Этот диапазон называется звуковым диапазоном частот. В этой связи шумы, воспринимаемые ухом человека, принято делить на низкочастотные (до 350 Гц), среднечастотные (350-800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). Считается, что высокочастотный шум оказывает более неблагоприятное воздействие на организм. Акустические волны с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, а выше 20 000 Гц (20 кГц) - ультразвуком.

Относительно комфортным считается акустический режим при уровне звука 10-60 дБ. Выраженные психические реакции проявляются уже с уровня 30 дБ, а максимально дискомфортным считается режим при уровне шума выше 80 дБ. Для нервной системы вреден шум выше 50-60 дБ. При звуке с уровнем 80-90 дБ возможны необратимые изменения в органах слуха, а при уровне 120-140 дБ - повреждение этих органов [3].

Существенный вклад в шумовое загрязнение среды вносят строительные, энергетические и промышленные предприятия. Самым распространенным и мощным источником городского шума является транспорт, который создает 60-80% шума, воздействующего на человека в местах его пребывания. При восприятии шума огромную роль играет эмоциональный фактор. Женщины менее устой чивы к сильному шуму, у них быстрее возникают признаки неврастении. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) наиболее чувстви тельны к шуму такие операции, как слежение, сбор информации и мышление. Неблагоприятное воздей ствие шума зависит и от индивидуального отношения к нему: так, интенсивные звуки, производимые самим человеком, не беспокоят его, а небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект. Биологическое действие звуковых колебаний инфразвукового диапазона, сопутствующих некоторым природным явлениям, известно давно - это ощущение психологического дискомфорта, переживание безотчетного страха, возникновение паники среди животных, наблюдаемые перед извержением вулканов, при землетрясениях, перед штормами. Подобную реакцию у животных вызывают звуки пролетающих тяжелых вертолетов, движущихся тяжелых машин, работающих прессов и других устройств, работа которых сопровождается шумом с инфразвуковыми частотами в спектре.

Вибрационное загрязнение является близким к шумовому, но основное различие заключается в том, что вибрация распространяется только в твердых телах, а звук – в любых средах. Вибрация - это совокупность механических колебаний. Вибрации могут, во-первых, способствовать звукоизлучению в окружающую среду и являться источником вредных, прежде всего инфразвуковых, волн; во-вторых, воздействуя непосредственно на скелет человека, передаваться с малым затуханием в любую точку организма и приводить даже при относительно малых уровнях вибраций к значительным последствиям, связанным с резонансными явлениями в организме человека.

Источниками вибраций являются транспортные средства, промышленные агрегаты, строительные машины и механизмы.

Воздействие вибраций на грунтовые массивы может приводить к изменению рельефа поверхности, ухудшению механической устойчивости пород, служащих основанием фундаментов зданий и инженерных сооружений. При длительном воздействии вибраций возникает явление «усталости» грунтов, материалов и строительных конструкций [2].

Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. В электромагнитном поле (ЭМП) электрическое поле порождает переменное магнитное поле, а магнитное поле порождает переменное электрическое поле. Поэтому электрическое и магнитное поля не существуют обособленно и независимо друг от друга. Электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Электромагнитное загрязнение является результатом изменения электромагнитных свойств окружающей среды (электромагнитного фона). Источниками естественных элекромагнитных полей (ЭМП) являются атмосферное электричество, солнечное и космическое излучения. Естественные изменения электромагнитного фона вследствие существенного изменения солнечной активности, магнитных бурь и других факторов называют электромагнитными аномалиями.

Научно-технический прогресс привел к тому, что уровень ЭМП, созданных человеком, в отдельных районах выше среднего уровня естественных полей в сотни раз. В городских условиях на население воздействует как суммарныйэлектромагнитный фон, так и сильные электромагнитные поля от отдельных источников. Максимум электромагнитного фона приходится на интервал времени от 10 до 22 часов.

В городской среде на организм человека оказывают влияние электромагнитные поля, источниками которых являются различные генераторы и радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные линии, линии электропередач (ЛЭП), трансформаторы, электротехнические устройства автоматики, в также приборы бытовой техники. К радиопередающим устройствам относятся и радиотелефонные системы с «сотовой» структурой. Выходная мощность базовых станций сотовой радиосвязи достигает 100 Вт, передатчиков автомобильной связи – 6 Вт, ручных радиотелефонов – 2 Вт. Для центра города максимум излучения от базовых станций приходится на период суток с 11 до 17 часов, для «спальных» районов - с 9 до 10 и с 19 до 20 часов.

Лица, профессионально связанные с радиотелефонами (персонал станций, связисты, диспетчеры, работники дорожной инспекции, пожарной охраны и др.), подвергаются облучению в течение рабочего дня. Непрофессиональные пользователи радиотелефонов – только во время телефонных переговоров, которое, по данным исследований, составляет 1, 5 часа в сутки для 85 % пользователей.

Деревья, высокие кустарники и строительные конструкции существенно изменяют картину электромагнитного поля и оказывают экранирующий эффект. Рельеф местности, по которой проходит трасса, также может влиять на интенсивность электромагнитного поля. Повышение уровня местности по отношению к условной прямой, соединяющей основания двух соседних опор, приводит к приближению токонесущих проводов к поверхности земли и увеличению напряженности поля, а понижение уровня местности - к снижению напряженности поля. Таким образом, напряженность поля под ЛЭП и вблизи от нее зависит от напряжения на ней, а также от расстояния между проводами и точкой измерения [2].

Наиболее чувствительна к воздействию ЭМП нервная система человека. Ее функциональные нарушения влекут за собой нарушения других систем организма, в частности эндокринного аппарата, а также обменных процессов.

Особенно резкие нарушения под действием слабых ЭМП наблюдаются в формирующемся организме - эмбрионе - в период роста и развития. На этих стадиях биологические процессы могут быть не только нарушены, но и полностью подавлены. Резкие изменения физиологических функций под действием слабых ЭМП происходят при патологических состояниях организмов человека и животных.

Радиоактивное загрязнение. Радиоактивное загрязнение представляет особую опасность для человека и среды его обитания. Явление радиоактивности связано с самопроизвольным распадом атомных ядер, приводящим к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающимся альфа-, бета- и гамма-излучениями. Альфа-излучение - поток тяжелых частиц, состоящий из протонов и нейтронов, который задерживается листом бумаги и не способен проникнуть сквозь кожу человека. Однако он становится чрезвычайно опасным, если попадает внутрь организма, где вызывает процессы ионизации и распада. Бета-излучение обладает более высокой проникающей способностью и проходит в ткани человека на 1-2 см. Гамма-излучение может задерживаться лишь толстой свинцовой или бетонной плитой.

Процесс самопроизвольного распада нестабильного атома называется радиоактивным распадом, а сам атом - радионуклидом. Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа, принято считать периодом полураспада соответствующего нуклида, а число распадов в секунду в радиоактивном образце - его активностью. Единицей измерения активности в системе СИ является 1 беккерель (Бк, Bq), который равен одному распаду в секунду. Количество энергии излучения, переданной тканям организма, называется дозой, а количество такой энергии, поглощенной единицей массы облучаемого тела, - поглощенной дозой, измеряемой по системе СИ в греях (Гр, Gy) (1 Гр = 1 Дж/кг) [6].

Радионуклиды разделяются на естественные (образовавшиеся на начальном этапе эволюции Земли и при последующих геологических процессах) и искусственные (полученные человеком в атомных реакторах и других энергетических установках). Основную часть облучения (более 80% годовой эффективной эквивалентной дозы) население земного шара получает от естественных источников радиации. Уровни земной радиации неодинаковы в разных районах и зависят от концентрации радио нуклидов вблизи поверхности. Аномальные радиационные поля природного происхождения образуются при обогащении ураном, торием некоторых типов гранитов и других магматических образований; на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах; при современном при вносе урана, радия, радона в подземные и поверхностные воды, геологическую среду. Высокой радиоактивностью часто характеризуются угли, фосфориты, горючие сланцы, некоторые глины и пески, в том числе пляжные.

Зоны повышенной радиоактивности распределены на территории России неравномерно. Они известны как в европейской части, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, северо-востоке.

Антропогенными источниками радиоактивных загрязнений среды являются радиоактивные аэрозоли, вносимые в атмосферу ядерными взрывами или предприятиями атомной промышленности, а также радиоактивные отходы, сбрасываемые в гидросферу или литосферу. Прежде всего к ним относятся радиоактивные отходы предприятий по добыче и обогащению урановой или ториевой руды, переработке ядерного горючего, получению металлов из ртутных концентратов, изготовлению тепловыделяющих элементов, регенерации ядерного горючего, а также при многих вспомогательных, ремонтных и дезактивационных работах.

Радиоактивное загрязнение биосферы при переработке ядерного горючего связано с наличием большого числа обстоятельств, возникающих вследствие отклонения от заданного технологического режима и сопровождающихся аварийными выбросами в окружающую среду радионуклидов. Помимо этого, при работе с делящимся материалом возможно накопление его критических масс, что чревато ядерным взрывом. Одним из самых радиационно грязных мест на планете считается озеро Карачай под Челябинском. В него соседний с озером комбинат «Маяк» сбросил радиоактивных веществ в 100 раз больше, чем их попало в окружающую среду при аварии на Чернобыльской АЭС. В конце 90-х годов зона радиационного влияния озера начала распространяться в сторону речки Мишляк, которая через реки Теча, Тобол и Обь связана с Северным Ледовитым океаном. Для бытовых и медицинских целей во всем мире широко используют потребительские товары, содержащие естественные радионуклиды. К ним относятся часы со светящимся циферблатом, содержащие радий, специальные оптические приборы, аппаратура, применяемая в аэропортах и при таможенном досмотре, аппаратура медицинской рентгеноскопии и др.[1]. В коммунальных условиях внешнее облучение может практически полностью определяться радиоактивностью строительных материалов. К таким материалам относятся некоторые разновидности гранитов, пемзы, а также бетона, при производстве которого использовались глинозем, фосфогипс и кальций-силикатный шлак, обладающие довольно высокой удельной радиоактивностью.

Вывод:

При изучении данной темы было рассмотрено физическое загрязнение окружающей среды – тепловое, шумовое, электромагнитное и радиоактивное.

Вопросы для самопроверки:

1. Что понимают под физическим загрязнением окружающей среды?

2.Что такое тепловое загрязнение? Каковы последствия теплового загрязнения?

3.Назовите источники электромагнитное загрязнения. Что называют электромагнитными аномалиями?

4.Что называют «шумовым загрязнением»? Как оно влмяет на здоровье людей?

5.Каковы техногенные источники радиоактивного загрязнения?

Список литературы:

1. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николай кин, Н. Е. Николай кина, О. П. Мелехова. — 3-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2004. — 624 с

2.Передельский, Л. В. Экология: учебник / Л.В. Передельский, В.И. Коробкин, О.Е. Приходченко. - М.: Проспект, 2008. - 512 с. - Библиогр.: с. 499.

3.Хотунцев, Ю. Л. Экология и экологическая безопасность: [учеб. пособие] / Ю.Л. Хотунцев. - 2-е изд., перераб. - М.: Академия, 2004. - 480 с. - На учебнике гриф: Доп.УМО. - Библиогр.: с. 472-475.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒