Общее рассмотрение физических факторов воздействия

Общее рассмотрение физических факторов воздействия

Физические факторы  воздействия разнообразны: температура, давление, звуки и шумы, вибрация, радиация, электромагнитное излучение. В этом разделе будет дано краткое  общее рассмотрение физических факторов воздействия, а затем — детально рассмотрено электромагнитное излучение.

Температура

Температура — один из основных факторов, характеризующих  физическую систему вне зависимости  от того, Какова эта система. Система может быть не только малой (молекула) или большой (планета), но она может быть живой или неживой.

Лучистая энергия  Солнца, достигая Земли, частично поглощается  почвой, растительностью, морями и океанами, а частично отражается в атмосферу, имеющую вполне определённый состав. Тепловой режим Земли регулируется в значительной степени атмосферой, которая перераспределяет тепло  солнечного излучения. Если бы Земля  не была окружена атмосферой, то в течение  суток амплитуда колебаний температуры  составила бы около 200° С с жарой днём до 100° С и холодом ночью до -100° С. Ещё большая разница была бы между зимними и летними температурами. В действительности средняя температура Земли благодаря наличию атмосферы около 15°С. Среднегодовые температуры в разных точках земного шара могут различаться, но не слишком сильно, а конкретные температуры различаются существенно.

Интенсивная производственная деятельность человека, связанная со сжиганием ископаемых видов топлива (уголь, нефть, газ), привела к тому, что ежегодно в атмосферу поступает  около 20 млрд. т. углекислого газа. В  главе 1 было показано, сколь сильно сейчас загрязнена почва в городах. То же самое происходит и с атмосферой, но уже в глобальном масштабе. Этот грандиозный итог слабых воздействий  на атмосферу каждого завода или  фабрики привёл к изменению состава  атмосферы: содержание углекислого  газа в атмосфере сейчас превышает  уровень 40-х годов на 15-29 %. Этого  оказалось вполне достаточно для  возникновения парникового эффекта, о чём учёные предупреждали двадцать лет назад.

Следствием парникового  эффекта стало потепление, что  грозит изменениями катастрофического  характера. Ситуация уже перешла  из сферы научных дискуссий в  сферу политических решений [1.51], о  чём свидетельствует, например, принятие в 1997 г. Киотского протокола.

Разные формы  жизни на Земле существуют, приспособившись  к тем или иным температурным  условиям.

Высшие формы  жизни реализовались на основе двух способов поддержания температуры. У одной группы представителей животного  мира, к которой относится человек, температура сохраняется на постоянном уровне, который значительно превышает температуру окружающей среды благодаря интенсивной выработке тепла. Эти организмы называются теплокровными. Для другой группы организмов, к которой относятся, например, рыбы и Земноводные, характерна значительно более низкая температура, которая лишь незначительно превышает температуру окружающей среды, и их температура изменяется вместе с температурой окружающей среды. Такие организмы называются холоднокровными. Поскольку теплокровные организмы могут поддерживать постоянную температуру тела и, следовательно, постоянный уровень активности, они имеют превосходство над холоднокровными организмами во многих отношениях. Вместе с тем, холоднокровные организмы оказываются в более выгодных условиях, если пищевые ресурсы подвержены сезонным изменениям. Например, в условиях охлаждения лягушки могут выдержать длительное отсутствие пищи без признаков патологии.

В физиологии человека и животных существует понятие термонейтральной зоны [1.52]. Это зона температурного комфорта в условиях природной терморегуляции. Если интактный (нетронутый) организм охлаждать, начиная от температуры комфорта, интенсивность протекающих в нём процессов энергетического обмена изменяется и как следствие этого изменяется выработка тепла, предотвращая понижение температуры тела. Это принципиально важно, ибо при выходе за нижнюю границу диапазона терморегуляции развивается гипотермия, которая приводит к холодовой смерти. При выходе за верхнюю границу терморегуляции развивается гипертермия, которая может повлечь за собой тепловую смерть. Термонейтральной зоной называется температурный диапазон, в пределах которого организм, поддерживая определённую температуру, может существовать как живой. Для человека этот диапазон достаточно узок (менее 10 градусов): от 34° до 42°С, о чём наглядно свидетельствует термометр медицинский, в обиходе называемый градусником.

При контакте кожи с окружающей средой в ней возникают  ощущения тепла и холода. Термочувствительными структурами являются нервные окончания. Ещё в 1846 г. Вебером было высказано  предположение, что основным раздражителем, вызывающим температурные ощущения, является «скорость изменения кожной температуры (производная по времени  от температуры кожи). Впоследствии разные исследователи подтверждали это предположение. Порог теплового  восприятия соответствует разогреванию кожи со скоростью 0,001 — 0,002 градуса  в секунду при температуре  кожи 32 — 37 ° С.

Давление

Величину давления определяет атмосфера. В XVII веке было установлено, что масса 1 м3 сухого воздуха на уровне моря при температуре 0°С равна 1293 г. Ладонь человека испытывает давление воздуха силой 1471 Н, а на всё тело человека воздух давит с силой около 1471 103 Н. Это давление не ощущается потому, что оно уравновешено внутренним давлением тела. Нормальное давление составляет 760 мм ртутного столба.

Если равновесие нарушается, ухудшается самочувствие: учащается пульс, появляются вялость, безразличие, притупляется острота  ощущений. Это хорошо знакомо альпинистам  при подъёме на высокую гору и  водолазам при погружении на большую  глубину [1.12].

Звук  и шум

О рождении ребёнка  извещает его крик, что весьма символично, потому что человек жил, живёт  и будет жить в мире звуков. Но сам мир звуков существенно изменился  в XX веке. Если раньше его создавали  шум леса, дождевая капель, крики  зверей и пение птиц, плеск волн, свист ветра и раскаты грома, то теперь его в основном формирует  техника, созданная руками человека: это шум автотранспорта, рельсового и воздушного транспорта, а также  различных производственных объектов, среди которых звуки природы  ;уже не слышны.

В основе возникновения  шума, как и звука, лежат Механические колебания упругих тел, которые  порождают сжатия и разряжения воздуха, прилегающего к ; колеблющемуся телу. Эти сжатия и разряжения распространяются в виде продольной волны. Ухо человека устроено так, что воспринимает в виде звука продольные колебания с частотой от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой от ниже 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц — ультразвуком.

Звуки, издаваемые гармонически колеблющимся телом, Называют музыкальным тоном. Музыкальные тона характеризуются  громкостью и высотой. Высота звука  определяется частотой, а громкость  связана с энергетической характеристикой  продольной волны. Диапазон громкости, воспринимаемый ухом человека от порога слышимости до порога болевых ощущений, очень широк и составляет 130 дБ. В шуме присутствуют колебания разных частот. Принято делить шумы на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). При малой частоте колебания звук воспринимается как низкий, а при большой — как высокий. Очень высокие звуки оказывают неблагоприятное действие не только на слух, но и на весь организм человека, поэтому высокочастотный шум более вреден, чем низкочастотный.

Шумовые характеристики автотранспортных потоков определяются в первую очередь  назначением улиц и лежат в  диапазоне от 81 дБ (дороги коммунально-складских  районов) до 87 дБ (скоростные дороги). Уровень  уличных шумов зависит от планировочных  решений при градостроительстве, покрытия проезжей части дороги и  наличия зелёных насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень  транспортного шума на 10 дБ. Транспортные потоки на улицах Москвы создают уровень  шума в диапазоне от 70 до 84 дБ, а  железнодорожные — от 60 до 75 дБ [1.11 ].

Из всех видов городского транспорта наиболее шумный — трамвай. Колёса трамвая при соприкосновении  с рельсами создают уровень шума на 10 дБ более высокий, чем шины автомобиля при движении по асфальту. Трамвай, судьба которого считалась предрешённой, начинает новый виток развития в  виде скоростного трамвая, который  может найти применение в средних  и в крупных городах. В Страсбурге и Тулузе скоростной трамвай становится основным средством передвижения.

Прохождение трасс движения воздушного транспорта над городами признано опасным  для жизни. В нашей стране эта  проблема особенно остро стоит в  Москве, Ростове-на-Дону, Минеральных  водах, Хабаровске и Комсомольске-на-Амуре. Авиационные шумы лежат в диапазоне 77 — 110 дБ. Одно из основных направлений  решения проблемы авиационного шума — это снижение его в источнике  образования. В Европе снимаются  с линий лайнеры с повышенным уровнем шума, что создало проблему для российских авиакомпаний, работающих на зарубежные страны. Другие направления  решения проблемы авиационного шума — это рациональная планировка аэропортов и разумное зонирование окрестностей.

Уровень шумов от промышленных предприятий  может достигать 100 дБ. В целом  по Москве 36 % населения находится  в условиях акустического дискомфорта. В условиях городского шума происходит постоянное напряжение слухового аппарата, что вызывает смещение порога слышимости на 10 — 25 дБ. Вред, причиняемый слуху  сильным шумом, зависит от спектра  звуковых колебаний. В первую очередь  человек теряет слышимость высоких  звуков, затем — низких. Шум в  городах сокращает продолжительность  жизни на 8 -12 лет по данным австрийских  исследователей.

Наиболее чувствительны к действию шума лица старшего возраста. Высокие  уровни шума влияют на состояние нервной  и сердечно-сосудистой системы, вызывая ишемическую болезнь сердца, гипертонию, увеличение содержания холестерина. Шум, превышающий 80 — 90-дБ, влияет на выделение большинства гормонов гипофиза. Уровни гигиенической регламентации шума приведены на рис. 2.1.

Инфразвук

Инфразвук в экологическом плане  — явление весьма серьёзное, поскольку  в природе он встречается редко, и адаптация к нему у человека отсутствует [1.53]. Природные источники  ультразвука — землетрясения, извержения вулканов, микросейсмические колебания  поверхности Земли.

Гигиенический аспект инфразвука возник в век грандиозных сооружений, мощных машин и установок. Это  газотурбинные установки, двигатели  ракет и современных самолётов, промышленные агрегаты вибрационного  действия с низкой частотой, выброс отработанных газов двигателями  внутреннего сгорания, всасывание воздуха  компрессорными и дизельными установками, сброс воды гидроэлектростанциями и теплоустановками, и т. д.

С гигиенической точки зрения инфразвук  изучен недостаточно, но физиологические  предпосылки для вредного воздействия  имеются в достаточном количестве, т. к. человеческое тело и его отдельные  органы имеют собственные частоты  именно инфранизкого диапазона. Для всего человеческого тела частотой резонанса являются 6 Гц, для грудной клетки 5 — 8 Гц, для брюшной полости 3-4 Гц, а для головы 20 — 30 Гц. При воздействии частотой 4 — 8 Гц человек ощущает перемещение внутренностей, а на частотах 20 — 30 Гц — сотрясение головы. Воздействие на человека колебаний с частотой 12 Гц может вызвать приступ морской болезни и головокружение.

Известный американский изобретатель Роберт Вуд по просьбе одного из театров создал у зрителей гнетущее состояние воздействием колебаний  с частотой 13 Гц. Эффект не заставил себя ждать: у зрителей появилось  такое чувство тревоги, что некоторые  бросились к выходу.

Напротив, умеренные акустические колебания, близкие по частоте к  пульсации сердца (около 1 Гц) и ритму  ходьбы способствуют лучшему засыпанию, улучшают работу памяти.

Исследования показывают, что инфразвук  в первую очередь нарушает функциональное состояние нервной системы, существенно  влияет на психику (спад интеллектуальной деятельности, ухудшение настроения, чувство тревоги, страха, испуга). Аналогичную  реакцию на инфразвук демонстрируют  различные млекопитающие. За несколько  часов до землетрясения кролики, собаки и свиньи стараются уйти из мест усиливающихся инфразвуковых  колебаний.

Сильные внешние ультразвуковые колебания  увеличивают нижний предел артериального  давления, изменяют ритм сердечных  сокращений и дыхания, ослабляют  функцию слуха и зрения, повышают утомляемость. Загадки Бермудского  треугольника медики сейчас пытаются объяснить воздействием ультразвука.

Вибрация

Вибрация за исключением землетрясений  является следствием интенсивной хозяйственной  деятельности, главным образом промышленных предприятий и энергетического  комплекса, развитой сети наземного  и подземного транспорта. В крупных  городах вибрация жилых зданий возросла в связи со строительством метрополитена  неглубокого заложения. Воздействие  вибрации на человека изучается главным  образом по жалобам населения [1.11, 1.17]. В Москве 54 % таких жалоб приходится на метрополитен, 17 % на автотранспорт, 13 % на железнодорожный транспорт. 10 % на трамвай и 6 % на промышленные предприятия’. Зона вибрационного дискомфорта  от трамвая и метрополитена мелкого  заложения не превышает 40 м, а от железнодорожного транспорта 50 м.

Радиоактивность и радиационное поражение.

Спонтанная (естественная) радиоактивность  была открыта в 1896 г. Антуаном Беккерелем. Это превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы  другого, сопровождающееся испусканием  элементарных частиц ( а, Р и др. ) и у-излучения. Нежелательное действие радиоактивности обнаружилось ещё раньше. В 1878 г. шахтёры в Саксонии добывали руду. которая содержала высокую концентрацию урана и тория. В воздухе накапливался постоянный спутник урана -радиоактивный инертный газ радон, поскольку помещение плохо вентилировалось. В итоге от рака лёгких скончалось 75% шахтёров.

Исследованием радиоактивных свойств  урана и тория, начиная с 1897 г., занимались Мария Склодовская-Кюри и её муж Пьер Кюри. В 1903 г. за исследование радиоактивности супруги Кюри удостоены  Нобелевской премии по физике вместе с первооткрывателем явления  А. Беккерелем. Всего за исследование радиоактивности было присуждено 10 Нобелевских премий по физике и по химии.

Рак кожи рук появился у Марии  Склодовской довольно быстро, поэтому  она не сразу откликнулась на предложение  посетить США, где ей был обещан сбор средств на покупку радия, необходимого для экспериментов. Однако 10 пар  длинных (до локтя) перчаток, которые  она никогда не снимала, находясь в обществе, решили мучившую её этическую  проблему, ив 1921 г. визит состоялся.