Защита населения и территорий в условиях электромагнитного загрязнения окружающей среды техногенными источниками

Мы живем в электромагнитном мире, насыщенным различными благами цивилизации и научно-технического прогресса. А вот эволюционно сложившихся механиз

мов нейтрализации электромагнитных полей, имеющих характеристики, отличных от природных, у человека нет.

Являясь открытой системой, живой организм информационно взаимодействует с внешними по отношению к биологической системе электромагнитными полями и излучением. За последние пятьдесят лет искусственные электромагнитные излучения фактически заменили неуловимые (тонкие) энергии естественного мира. 24 часа в сутки мы купаемся в полях-невидимках, излучаемых линиями электропередачи, телевизорами, компьютерами и разнообразнейшими электронными устройствами, без которых мы не представляем своего существования. Кроме того, нас бомбардируют микроволны, радио- и телевизионные передатчики, а также сигналы сотовой телефонной связи. Сегодня электромагнитное облучение в 100 миллионов раз превышает то, что испытывали наши деды.

Человек и окружающая среда находятся под постоянным воздействием электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых как естественными, так и техногенными источниками электромагнитного излучения (ЭМИ). И если электромагнитные поля естественных источников, таких как космос, галактика, Солнце и др., являются постоянными природными характеристиками среды обитания человека, то электромагнитные поля, создаваемые техногенными источниками, используемыми в экономических и в военных целях, оказывают, как правило, либо прямое, либо побочное негативное воздействие на человека, а также могут при определенных условиях нарушать нормальное функционирование некоторых объектов и систем инфраструктуры, использующих в своих технологиях электромагнитные поля.

Проблема взаимодействия человека с ЭМП техногенного характера существенно осложнилась в последние десятилетия в связи с интенсивным развитием радиосвязи, радионавигации, телевизионных систем, расширением сферы применения электромагнитной энергии для осуществления определенных технологических операций, массовым распространением бытовых электро- и электронных приборов, широким внедрением компьютерной техники.

Если еще 20 - 25 лет назад проблема защиты от ЭМП относилась, в основном, к персоналу в производственных условиях, то в настоящее время большинство населения в индустриально развитых странах фактически постоянно живет под воздействием электромагнитных полей, обладающих весьма сложной пространственной, временной и частотной структурой.

Тенденция наращивания плотности электромагнитной энергии в окружающей среде привела к тому, что Всемирной Организацией Здравоохранения официально введен термин «электромагнитное загрязнение окружающей среды», что отражает новые экологические условия, сложившиеся на Земле в плане воздействия ЭМИ на человека и все элементы биосферы.

По принятой классификации электромагнитное загрязнение в данных условиях по критериям нарушения условий жизнедеятельности населения и возможным отдаленным негативным последствиям можно считать плавно протекающей ЧС техногенного характера.

Общие сведения об электромагнитном загрязнении окружающей среды

Под электромагнитным загрязнением окружающей среды понимается состояние электромагнитной обстановки, характеризуемое наличием в атмосфере электромагнитных полей повышенной интенсивности, создаваемых техногенными и природными источниками излучения неионизирующей части электромагнитного спектра.

Под электромагнитным излучением понимается процесс образования электромагнитного поля.

Электромагнитное поле представляет собой особую формулу материи, состоящую из взаимосвязанных электрического и магнитного полей.

Электрическое поле, являясь частной формой ЭМП, представляет собой систему незамкнутых силовых линий, создаваемых зараженными электрическими телами различных знаков или переменным магнитным полем.

Магнитное поле, являясь частной формой ЭМП, представляет собой систему замкнутых силовых линий, создаваемых при движении электрических зарядов по проводнику. Постоянное магнитное поле создается проводником с постоянным током, равномерно движущимися электрическими зарядами.

Физические причины существования переменного электромагнитного поля связаны с тем, что изменения во времени электрического поля порождают магнитное поле, а изменения магнитного поля - вихревое электрическое поле.

Критерии электромагнитного поля и его источников включают: критерии источников ЭМП, критерии интенсивности ЭМП и дозовые критерии, позволяющие определить характер возможного воздействия ЭМП на человека

Критериями источника ЭМП являются: частота электромагнитных колебаний; длина волны; вид генерации - постоянная и периодическая (импульсно-модулирован- ная).

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (табл. 20). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Таблица 20

Диапазоны электромагнитного излучения

Жёсткие

лучи

Особенностью ЭМП является его деление на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны. В «ближней зоне» на расстоянии от источника меньше длины волны электромагнитная волна еще не сформирована, поэтому в этой зоне измерение интенсивности электрического и магнитного полей производится раздельно.

В «дальней зоне» волна сформирована, поэтому на основании соотношения между напряженностью электрического поля E и магнитного поля H (Е = 377Н) измеряется в данной зоне только напряженность электрического поля.

Дозовые критерии ЭМП определяют характер его воздействия на человека.

Источники электромагнитного поля

Классификация источников ЭМП. Источники электромагнитного поля делятся на природные и техногенные

А) Природные источники электромагнитного поля

Природные источники ЭМП делятся на две группы: поле Земли, состоящее из постоянного электрического поля и основного (постоянного) магнитного поля; радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактика и т. Д.). />Электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на ее поверхности. Его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков-сотен кВ/м.

Магнитное (геомагнитное) поле Земли состоит из основного (постоянного) поля (около 99%) и переменного (около 1%). Существование постоянного магнитного поля Земли объясняется процессами, происходящими в жидком металлическом ядре Земли. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов планеты. В средних широтах напряженность магнитного поля примерно 40 А/м. Основное геомагнитное поле испытывает лишь медленные вековые изменения.

Переменное геомагнитное поле, порождаемое токами в магнитосфере и ионосфере, более неустойчиво и может колебаться в диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Наиболее сильные изменения в переменном геомагнитном поле происходят при возникновении «магнитных бурь». Магнитные бури образуются при вспышках на Солнце, когда так называемый солнечный ветер, представляющий собой плазму с очень сильным магнитным полем, достигает магнитосферы Земли.

Вторая группа природных ЭМП характеризуется наличием широкого диапазона частот. В силу относительно низкого уровня излучения от космических источников и случайного, нерегулярного характера воздействия на атмосферу Земли, их суммарный эффект воздействия на биообъекты незначителен

Человеческое тело также излучает электромагнитные поля с частотой выше 300 ГГц.

Б) Техногенные источники электромагнитного доля.

Техногенные источники ЭМП по их предназначению можно разделить на источники технологического характера, используемые в различных сферах экономики и побочно создающие негативный фактор воздействия ЭМП на население, и источники

военного характера, специально генерирующие ЭМП как для вывода из строя электронных объектов инфраструктуры, так и для нанесения поражения населению.

Технологические источники ЭМП подразделяются на группы по критерию частоты излучения: 1 группа - источники, генерирующие излучения в диапазоне от 0 Гц до 3 кГц; Il группа - источники, генерирующие излучения в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц.

К первой группе технологических источников относятся: системы производства, передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередач); офисная и домашняя электро- и электронная техника, электросети жилых и административных зданий; транспорт на электроприводе и его инфраструктура.

Ко второй группе технологических источников относятся: функциональные передающие источники ЭМП, используемые в целях передачи и получения информации (теле- и радиопередающие центры, системы сотовой и спутниковой связи, релейные станции), навигационные системы, РЛС различных видов и назначений; технологическое оборудование предприятий, использующих СВЧ-излучение; СВЧ-печи; медицинские терапевтические и диагностические установки; видеодисплейные терминалы (ВДТ) ЭВМ.

К источникам ЭМИ военного характера относятся различные виды «электромагнитного оружия»: радиочастотное, микроволновое и лазерное оружие.

Краткая характеристика некоторых техногенных источников электромагнитного поля

Технологические источники ЭМП I группы Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП). Источниками излучения электромагнитной энергии являются провода ЛЭП (промышленная частота 50 Гц). Напряженность ЭМП, создаваемого ЛЭП, зависит от величины напряжения ЛЭП (в России от 330 до 1150 кВ), нагрузки, высоты подвески проводов, расстояния между ними. Напряженность ЭМП непосредственно под проводами и в определенной зоне вдоль трассы ЛЭП может значительно превышать ПДУ электромагнитной безопасности населения, особенно по магнитной составляющей ЭМП ЛЭП. Бытовал и офисная электро- и электронная техника, электросети жилых и административных зданий. К таким источникам относятся утюги, холодильники, электрические стиральные машины, дрели, пылесосы, миксеры, ксероксы, факсы, а также системы электропроводки помещений.

Такие источники в зависимости от конструкции, технологии изготовления и характера эксплуатации могут создавать ЭМП, по своим критериям превышающие ПДУ электромагнитной безопасности населения

Негативное влияние электрических сетей в жилых и административных зданиях обусловлено тем, что человек постоянно находится в помещении вблизи электропроводки, в том числе и проложенной не экранирование. Кроме этого, наличие железосодержащих конструкций и коммуникаций в большинстве жилых зданий создает эффект «экранированной комнаты», что усиливает электромагнитный эффект при расположении в них большого количества различных источников излучения, в том числе и сетей электропроводки. Электротранспорт является мощным источником электромагнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Например, среднее значение магнитной составляющей ЭМП электропоездов может достигать до 200 мкТл (ПДУ = 0,2 мкТл).

Технологические источники ЭМП 11 группы. Функциональные источники ЭМП для получения и передачи информации

Фундаментальные передатчики. На территории России размещается значительное количество передающих теле- и радиоцентров НЧ, СЧ и ВЧ-диапазонов различной принадлежности, ЭМП которых в определенных зонах могут оказывать неблагоприятное воздействие на население. Наиболее высокий уровень облучения людей наблюдается в районах размещения радиопередающих центров старой постройки с высотой антенны не более 180 м. Телевизионные передающие центры могут создавать достаточно сильные ЭМП на расстоянии от десяти метров до нескольких километров от места своего расположения.

Системы сотовой связи. В работе этих систем применяется принцип деления определенной территории на зоны (так называемые «соты») радиусом 0,5 - 2 км, в центре которых располагаются базовые станции (БС), обслуживающие мобильные (на автомобилях) и ручные радиотелефоны. Антенны БС могут создавать опасные уровни напряженности в радиусе 50 м. Уровни ЭМП автомобильных антенн также могут быть повышенными.

Мобильные радиотелефоны, как элемент системы сотовой связи, представляют определенную опасность для пользователей, так как создают при работе сильные ЭМП и тепловой поток, воздействующие на голову человека. Этот вид излучения превышает ПДУ, установленный в РФ.

Системы спутниковой связи состоят из приемопередающих станций на Земле и спутников, находящихся на орбите. Антенны систем спутниковой связи могут создавать ЭМП, по своим показателям значительно превышающие ПДУ электромагнитной безопасности на большом удалении.

Вводимая в настоящее время в эксплуатацию система глобальной спутниковой персональной связи ведет к дальнейшему увеличению числа наземных систем этого вида источников ЭМП.

Радиолокационные станции (РЛС). РЛС оснащены, как правило, антеннами зеркального типа, имеющими узконаправленную диаграмму излучения в виде луча. Работа РЛС носит пространственно-временной характер, создавая ЭМП высокой напряженности, превышающей на определенном расстоянии от РЛС ПДУ электромагнитной безопасности населения. РЛС, используемые для управления воздушным движением в аэропортах, имеющие остронаправленные антенны кругового обзора, работают круглосуточно и создают ЭМП значительной интенсивности, что неблагоприятно сказывается на населении, проживающем в районах, прилегающих к аэропортам. СВЧ-печи. Излучение данным источником электромагнитной энергии в окружающее пространство обусловливается, главным образом, технологическими неисправностями и нарушениями в эксплуатации (неплотно закрыты дверцы и т. п.), что может привести к значительному превышению ПДУ электромагнитной безопасности пользователя . Видеодисплейные терминалы и персональные ЭВМ. ВДТ на основе электронно-лучевых трубок являются источниками ЭМИ весьма широкого диапазона частот. Порождаемое ВДТ рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, низкочастотное, средних частот и высокочастотное излучение создает ЭМИ достаточно высокой интенсивности, оказывающее негативные последствия для пользователя.

Основными источниками ЭМП ВДТ являются: экран монитора, питающие провода и системный блок (50 Гц) системами строчной и кадровой развертки. Наиболее сильные уровни излучения наблюдаются от верхней и боковых стенок монитора, причем

зона превышения генерирующих стандартов (ПДУ) может достигать 2,5 м. В первую очередь ЭМП, распространяющееся от монитора, влияет на голову, грудь и руки, находящиеся на оптимальном (60 - 70 см) расстоянии перед экраном пользователя. Видеодисплейные терминалы создают вокруг себя ЭМП как низкой, так и высокой частоты, что способствует появлению электростатического поля и ведет к деионизации воздуха вокруг монитора, негативно сказывающееся на здоровье человека. Ситуация усугубляется тем, что ЭВМ широко используются не только как средство труда, но и для учебы и досуга, в том числе детьми и подростками.

В целом все источники ЭМИ как природного, так и техногенного характера комплексно создают электромагнитный фон региона (района, города и т. д.).

Интенсивность электромагнитного фона зависит от следующих причин: состояния ионосферы; характера излучения Солнца и галактики; количества, характера и местонахождения техногенных источников ЭМП в городе, районе и т. д.; графика работы радио-и телецентров; характера работы объектов энергоснабжения; близости к электроэнергетическим источникам.

Электромагнитный фон в городских условиях имеет, как правило, временной максимум примерно от 10 до 22 часов, причем в суточном динамическом распределении наибольший динамический диапазон изменения электромагнитного фона приходится на зимнее время, а наименьший - на лето.

Интенсивность электромагнитного фона на частоте 50 Гц (промышленная частота), например, в центре С.-Петербурга составляет =1,5 мкТл (ПДУ = 0,2 мкТл), на расстоянии 80 км от центра - = 0,5 мкТл.

Источники ЭМП военного характера

В войнах будущего наряду с ядерным оружием и другими средствами массового поражения, применение которых в силу ряда международных договоров маловероятно, широкое применение будут иметь различные виды оружия на новых физических принципах (НФП), в том числе, радиочастотное, микроволновое и лазерное, основой которых является создание ЭМИ различной интенсивности, диапазона частот и характера в целях поражения элементов объектов так называемых «критических инфраструктур». Данный вид оружия может использоваться также для поражения населения без разрушения при этом объектов инфраструктуры.

Характер воздействия электромагнитного поля на население и элементы окружающей среды

Воздействие ЭМП на человека. Организм человека реагирует как на изменения естественного геомагнитного поля, так и на воздействие электромагнитных излучения от многочисленных и разнообразных техногенных источников. Реакция организма может варьироваться как по мере увеличения, так и снижения воздействия электромагнитных излучений, в ряде случаев приводя к выраженным изменениям в состоянии здоровья и генетическим последствиям.

Эффект взаимодействия электромагнитного поля с биологической средой зависит от поглощенной за определенное время энергии поля, т. е. от дозы облучения. В его основе лежит преобразование энергии поля в тепло, которое осуществляется по двум классическим механизмам, определяемым диэлектрическими характеристиками биологического материала: индуцирование токов и вращение (перемещение) молекул. Это приводит к возникновению различных негативных явлений в организме.

На характер воздействия ЭМП на население оказывают влияние: частоты и интенсивность излучения; вид электромагнитного спектра поля; зоны воздействия (соответствующие размеры расчетной зоны и длины волны); вид воздействия - изолированное (от одного источника), сочетанное (от двух и более источников одного

частотного диапазона), смешанное (от двух и более источников различных частотных диапазонов) и комбинированное; отношение облучаемого лица к источнику - профессиональное (связано с производством), непрофессиональное (население); облучаемая часть тела - общее или локальное облучение; время облучения - постоянное, прерывистое.

Комплексное воздействие сказывается в основном на жизненно важных (критических) системах организма. Это, прежде всего, нервная, иммунная, эндокринная и репродуктивная системы, изменения функций которых предполагают неблагоприятные последствия для организма.

Воздействие ЭМП на нервную систему приводит к нарушению функций нервной системы, изменениям высшей нервной деятельности человека. У людей, как правило, нарушается память, появляется склонность к развитию стрессорных реакций.

Под влиянием ЭМП на иммунную систему может происходить изменение белкового обмена, наблюдаться определенное изменение состава крови. Возможно образование в организме антител, направленных против собственных тканей. Это нарушает нормальное функционирование организма как единого целого.

При действии ЭМП на эндокринную систему, как правило, происходит стимуляция гипофизарноадреналиновой системы, что сопровождается увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови, потерей организмом приобретенной устойчивости к некоторым физическим факторам (высоким температурам воздуха, гипоксии и т. д.).

ЭМП отрицательно влияет на репродуктивную функцию человека, особенно на развитие эмбриона. Чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма. ЭМП низкой интенсивности, оказывающие негативное воздействие на организм беременных женщин, могут быть причиной преждевременных родов, а также патологии у детей. Это, в первую очередь, касается женщин, работающих с ВДТ с нарушением норм электромагнитной безопасности.

Специфическое воздействие на различные системы и органы человека могут дополнительно оказывать ЭМП таких источников, как системы сотовой связи, ВДТ ЭВМ, геомагнитные возмущения в природной среде, электростатические поля различных приборов, радиочастотное оружие.

В связи с широким внедрением во все сферы жизни сотовой связи серьезно стоит проблема воздействия на человека ЭМП, создаваемых мобильными радиотелефонами по критериям электромагнитного, а также теплового воздействия. Воздействию ЭМИ при длительном пользовании сотовым телефоном могут подвергаться такие системы и органы человека, как центральная нервная система (головной мозг вместе с гематоэнцефалическим барьером), зрительный анализатор (особенно хрусталики глаз), внутреннее и среднее ухо, щитовидная железа, кожа лица и ушной раковины.

При работе с ВДТ ЭВМ возможны различные заболевания кожи лица, а также заболевания зрительных органов - так называемой «компьютерный зрительный синдром». При длительной систематической работе с ВДТ возможно появление близорукости, катаракты, влияние на развитие клеток организма.

Резкое повышение интенсивности ЭМИ при геомагнитных возмущениях природного характера («магнитные бури») влияет, как правило, на субъективное самочувствие, сердечно-сосудистую, пищеварительную систему человека и ряд других органов, особенно у пожилых, больных и так называемых «метеочувствительных» людей.

Воздействие на население ЭМП, создаваемого радиочастотным оружием, может выражаться в разрушении живых клеток, нарушении биологических и физиологических процессов в организме.

Опасность воздействия ЭМП на организм человека может увеличиваться в случаях использования сложных режимов генерации ЭМП; воздействия ЭМП на больной организм; облучения организма в условиях развития эмбриона; сочетания воздействия ЭМП и других неблагоприятных факторов внешней среды на человека.

При сравнении опасности облучения населения ионизирующими и неионизирующими источниками излучения можно полагать, что воздействие ЭМП на организм человека в определенной степени является более опасным, чем воздействие ионизирующего излучения, по причинам: недостаточной изученности механизма биологического воздействия ЭМП; постоянного воздействия ЭМП на большую часть населения, особенно в городах; непрерывного роста уровня электромагнитного загрязнения в крупных населенных пунктах; недостаточной разработки мер по защите населения от ЭМП; отсутствия у населения достаточной информации об этом опасном явлении и бытовых приборов для систематического контроля электромагнитной обстановки в жилых и офисных помещениях.

Воздействие ЭМП на элементы окружающей среды. При рассмотрении воздействия ЭМП на объекты окружающей среды речь может идти в основном о воздействии природных источников и источников военного характера.

ЭМИ природных источников при солнечных вспышках с выбросом «солнечного ветра» и магнитные бури в ионосфере в наибольшей степени воздействуют на объекты телекоммуникационной инфраструктуры. В частности, возможны перебои в спутниковой связи, в различных видах радиосвязи, в работе сотовых телефонов. Магнитные поля, образующиеся при этом в атмосфере, создают на поверхности Земли токи, усиливаемые протяженными высоковольтными линиями электропроводов, которые могут выводить из строя трансформаторные подстанции и тем самым нарушать электроснабжение определенных районов (регионов).

ЭМИ источников военного характера, таких как микроволновое оружие, могут выводить из строя объекты «критических инфраструктур»: правительственную связь, телекоммуникации, системы энергоснабжения, водоснабжения, транспортные системы, системы управления вооруженными силами и т. д. Большинство объектов этих систем хранят и передают информацию с использованием электромагнитных полей. При воздействии электромагнитного потока высокой интенсивности на технологические элементы этих объектов может произойти уничтожение такой информации на данном объекте, либо нарушение системы связи между объектами. И в том, и в другом случае отдельные объекты и определенные «критические инфраструктуры» в целом не смогут нормально функционировать.

Из всех источников электромагнитного поля наибольшее постоянное негативное воздействие на население оказывают техногенные источники.