Фізичні забруднення біосфери

Біосфера зазнає різноманітних фізичних забруднень: теплових, шумових, світлових, вібраційних, інфразвукових, електромагнітних та йонізуючих.

Шумове забруднення. Під шумом розуміють усі неприємні та небажані звуки або їх сукупність, які заважають нормально працювати, сприймати потрібні звукові сигнали, відпочивати і призводять до різних порушень екосистеми. Шуми негативно впливають на здоров'я людей, знижують їх працездатність, призводять до захворювань серцево-судинної (гіпертонія), нервової та ендокринної систем та органів слуху. Вони можуть також істотно впливати на життєдіяльність біоценозів різних екосистем.

Рівень звукового тиску шумів вимірюють белами (Б) і децибелами (дБ). Це умовні одиниці характеристики сили звуку, які показують, наскільки звук (шум) у логарифмічних відносних величинах вищий за поріг слухового сприйняття людини. Звичайна розмова ведеться в межах інтенсивності звуку 30-60 дБ, що відповідає частоті 250-10000 Гц (герц). Допустимі межі сили звуку становлять 45-85 дБ, больовий поріг – 140 дБ. У разі постійного шуму силою 70 дБ виникає розлад ендокринної та нервової систем, 90 дБ- порушується слух, 120 дБ- з'являється нестерпний фізичний біль. В середині приміщень різного призначення рекомендують діапазони шумів: для сну, відпочинку – 30-45 дБ; для виробничих приміщень – 56-70 дБ.

Гранично допустимі норми шуму залежать від частоти звуку. Низькочастотні шуми за рівня до 100 дБ не завдають особливої шкоди слуху. Проте високочастотні є небезпечними при рівнях понад 75-80 дБ. Джерелами шумів є транспорт, промислові об'єкти, гучномовні пристрої, ліфти, телевізори, музичні інструменти тощо. Потужними джерелами шумів, які негативно впливають на здоров'я людей, є потужна електроакустична апаратура та рок-ансамблі. В концертних залах, де вони виступають, інтенсивність звуку досягає 120 дБ. Для порівняння наведемо кілька прикладів інтенсивності шумів: цокання годинника – близько 30, шелест листя і тихий шепіт на відстані 1 м – 10-15 дБ, рух вагона метро і вантажної машини – 90-95, поїзда – 95-100, робота телевізора – 80-95, літака в повітрі – 105 дБ. Європейська економічна комісія ООН визначила максимально допустимі рівні шуму: для легкових автомобілів – 80 дБ, автобусів і вантажних машин – 81-88 дБ. З метою запобігання шкідливому впливу шумів на здоров'я людей створюють шумовловлювальні екрани, поглинальні фільтри та різні пристрої. Радикально дії шумів можна запобігти шляхом використання безшумних механізмів.

Теплове забруднення є наслідком теплових викидів переважної більшості промислових підприємств, устаткування і машин, що використовують процеси горіння, нагрівання, вибуху, теплові агрегати тощо. Теплові агрегати мають невисокий тепловий ККД і викидають в атмосферу значну кількість теплоти. На теплових електростанціях щороку втрачається 42 ∙ 10¹² кДж. Значна кількість електроенергії, яку споживають різні прилади, у вигляді теплових втрат розсіюється в навколишній простір. Багато теплоти надходить у довкілля від опалювальних систем, теплотрас, транспортних засобів, систем охолодження та інших джерел. Нині, поки що вся розсіювана теплота значно менша, ніж та, що надходить з природних джерел, і не чинить істотного впливу на тепловий баланс планети. Проте вона може мати суттєвий вплив на окремі екосистеми у разі значних промислових викидів теплоти. Верхня межа витривалості організмів стосовно температурного фактора не перевищує 40-45 °С. Оптимум становить 15-30 °С. Окремі види бактерій і водоростей можуть жити і розмножуватися за температури 80-88 °С. Підвищення температури води у ставках-охолодниках потужних теплових електростанцій до 36 °С істотно зменшує біопродуктивність і може завдати значної шкоди існуючим біоценозам.

Вібрації – це тремтіння або струс усього тіла людини чи окремих його частин під час виконання різних робіт (роботи в шахтах з відбійним молотком, розпилювання матеріалів, бетоноукладання, пневмоподрібнення тощо). Тривалі вібрації призводять до сильної втоми і значних порушень багатьох функцій організму: струсу мозку, деформації м'язів, розриву тканин, порушення діяльності нервової, серцево-судинної систем, кровообігу, чутливості шкіри тощо. Розрізняють локальну та загальну вібрації. Допустимі норми вібраційних навантажень становлять 2- 2000 Гц, для коливальних рухів – від 0, 45-1, 12 до 4 см/с. Рівень коливань шуму при зазначених параметрах змінюється від 99 до 120 дБ. Для зменшення негативного впливу вібрації використовують віброізоляцію, прокладки, килимки, вібродемпфірування, пружинні основи й опори та інші пристрої.

Деякі види техніки створюють електромагнітні поля, які в окремих районах у сотні разів перевищують середній природний фон. Головними джерелами електромагнітного випромінювання є радіотелевізійні та радіолокаційні станції, засоби радіозв'язку, високовольтні лінії електропередачі (ЛЕП), електростанції й трансформаторні підстанції, а також лінії електротранспорту. Рівень електромагнітних випромінювань у цих місцях змінюється в межах від 50-100 до 300 Гц і значно перевищує допустимі гігієнічні норми. Значення електромагнітного поля поблизу потужних ЛЕП (понад 1000 кВ) перевищує норму в 20 разів. Мірою забруднення електромагнітними полями є напруженість поля, одиницею якої є вольт на метр (В/м). Ці поля негативно впливають на нервову систему. Поле напруженістю 1000 В/м спричинює головний біль і сильну втому, більших значень – неврози, безсоння, імпотенцію та інші тяжкі захворювання.

Особливо небезпечним забрудником природного середовища є йонізуюче випромінювання, зокрема радіація. Радіонукліди, потрапляючи з їжею, водою або повітрям в організм, руйнують його клітини і тканини, органи і гени. Одиницею еквівалентної дози випромінювання є зіверт. Зіверт д орівнює дозі будь-якого виду йонізуючого випромінювання, що чинить таку саму біологічну дію, як і доза рентгенівського чи гамма-випромінювання в 1 Гр (грей). Грей – одиниця поглинутої дози випромінювання; 1 Гр дорівнює поглинутій дозі випромінювання, за якої опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія йонізуючого випромінювання 1 Дж.

Розрізняють природну та штучну радіацію. Природними є випромінювання Сонця, космічне випромінювання, а також випромінювання внаслідок радіоактивного розпаду мінералів у надрах Землі. Інтенсивність цього випромінювання залежить від висоти над рівнем моря та географічного положення.

Джерелами штучної радіації є медичні рентгенівські установки, ядерна медицина, атомні електростанції, відеотермінали, деякі будівельні матеріали, випробування ядерної зброї. Постійний викид радіоактивних частинок відбувається з димами ТЕС, які спалюють вугілля, під час видобутку радіоактивної сировини, її обробки й транспортування, захоронення радіоактивних відходів, проведення досліджень в інститутах атомно-енергетичного профілю. В стратосфері радіоактивні речовини можуть знаходитись протягом 3-4 років, у тропосфері – кілька місяців, випадаючи на поверхню Землі з атмосферними опадами.

Біологічний ефект радіації зумовлений взаємодією енергії з речовиною, наслідком чого є канцерогенез, або розвиток раку. В процесі радіоактивного розпаду утворюються також вільні радикали, які руйнують живі клітини й тканини організму людини. Зміна структури може бути настільки значною, що її відновлення стає неможливим. Зміна генетичного коду клітини організму, яку називають мутацією, може привести до розвитку раку.

Дуже небезпечною для організму є наявність вільних радикалів, які мають високу хімічну активність. Утворення вільних радикалів відбувається під дією йонізуючого випромінювання. Цей процес особливо прискорюється під дією хімічних забрудників. В організмі вільні радикали можуть руйнувати клітини і порушувати їх генетичний код. Таким чином, біологічні ефекти радіації скорочують тривалість життя, спричинюючи захворювання на рак, лейкемію, призводять до серцево-судинних захворювань, а також до зменшення опірності організму різним інфекціям. Особливо чутливі до дії радіації діти та люди зі слабким здоров'ям.