Влияние электромагнитных излучений на экосистемы

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины Главное управления образования и науки Донецкой облгосадминистрации Волновахское территориальное отделение МАН Украины ВЛИЯНИЕ електромагнИтнЫх ИЗЛУЧЕНИЙ НА ЭКОСИСТЕМЫ Работу выполнила:

Ворона Анна Андреевна, Научный руководитель:

Майлис Вячеслав Яковлевич Волноваха — 2011

Содержание

1. Биологические эффекты действия ЭМП антропогенного происхождения на живые организмы и экосистемы

2. Влияние источников низкочастотного ЭМП на компоненты экосистем

2.1 Влияние ЭМП воздушных линий электропередачи (ВЛ) на растения

2.2 Влияние ЭМП ВЛ на насекомых

2.3 Влияние ЭМП ВЛ на птиц и млекопитающих

2.4 Влияние ЭМП ВЛ на водные экосистемы

3. Влияние источников радиочастотного диапазона ЭМП на компоненты экосистем

3.1 Влияние РЧ ЭМП на экосистемы

3.2 Влияние источников искусственного освещения на компоненты экосистем

4. Оптическое излучение

5. Искусственные осветители Эксперимент Выводы Список использованных источников Приложения

Введение

Интенсивное использование электромагнитной и электрической энергии в современном информационном обществе привело к тому, что в последней трети XX века возник и сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды — электромагнитный. К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, некоторых видов транспорта, а также развитие ряда технологических процессов. В настоящее время мировой общественностью признано, что электромагнитное поле (ЭМП) искусственного происхождения является важным значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.

Анализ планов отраслей связи, передачи и обработки информации, транспорта и ряда современных технологий показывает, что в ближайшем будущем будет нарастать использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию в окружающую среду.

Термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды» официально введен в 1995 году Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ), включившей эту проблему в перечень приоритетных для человечества.

Все технически и культурно развитые страны реализуют свои национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального фактора загрязнения окружающей среды.

Характеристика антропогенных источников ЭМП.

Все существующие источники ЭМП можно разделить на следующие группы:

— системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0−3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, системы электроснабжения и т. д.

- транспорт на электроприводе (0−3 кГц): железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт — метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п.

— функциональные передатчики: радиовещательные станции НЧ (30 — 300 кГц), СЧ (0,3 — 3 МГц), ВЧ (3 — 30 МГц) и ОВЧ (30 — 300 МГц) диапазонов; телевизионные передатчики; базовые станции (БС) систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции (РЛС) и т. п.

- источники искусственного освещения: лампы трех основных видов: накаливания, люминесцентные, и светодиоды. Видимое излучение — электромагнитные волны с частотой (400−790 ТГц), воспринимаемые человеческим глазом.

Целью нашей работы будут исследования оптических излучений. Их влияние на живые организмы, в частности на человека.

1. Биологические эффекты действия ЭМП антропогенного происхождения на живые организмы и экосистемы

Известно, что некоторые живые организмы обладают большей чувствительностью к ЭМП по сравнению с человеком. В этом случае обоснованность принятия в качестве предельно допустимых уровней, установленных для человека является спорным. О высокой чувствительности многих животных к ЭМП свидетельствует наличие геомагнитного тропизма, т. е. использование геомагнитного поля Земли в качестве ориентира. Такая способность обнаружена у многих живых организмов: простейших (планарии, волвоксы, парамеции, улитки и др.), насекомых (майские жуки, мухи, термиты, пчелы, бабочки) ракообразных, амфибий и рептилий (тритоны, пещерные саламандры, крокодилы, черепахи), рыб (угри, лещи и др.), птиц.

Повышенной чувствительностью к ЭМП обладают мигрирующие на дальние расстояния животные — птицы, рыбы, насекомые и т. д.

Кроме того, многие животные используют ЭМП для осуществления дистантных взаимосвязей, обеспечивающих согласованное выполнение двигательных маневров в стаях рыб и птиц, в стадах млекопитающих; в скоплениях насекомых и одноклеточных организмов.

Проявления геомагнитного тропизма экспериментально обнаружены и у растений — семена, высаженные параллельно силовым линиям геомагнитного поля прорастают быстрее, чем при перпендикулярном или беспорядочном расположении, такая ориентация семян усиливает не только их рост, но и интенсивность различных физиологических процессов, что приводит к повышению урожайности.

Сильные отклонения ЭМП от естественного уровня в большую или меньшую стороны, выходят за границы оптимума жизнедеятельности живых организмов и являются стрессорным фактором.

2. Влияние источников низкочастотного ЭМП на компоненты экосистем

2.1 Влияние ЭМП воздушных линий электропередачи (ВЛ) на растения

Теоретически уровни электрического поля регистрируемые вблизи ВЛ достаточны для повреждения листьев растений. Проведенные наблюдения и эксперименты по влиянию ЭМП ВЛ на растения показали, что наблюдается уменьшение сухого веса надземной массы растений овса, подсолнечника растущих под ВЛ, по сравнению с контролем. Отмечено отрицательное действие ЭМП на величину потенциальной нитрогеназной активности почвенной ризосферной популяции, длину проростков растений. В некоторых исследованиях отмечается стимуляция роста и прорастания сухих семян креписа при воздействии ЭМП.

2.2 Влияние ЭМП ВЛ на насекомых

Наиболее распространенными реакциями насекомых (таких как стрекоз, бабочек, майских жуков, шмелей) на ЭМП ВЛ являются избегание подлета на близкое расстояние к низко расположенным проводам линии электропередачи, временная потеря ориентации и координации в пространстве вплоть до падения. При облучении ЭМП ВЛ сверхвысокого напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) гусениц китайского дубового шелкопряда было зарегистрировано замедление темпов роста и развития у гусениц младшего возраста, которое компенсировалось уже у гусениц третьего возраста. Увеличение в 2−6 раз численности особей некоторых насекомых (жука-кузьки, шпанской мушки, тли, имаго) под проводами ВЛ, что может быть объяснено уменьшением под ВЛ численности естественных врагов и более богатым запасом пищевых ресурсов. Очень чувствительными к действию ЭМП являются пчелы.

2.3 Влияние ЭМП ВЛ на птиц и млекопитающих

Влияние ВЛ на экосистемы многосторонне: во-первых, строительство ВЛ нарушает места обитания одних видов животных и создает благоприятные условия для других; во-вторых, это механическое воздействие — например, столкновение летящих птиц с опорами и проводами ВЛ; в-третьих, непосредственное токовое воздействие при контакте; в-четвертых, влияние ЭМП на различные этапы онтогенеза животных. В работе О. Г. Нехорошева (1996) изучалось влияние ВЛ -500 кВ на жизнедеятельность птиц. Средняя напряженность ПеЭП на уровне скворечников составляла 10−15кВ/м. В результате установлено, что смертность птиц на изучаемых участках ВЛ от столкновения с проводами составляет в среднем 1,5 особи на 1 км ВЛ в год. Отмечено, что совокупность условий под ВЛ 500 кВ влияет на пути метаболизма аминокислот в организме самок скворца, что затем отражается на потомстве — увеличивается продолжительность «бесперьевого» периода развития птенцов и повышается их смертность.

2.4 Влияние ЭМП ВЛ на водные экосистемы

Исследования воздействия ЭМП на гидрофауну и флору очень малочисленны. Проведенные модельные эксперименты В. Г. Дувинг, Ю. А. Малининой (2000) о влиянии ПеЭП 50 Гц напряжением до 500 кВ на гидробионтов Daphnia magna и Scenedesmus quadricauda показали их высокую чувствительность и возможность их использования в качестве тест-систем.

3. Влияние источников радиочастотного диапазона ЭМП на компоненты экосистем

Источниками радиочастотного диапазона (РЧ) (3 кГц-300 ГГц) ЭМП в окружающей среде являются различные радиопередающие и принимающие устройства радары, радиолокационные станции и т. д.

3.1 Влияние РЧ ЭМП на экосистемы

Таким образом, хроническое СВЧ-излучение при определенных параметрах оказывает как стимулирующее, так и угнетающее действие на структурные компоненты экосистем (животных, растений, насекомых, почвенные микроорганизмы). Последствиями таких воздействий для экосистем может быть: подавление или стимуляция роста растений, усиление или ингибирование размножения насекомых, в том числе вредителей, изменение активности почвенных микроорганизмов и поражаемости растений грибными заболеваниями, снижение репродуктивности животных.

3.2 Влияние источников искусственного освещения на компоненты экосистем

Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зеленой части спектра. В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг.

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчелы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.

Приведенные выше данные свидетельствуют о влиянии ЭМП широкого диапазона частот и разной интенсивности на состояние и функционирование компонентов экосистем. Воздействие ЭМП даже нетеплового уровня, отличающегося от параметров естественного фона, вызывают обратимые изменения регуляции физиологических процессов: у животных — изменение интенсивности обменных процессов, иммунной активности и т. п.; у растений — изменения процессов роста, газообмена, поглощения минеральных веществ и т. п. Под влиянием ЭМП изменяется и поведение животных — их двигательная активность, ориентация в пространстве, способность к выработке условных рефлексов.

Кроме того, имеются виды и сообщества живых организмов, отличающихся повышенной чувствительностью к действию ЭМП, которые при проведении мониторинга могут служить биоиндикаторами электромагнитного загрязнения среды.

Электромагнитное загрязнение может оказать непоправимый ущерб окружающей среде. Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах.

Можно выделить основные виды источников ЭМП в окружающей среде: источники низкочастотного (0−3 кГц) и радиочастотного (3кГц-300 ГГц) ЭМП, а также источники искусственного освещения (400−790 ТГц).

4. Оптическое излучение

Теперь обратим свое внимание на так называемом «оптическом излучении». Под этим термином мы понимаем волны видимого человеческому глазу диапазоне волн. Этот диапазон расположен в пределах 0,4−0,77 мкм. Также к оптическому излучению относят инфракрасное (ИК), которое находится в диапазоне 0,11−0,1 мкм и ультрафиолетовое, которое соответственно находится в пределах 0,4−0,5 мкм. Поэтому мы можем понять, что со стороны длинных волн между оптическим и СВЧ диапазона находится малоизученный диапазон субмиллиметровых волн, которые занимают участок диапазона 1,0−0,1 мм. Этот диапазон является весьма неудобным для практического использования. Со стороны коротких волн находится рентгеновское излучение. Источники излучения ИК диапазона можно увидеть везде в быту и в производстве. Это большое количество элементов и узлов радиоаппаратуры, полупроводниковые и квантовые приборы, трансформаторы, и многие другие.

5. Искусственные осветители

электромагнитный поле антропогенный экосистема организм

Сейчас на рынке известно много видов ламп. Но рассматриваются только три основных вида: лампы накаливания, люминесцентные лампы, и светодиоды.

Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (тела накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура проводника резко возрастает после включения тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. При температуре 5770 K (температура поверхности Солнца) свет соответствует спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Температура в 5770 К недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

Для оценки данного качества света используется так называемая цветовая температура. При достижимых практически температурах 2300—2900 °K излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Однако лампа — точечный источник, поэтому человеку свойственнее сопоставлять её свет со светом, к примеру, костра или свечи, чем с масштабным солнечным. Поэтому свет такой температуры не вызывает раздражения при длительном использовании.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Первые изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ламп общего назначения — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

Люминесцентная лампа — газоразрядный источник света, в котором видимый свет излучается в основном люминофором, который в свою очередь светится под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; сам разряд тоже излучает видимый свет, но в значительно меньшей степени. Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп может в 10 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.

Наиболее распространены газоразрядные ртутные лампы высокого и низкого давления. Лампы высокого давления применяют в основном в уличном освещении и в осветительных установках большой мощности, в то время как лампы низкого давления применяют для освещения жилых и производственных помещений.

При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает низкотемпературный дуговой разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению ультрафиолетового излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает ультрафиолетовое излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.

Светодиод или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят, в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

6. Эксперимент

Цель эксперимента выяснить влияние искусственного освещения на экосистемы, и в частности:

1) диапазон излучения ламп;

2) эксплуатационные характеристики ламп Эксперимент проводился с лампами.

Люминесцентная: LUXEL (4100 К; 220 В; 11 Вт — 55 Вт, нейтральный свет);

Накаливания (220 В; 75 Вт).

Эксперимент основан на явлении фотоэффекта.

І) ВЫЦВИТАНИЕ Соответствующий цвет излучения будет действовать на вещество данного цвета, т. е. красная бумага будет выцветать под действием красного излучения.

Бумагу всех цветов поместили в «контейнер» и освещали лампами накаливания и люминесцентной, а также естественным светом. Контрольные экземпляры находились в темном «контейнере».

Полученный результат: под люминесцентной лампой выцвела фиолетовая бумага, даже больше чем контрольная бумага под действием естественного света.

Вывод — спектр излучения люминесцентной лампой — фиолетовый.

ІІ) ИЗМЕРЕНИЕ физических величин при помощи приборов.

1) Освещенность — фотометр.

Таблица 1.

Показания естественного освещения через оконное стекло: U = 0,33. Т. е. эти показания практически идентичны показаниям лампы накаливания.

Вывод: спектр электромагнитных излучений лампы накаливания сходен со спектром солнечного света. Спектр излучения люминесцентной лампы соответствует фиолетовым излучениям.

2) Температура ламп — термометр.

Температура люминесцентной лампы:

Таблица 2.

Температура лампы накаливания свыше 120 °C.

Вывод: Температура люминесцентной лампы повышается до температуры ниже, чем для лампы накаливания.

3) Мощность — амперметр, вольтметр.

Таблица 3.

Вывод: мощность люминесцентной лампы понижается с повышением температуры до оптимальной мощности.

Мощность ламп действительная (полученная) меньше паспортной (заявленная).

Выводы

Критерии экологического нормирования освещения.

Нормирование качества освещения проводится с целью установления предельно допустимых значений факторов воздействия на окружающую среду, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранения генетического фонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

Рисунок 1 — Условная кривая изменений показателей жизнедеятельности организма от интенсивности освещения.

Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зеленой части спектра.

Основным критерием экологического нормирования освещения может служить положение, в соответствие с которым безопасным считается освещение такой интенсивности, при обязательном условии освещения в режиме «оптимальных условий» (см. рис. 1).

Исследуя источники искусственного освещения, мы констатируем факты, что излучения люминесцентных эконом ламп выходят за пределы оптимальной освещённости для человека. Её излучение приближено к фиолетовому (ультрафиолетовому). Диапазон излучения ламп находящем в неблагоприятной зоне для человека, т. е. в зоне стресса (см. рис.1).

Особое внимание необходимо обратить на меры безопасности эксплуатации люминесцентных эконом ламп (см. фото).

Меры предосторожности: при окончании срока эксплуатации лампы могут взрываться, разрушаются колбы, даже происходит пробой в месте соединения колбы с керамическим креплением. Они могут быть очень опасными для человека, так как может произойти взрыв, лампы плавятся, издавая едкий запах, у них большая температура патрона. Поэтому нужна не только отдельная утилизация, а и указания последствий в инструкциях.

Не допустима эксплуатация люминесцентных эконом ламп без закрытых плафонов, особенно в учебных заведениях.

Эти замечания необходимо указывать в инструкциях и на упаковках ламп.

Список использованных источников

1. Безпека життєдіяльності / За ред. Я. І. Бедрія. — Львів, 2000.

2. Гігієна праці / А. М. Шевченко, О. П. Яворовський, Г. О. Гончарук та ін. — К Інфотекс, 2000.

3. Корсак К. В. Основи екології. — 2-ге вид. — К МАУП, 2000.

Иетернет-ресурсы

1. http://gamma7.m-l-m.info/zashhita-ot-elektromagnitnogo-izlucheniya/vliyanie-elektromagnitnogo-izlucheniya-na-cheloveka/

2. http://www.geopatogen.ru/article10.html

3. http://revolution./life/1 737.html 4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%81%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0 5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F

6.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B4

Приложения