Закон толерантности, опасные и чрезвычайно опасные воздействия

Американский зоолог В. Шелфорд в начале XX в. сформулировал закон толерантности, который гласит: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору» (рис. 2.1).

Толерантность — способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума жизненного потенциала) и зоны допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности, а зоны с большими отклонениями фактора от оптимума называются зонами угнетения. Пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых существование организма невозможно (это — зона гибели).

Проиллюстрируем сказанное.

Пример 2.1. В естественных условиях на поверхности Земли температура атмосферного воздуха изменяется от -88 до +60 °С, в то время как температура внутренних органов человека за счет терморегуляции его орга;

Рис. 2.1. Зависимость жизненного потенциала от интенсивности.

фактора воздействия:

1 — зона оптимума (комфорта); 2 — зона допустимой жизнедеятельности; 3 — зона угнетения; 4 — зона гибели; 5 — зона жизни низма сохраняется комфортной, близкой к 37 X. При выполнении тяжелых работ и высокой температуре окружающего воздуха температура тела может повышаться на 1—2 °С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, — +43 X, минимальная — +25 °С.

Температура воздуха в рабочих и жилых помещениях, на улицах и в природных условиях существенно влияет на состояние организма человека, изменяя ci o жизненный потенциал. При низких температурах нам холодно, при высоких — жарко. При температуре воздуха более 30 X работоспособность человека значительно надает.

Установлено, что на жизненный потенциал человека влияет зависимость комфортных температур окружающей среды от категории тяжести выполняемых им работ (легкая, средняя, тяжелая), периода года и некоторых других параметров микроклимата. Так, для человека, выполняющего легкую работу, комфортная температура (зона 1 на рис. 2.1) летом составляет 23—25 X, зимой — 22—24 °С; для человека, занимающегося тяжелым физическим трудом, летом — 18—20 °С, зимой — 16—18 X.

Па рис. 2.2 показана зависимость жизненного потенциала человека от изменения температуры окружающего его воздуха при длительном выполнении легких работ.

Отклонения температуры среды от комфортных значений на + 2—5 X (зона II на рис. 2.2) считаются допустимыми, поскольку не оказывают влия2.2. Закон толерантности, опасные и чрезвычайно опасные воздействия 51.

Рис. 2.2. Зависимость жизненного потенциала человека от температуры окружающего воздуха при длительном выполнении легких работ:

I — зона комфорта, ?_окр= 21²³ °С; II — зона допустимых температур, t_0Kр > 17 °C и ?_окр < 26 °C; III — опасная зона, ?_окр = 26-^40 °С,.

?_окр < 17 °C; IV— зона чрезвычайной опасности, ?_окр> 40 °C и t_OKp < 0 °C ние на здоровье человека, а лишь уменьшают производительность его деятельности.

Дальнейшие отклонения температуры окружающего воздуха от допустимых значений (зона III на рис. 2.2) сопровождаются тяжелыми воздействиями на организм человека и ухудшением его здоровья (нарушение дыхания, сердечной деятельности и др.).

При еще больших отклонениях температур окружающего воздуха от допустимых значений (зона IV на рис. 2.2) возможен перегрев (гипертермия) или переохлаждение (гипотермия) организма человека, а также получение им тепловых или холодовых травм.

Необходимо отметить, что классическая кривая Шслфорда имеет отношение только к природным факторам воздействия (например, температура окружающей среды). Факторы, полностью чуждые организму, могут иметь зону комфортности вблизи нуля интенсивности и только один максимальный предел воздействия. Это хорошо иллюстрирует процесс влияния акустических колебаний на организм человека.

Пример 2.2. Интенсивность / акустических колебаний в атмосферном воздухе (интенсивность звука) зависит от мощности Р, Вт, источника звука, расстояния R от источника до объекта воздействия (человека) и свойств среды (воздуха), в которой эти колебания распространяются. В этом случае / = (Р- Ф)/ (nR² • К) [Вт/м²], где Ф — фактор направленности излучения звука; К — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях; в воздухе К = 1 при расстояниях до 50 м и отсутствии препятствий.

Уровень звука обычно выражают в дБ и определяют по формуле L = 10 lg (///о), где /₀ = 10~¹² Вт/м², который называют порогом слышимости.

Реальные уровни звука в местах возможного пребывания человека могут изменяться в весьма широких пределах от 0 до 160 дБ и сопровождаются широкой гаммой ответных реакций организма человека (рис. 2.3).

При уровнях звука до 20 дБ человек чувствует себя комфортно (точка 1 на рис. 2.3), не реагируя негативно на наличие звуков в окружающей его среде; уровни звука до 50 дБ (точка 2 на рис. 2.3) не влияют на здоровье человека, занимающегося интеллектуальной деятельностью, а у людей,.

Рис. 23. Зависимость жизненного потенциала человека от воздействия на него акустических колебаний:

I — зона комфорта; II — зона допустимых воздействий; III — опасная зона; IV — зона чрезвычайной опасности связанных с физическим трудом, верхняя граница может быть расширена до 80 дБ (точка 7 на рис. 2.3). Эти значения уровня звука (точки 2 и 7) соответствуют предельно допустимым условиям воздействия звука на человека в процессе его деятельности.

Дальнейший рост уровня звука свыше 80 дБ при длительных его экспозициях (до нескольких лет) может приводить к тугоухости, а при уровнях звука 140 дБ (точка 3 на рис. 2.3) и выше возможно травмирование человека из-за разрыва барабанных перепонок или контузии. При уровнях 160 дБ (точка 4 на рис. 2.3) может наступить смерть человека.

Из рассмотренного следует, что изменяя потоки в среде обитания, можно получить ряд характерных видов воздействия потоков на человека:

• — комфортное (оптимальное), когда потоки соответствуют оптимальным условиям воздействия: создают оптимальные условия деятельности и отдыха; предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и как следствие максимальной продуктивности деятельности; гарантируют сохранение здоровья человека и целостности компонент среды обитания;
• — допустимое, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здоровье, но приводят к дискомфорту, снижая эффективность деятельности человека. Соблюдение условий допустимого воздействия гарантирует невозможность возникновения и развития необратимых негативных процессов у человека и в среде обитания;

опасное, когда потоки превышают допустимые уровни и оказывают негативное воздействие на здоровье человека, вызывая при длительном воздействии заболевания, и (или) приводят к деградации среды обитания;

— чрезвычайно опасное, когда потоки высоких уровней за короткий период времени могут нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать разрушения в среде обитания. Гибель организма происходит при значениях фактора воздействия, лежащих вне зоны толерантности, ее можно рассматривать как процесс распада организма на простые системы.

Па основании изложенного выше можно сформулировать аксиому о воздействии среды обитания на человека

в виде: «Воздействие среды обитания на человека может быть позитивным или негативным, характер воздействия определяют параметры потоков веществ, энергий и информаций».

Отметим, что применительно к любому живому телу аксиому о воздействии среды обитания па него следует формулировать в виде: «Воздействие среды обитания на живое тело может быть позитивным или негативным, характер воздействия определяют параметры потоков и способность живого тела воспринимать эти потоки».

Из четырех характерных видов воздействия среды обитания на человека первые два (комфортное и допустимое) соответствуют позитивным условиям повседневной жизнедеятельности, а два других (опасное и чрезвычайно опасное) являются недопустимыми для процессов жизнедеятельности человека, сохранения и развития среды обитания.

Для современного состояния совокупности систем «человек — техносфера» характерны два вида негативных ситуаций, связанных с воздействием опасностей на человека:

I ситуация — длительное воздействие постоянных или переменных опасностей ограниченной интенсивности в локальных, региональных и глобальных зонах. Сюда относятся ситуации, связанные с длительным действием опасностей на производстве, в быту и в городе, а также действия глобальных опасностей (потепление климата, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, повышение радиоактивного фона атмосферы);

II ситуация — кратковременные импульсные воздействия опасностей высокой интенсивности в локальных и региональных зонах. Сюда относятся ситуации, связанные с техногенными авариями, катастрофами и стихийными бедствиями.

При анализе процесса воздействия опасностей следует учитывать следующее:

• — аксиому об одновременном воздействии опасностей;
• — наличие совокупного воздействия опасностей на объект защиты.

Аксиома об одновременном воздействии опасностей

утверждает:

«Потоки вещества, энергии и информации, генерируемые их источниками, не обладают избирательностью по отношению к объектам защиты и одновременно воздействуют на человека, природную среду и техносферу, находящихся в зоне их влияния».

Из этой аксиомы следует, например, что вибрация любого здания одновременно воздействует на людей, строительные материалы и конструкции, коммуникации и устройства, находящиеся в нем. Результат воздействий вибрации одной интенсивности на все находящиеся в здании объекты может быть различным (опасным или неопасным) и полностью определяется способностью объекта защиты (человек, коммуникация и т. п.) к восприятию возникшей в этом здании вибрации.

При оценке воздействия опасностей на объект защиты необходимо также учитывать, что любой объект воспринимает одновременно все потоки вещества, энергии и информации, поступающие в зону его пребывания в соответствии с аксиомой о совокупном воздействии опасностей. «На любой объект защиты одновременно воздействуют все потоки, поступающие извне в зону его пребывания».