Воздействия окружающей среды на человека

Классификация воздействий.

Прикладную экологию прежде всего интересует изучение влияния условий, процессов и факторов в окружающей среде не на природные (это исследуют различные биологические, географические и геологические науки), а на антропогенные образования и явления, а также на самого человека. Исключение здесь составляют лишь те требующие постоянного внимания эколога воздействия окружающей среды на «саму себя», которые приводят к уменьшению потребляемых человеком природных ресурсов.

Главный критерий разделения воздействий окружающей среды — их результат. Положительные воздействия окружающей среды на человека включают то, что ему предоставляет природа, — все виды естественных ресурсов, используемые в самых разных сферах его жизнедеятельности. Во вторую категорию воздействий — отрицательных (негативных) входят все природные условия, процессы и факторы, которые создают опасность для здоровья человека или определяют риск в отношении сохранности рукотворных сооружений, или наносят связанный с тем и другим и с естественным сокращением ресурсов экономический ущерб (пожары лесов и торфяников, дефляция или эрозия почв, эпифитотии и эпизоотии и т. п.).

Наиболее целесообразна классификация воздействий окружающей среды по ответственным за названные положительные и отрицательные воздействия конкретным субъектам — геосферам или геокомпонентам (табл. 10, 11).

Следует отметить, что воздействия окружающей среды могут быть направлены непосредственно на человека (его здоровье, рождаемость, трудоспособность и др.) или на антропогенные образования, влияя на него опосредованно через эффективность тех или иных сфер его деятельности. Воздействия, относящиеся к первой группе, изучает медицинская география или медицинская экология (именно эти исследования часто именуются «экологией человека»), подразделяя их на отрицательные (патогенные) и положительные. При этом воздействия среды на человека могут быть, во-первых, «чисто природными» по своей причине, связанные с естественными изменениями метеорологических, гидрологических и других параметров среды, а, во-вторых, отражать опосредованное влияние человека на самого себя через антропогенное изменение экологических свойств окружающей его среды. В первом случае примером исследования воздействия среды на человека может служить медицинская оценка индексов патогенности основных метеорологических факторов (В. Г. Бокша, 1989). Максимум комфортности для здоровья человека (или минимум патогенности) достигается при следующих значениях метеорологических и геофизических параметров: температура воздуха 18 °C, относительная влажность 50%, скорость ветра 0 м/с, облачность 0 баллов, изменчивость давления 0 гПа/сут, изменчивость температуры 0 °С/сут, импульсивное электромагнитное поле не более 10 Вт/м за сутки, изменчивость солнечной активности (0 — 5) • 10~²² Вт/М^-2 Гц^_1/сут при частоте 3100 МГц. Наиболее патогенными оказываются условия при температуре воздуха выше 30 °C, относительной влажности 100%, скорости ветра более 15 м/с, изменчивости давления выше 22 гПа/сут, изменчивости температуры более 12 °С/сут и т. д.

Окружающая среда и ее составляющие

Таблица 11

Воздействия окружающей среды на человека

Для определения степени дискомфортности климата используются различные биоклиматические показатели, в частности, такие, как индекс жесткости погоды по Бодману (5), индекс влажного ветрового охлаждения по Хиллу, удельный термодинамический потенциал воздуха (0 и др. Хорошо зарекомендовавший себя на практике индекс Бодмана (S) рассчитывают по формуле:

где Т — температура воздуха, °С; v — скорость ветра, м/с.

Индекс влажного ветрового охлаждения по Хиллу (H_lv, Дж/(см² • с)) и удельный термодинамический потенциал воздуха (7, кДж/кг) определяют как:

где с_р, c_pw— удельные теплоемкости воздуха и водяного пара при постоянном давлении, кал/(г • °С); Т* — абсолютная температура воздуха, °К; е — упругость водяного пара, мбар; L — теплота парообразования при О °С, кал/г; H_d— сухое охлаждение, Дж/(см² • с). Использование вышеуказанных биоклиматических индексов, а также показателей теплоизоляционных свойств одежды (ед. КЛО) (Ю. В. Вадковская и др., 1960) позволяет определить азональные критерии дискомфортности природно-климатических условий жизни человека (табл. 12).

При выявлении же зональных критериев дискомфортности природно-климатических условий жизни человека используют широко распространенные климатические показатели (табл. 13). Определение зональных и азональных критериев позволило районировать территорию РФ по природно-климатическим условиям жизни, которые на большей ее части могут быть охарактеризованы как дискомфортные в той или иной степени (рис. 8).

Если воздействие среды на человека отражает опосредованное влияние человека на самого себя через антропогенное изменение окружающей его среды, подобным примером может стать определение характера и степени влияния антропогенно обусловленных деструктивных факторов среды на здоровье. Исследования киевского НИИ общей и коммунальной гигиены (М. Г. Шандала, Я. И. Звиняковский, 1981) показали, что наиболее существенное негативное влияние на здоровье человека оказывают (в порядке убывания степени негативного влияния): суммарное загрязнение атмосферного воздуха, присутствие пестицидов в основных продуктах питания (особенно ДЦТ, гексахлорциклогексан и хлорофос), уровень шума и т. д. По имеющимся оценкам, за последние 100 лет число неблагоприятных влияний на организм человека возросло примерно в 1 млн раз. Только количество людей, подвергшихся радиоактивному облучению в дозах, во много раз превышавших фоновые в бывшем СССР, к 1989 г. (с учетом уральской 1957 г. и чернобыльской 1986 г. аварий) достигло 520 тыс. (2-е место после Японии).

Азональные критерии дискомфортное™ природно-климатических условий жизни человека (по А. Н. Кренке и др., 2001)

Примечание. КЛО — условные единицы для оценки теплоизоляционных свойств одежды. Одна единица КЛО соответствует тепловому сопротивлению одежды, равному 0,155 °С • м² • Вт^-1.

Зональные критерии суровости жизни населения (по А. Н. Кренке и др., 2001)

Таблица 13

Рис. 8. Районирование территории России по природно-климатическим условиям жизни (по А. Н. Кренке и др., 2001):

I — абсолютно дискомфортная; 2 — экстремально дискомфортная;

• 3 — дискомфортная; 4 — относительно дискомфортная;
• 5 — условно комфортная зона

Возможна классификация всех негативных воздействий по их «сущности» (И. П. Лаптев, 1975), когда выделяются механическая (землетрясения, оползни, сели, гололед и др.), физическая (температурные колебания, молнии, замерзающая вода), химическая (выход газов на земную поверхность, обеднение кислородом водоемов), метеорологическая (дождь, снег, ветры, бури и др.) и комплексная (извержение вулканов, наводнения и др.) группы факторов, отрицательно влияющие не только на человека, но и на антропогенные (а также природные) образования.

Используемый при классификации воздействий окружающей среды подход по ответственным за воздействия геосферам или геокомпонентам аналогичен предложенному ранее критерию классификации противоположно направленных антропогенных воздействий (одинаковый принцип), что в значительной мере обеспечивает так необходимое экологии единство и целостность знания о взаимосвязанных сторонах в экологических отношениях человека с окружающей средой. Негативные литосферные воздействия отражены в табл. 14. Особенно интересно площадное проявление тех или иных негативных природных литосферных процессов и явлений на территории РФ. В первую очередь к ним относятся землетрясения. Вероятность природных катастроф, обусловленных геологическими процессами, показана на рис. 9; ареалы возможных катастроф прямо коррелируются с зонами повышенной эндогенной активности (рис. 10).

Экологически опасные литосферные процессы и явления (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Рис. 9. Вероятность природных катастроф, обусловленных геологическими процессами (по С. А. Ушакову и др" 2001):

• 1 — низкая (менее 1 раза в 50 лет); 2 — средняя (примерно 1 раз в 50 лет);
• 3 — высокая (более 1 раза в 50 лет). Классификация дана в соответствии с Инструкцией по составлению государственной геологической карты Российской

Федерации (1995).

Негативны для здоровья населения повышенные концентрации естественных радионуклидов (ЕРН) (табл. 15), а также отдельных элементов в приповерхностных слоях горных пород, что обусловливает формирование опасных геохимических аномалий (табл. 16).

Таблица 15

Основные радиоактивные элементы земной коры и их вклад в естественную радиацию (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Таблица 16

Классы опасности химических элементов в природных средах («Учет и оценка природных ресурсов», 1996)

Говоря о ЕРН, нельзя обойти вниманием проблему радоноопасности. Радон как благородный газ (радон—222 или собственно радон), образующийся при распаде радия—226, являющегося промежуточным продуктом распада урана—238, был одним из первых открытых человеком природных радионуклидов. Средний приток радона из почвы в атмосферу составляет 0,015 Бк/(м³ • с) (единицы физических величин в области ионизирующих областей радиоактивности приведены в табл. 17).

Рис. 10. Схема размещения зон эндогенной активности (сейсмоопасности, вулканизма) и повышенной радоноопасности.

• (по А. А. Смыслову и др., 2002):
  • 1 — границы криолитозоны; 2 — регионы с повышенной (а) и высокой (б) радоноопасностью; 3 — сейсмоопасные зоны: а — с эпизодическими редкими землетрясениями с магнитудой (по шкале Рихтера) до 4, б— в — с постоянными проявлениями

землетрясений до 7 (б) и более 7 (в) магнитуд; 4 — вулканы.

Единицы физических величин в области ионизирующих областей радиоактивности (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Примечания: 1) Применяемые в настоящей книге десятичные кратные и дольные единицы, а также их наименования и обозначения образуются с помощью следующих множителей и приставок: 10~⁶—микро (мк); 10^-3 — милли (м); 10⁶ — мега (М); 2) К — коэффициент качества излучения.

За счет эффекта колпака радон накапливается в жилых домах и производственных помещениях, особенно в полуподвальных помещениях и первых этажах (рис. 11). Приток радона из почвы и горных пород резко возрастает в зонах повышенной трещиноватости и пористости, поэтому не вызывают удивления данные о возрастании количества онкобольных, проживающих в непосредственной близости от разломов (в так называемых геопатогенных зонах) (табл. 18). Но несмотря на вышеприведенные цифры, не стоит преувеличивать вклад радона в общую дозу природного радиационного облучения (табл. 19). Средняя мощность эквивалентной дозы излучения радиоактивных ионизирующих лучей на земном шаре в целом составляет 350 мбэр/год, но сильно варьирует в зависимости от места проживания и образа жизни: от 188 для Великобритании до 1500 мбэр/год в индийском штате Керала (Л. П. Рихванов, 1997).

Рис. 77. Соотношение концентрации радона в воздухе атмосферы, подземного пространства и в помещениях (по А. А. Смыслову и др., 2002):

I — подземные горные выработки; II—IV — помещения: II — без вентиляции, III — с вентиляцией, IV — с вентиляцией и гидроизоляцией фундамента. Масштаб концентраций Rn логарифмический.

Количество онкозаболеваний (на 1000 человек) в зависимости от места проживания относительно разломов (по состоянию на 1990—1992 гг.)

(по А. А. Смыслову и др., 2002)

Основные источники облучения населения и обусловленные ими эффективные эквивалентные дозы (мбэр/год в среднем на одного человека) (по П. В. Рамзаеву, 2002)

С позиций прикладной экологии нас должно интересовать не только расположение геохимических аномалий, но и специфические биологические реакции организмов (табл. 20), что учитывается при биогеохимическом или эколого-геохимическом районировании территории РФ по природным геохимическим особенностям (рис. 12).

Таблица 20

Дефицитное, нормальное и избыточное содержание (10−4%) некоторых элементов в почвах («Экогеохимия Западной Сибири», 1996; В. В. Гавриленко, 1993; В. В. Ковальский, 1974)

Рис. 12. Схематическая карта биогеохимического районирования России (по В. В. Ковальскому и др., 1974):

• 1 — таежно-лесная нечерноземная зона (характерно обеднение кобальтом, медью, йодом, кальцием, фосфором); 2—4 — провинции:
• 2 — обедненные кобальтом и йодом, 3 — обогащенные стронцием, бедные кальцием, 4 — обогащенные бором и стронцием на мерзлотных почвах; 5 — лесостепная и степная черноземная зоны; 6 — сухостепная и полупустынно-пустынная зона (проявляется обогащение сульфатами, бором, цинком, стронцием, молибденом и обеднение йодом, медью, кобальтом); 7—8 — провинции:
• 7 — с дефицитом меди и избытком молибдена и сульфатов, 8 — богатые бором и иногда обедненные йодом; 9 — горные зоны (встречается обеднение кобальтом, медью, кальцием, йодом); 10—14 — провинции: 10 — богатые свинцом, 11 — обогащенные селеном, 12 — с нарушенным соотношением меди, молибдена и свинца, 13 — с избытком фтора, 14 — обогащенные медью

Опасные литодинамические процессы напрямую связаны с климатическими характеристиками и относятся к разряду экзогенных негативных природных процессов и явлений (табл. 21). Их площадное распространение по территории РФ показано на рис. 13—18.

Экологически негативные экзогенные процессы и явления (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Таблица 21

Рис. 13. Районы, подверженные оползневым процессам (по Н. А. Алексееву, 1988).

Степень подверженности: 1 — сильная; 2 — средняя; 3 — слабая.

Рис. 14. Селеопасные районы (по Н. А. Алексееву, 1988).

Степень селеопасности: 1 — значительная; 2 — средняя; 3 — слабая; 4 — потенциальная; 5 — селеподобные потоки аридной зоны и окраин ледяных щитов.

Рис. 15. Районы лавинообразования и потенциальной лавинной опасности (по Г. К. Тушинскому, 1988).

Рис. 16. Схема распространения карста на территории России (по А. А. Смыслову и др., 2002):

• 1 — карстующиеся породы (а — открытый карст, б — глубинный карст);
• 2—3 — литологические типы открытого карста: 2 — карбонатный,
• 3 — сульфатный; 4 — переслаивание карстующихся пород; 5 — переслаивание карстуютцихся и некарстующихся пород

Рис. 17. Схематическая карта распространения типов эрозии почв на территории России (по Н. Ф. Реймерсу и др., 1992):

1 — зона распространения водной эрозии (131,1 млн га); 2 — зона распространения ветровой эрозии (184,3 млн га); 3 — совместное распространение водной и ветровой эрозии (8,6 млн га).

Рис. 18. Схема распространения многолетнемерзлых пород (ММП) на территории России (по К. А. Кондратьевой, 1976):

• 1 — зона редкоостровного, островного и массивно-островного распространения ММП со среднегодовыми температурами от -3 до -1 °С и мощностью мерзлой толщи от 0 до 100 м; 2—5 — зоны сплошного распространения ММП:
• 2 — с температурой от -3 до -1 °С и мощностью от 50 до 300 м,
• 3 — с температурой от -5 до -3 °С и мощностью от 100 до 400 м,
• 4 — с температурой от -9 до -5 °С и мощностью от 200 до 600 м,
• 5 — с температурой ниже -9 °С и мощностью более 400 м;
• 6 — граница зон ММП; 7 — южная граница криолитозоны

Негативные гидросферные и атмосферные воздействия и их параметры отражены в табл. 22.

Таблица 22

Параметры проявления опасных климатических и гидрологических процессов и явлений на европейской территории России (по С. А. Ушакову и др., 2001)

Оценка каждого воздействия окружающей среды по его результату не должна быть излишне узкой для данного момента и данной цели; чтобы быть однозначной и не вызывать разночтений, она должна носить общий характер и учитывать все возможные последствия данного воздействия для различных сфер деятельности человека. Например, гололед может приводить не только к отрицательным последствиям — дорожно-транспортным происшествиям и травматизму, но быть и положительным — способствовать транспортировке грузов на волокушах. А оценка воздействий различных природных факторов, связанных с гидрологическими и прочими особенностями рек и речных долин на общие условия жизни людей и различные сферы хозяйственной деятельности, за редким исключением почти никогда не бывает однозначной: даже наводнения и повышенный твердый сток оказываются позитивными для определенных видов деятельности (Б. В. Воробьев, А. А. Косолапов, 1987).

Несмотря на достаточно условное разделение негативных природных воздействий по геосферам или геокомпонентам, они достаточно тесно взаимосвязаны, что отчетливо видно на схеме взаимодействия опасных стихийных явлений (рис. 19).

Рис. 19. Схема взаимодействия опасных стихийных явлений (по Г. Л. Коффу, 1997).

При этом необходимо различать воздействия среды, вызванные естественными причинами, от воздействий, имеющих своей первопричиной антропогенную деятельность, например: кратковременное половодье и низкий уровень летней межени в среднем течении реки могут быть вызваны вырубкой леса в водоохраной зоне верховьев реки. Подобные воздействия вторичны и представляют собой реакцию окружающей среды на предшествующее антропогенное воздействие. Причинно-следственная цепочка «антропогенное воздействие — ответная реакция объектов антропогенного воздействия и т. д.» может быть достаточно длинной. Так, например, благоприятные условия среды (рельеф местности и гидрологические особенности реки) обусловили создание в определенном месте плотины ГЭС и водохранилища, которое через некоторое время привело к антропогенно обусловленному землетрясению, в результате чего плотина была разрушена, а водохранилище спущено, что повлекло за собой разрушение берегов реки и подтопление территории вниз по течению и т. д. Значительная длина подобных цепочек негативных последствий даже позволила Л. И. Мухиной и Т. Г. Руновой говорить о первичных и вторичных изменениях в природе, вызванных цепными реакциями (табл. 23).

Таблица 23

Классификация воздействий, изменений, последствий (по Л. И. Мухиной и Т. Г. Руновой, 1980)

• [1] Вторичные изменения вызваны цепными реакциями и проявляются на уровнецелостных природных комплексов.