Наряду с химическими загрязнителями на окружающую среду и человека воздействуют физические поля. Как и химические загрязнители, физические поля подразделяются на естественные и антропогенные. Естественные физические поля так же, как и химические загрязнители – воздействия, в условиях которых протекала эволюция живого вещества: флоры, фауны, человека. Интенсивность этих полей изменялась вместе с изменением Вселенной, Солнечной системы, самой планеты Земля. Живое вещество на Земле, тем не менее, смогло адаптироваться к изменениям концентраций химических загрязнений и интенсивности физических полей и выжить.
Сегодня, в соответствии с современными естественнонаучными представлениями, природа и человек вступают в период новых испытаний: предстоит адаптироваться к химическим и полевым изменениям в биосфере Земли, вызванным деятельностью человека. Здесь главное опасение: очень высок темп этих изменений, и адаптационные механизмы природы и человека могут «не успеть» адаптироваться к антропогенному давлению на биосферу.
В настоящее время практически учитываемыми физическими полевыми воздействиями на окружающую среду и человека являются электромаг-нитные и виброакустические воздействия. В науке и практической деятельности по защите от них биосферы и человека они получили название энергетических загрязнений.
Спектр частот колебаний электромагнитных воздействий очень широк, и на разных участках спектра электромагнитные воздействия проявляются по-разному.
Электромагнитные поля (ЭМП) от самых низких частот до 6·1012 Гц называют ра ди о ч а с т от ным и. Воздействия таких полей чаще всего идентифицируют как собственно электромагнитные воздействия. Их источники – высоковольтные линии электропередачи и сети электроснабжения промышленной частоты (50 Гц), радиостанции, телецентры и телеретрансляторы, радиолокационные станции, установки токов высокой частоты, индукционной сушки, телеэкраны, дисплеи, антенны, магниты, радиотелефоны и многое другое. Интенсивности радиочастотных антропогенных ЭМП (напряженности электрического и магнитного полей, плотность потока энергии) на порядки величины превышают естественный фон – атмосферное электричество, радиоизлучения Солнца и галактик, квазистатические электрические и магнитные поля Земли.
Организм человека и других живых существ функционирует на основе действия очень слабых биоэлектрических токов и потенциалов (микроамперы, милливольты) и биомагнитных полей (нано- и пикотесла), и естественные ЭМП, таким образом, являются синхронизаторами биоритмов организма. Антропогенные ЭМП приводят к десинхронизации функциональных процессов в организме, что выражается в нарушении функционального состояния центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем человека.
Электромагнитные поля (излучения) с последующим интервалом частот – до 3,9·1014 Гц – относятся к инфракрасным ЭМП, или тепловым излучениям. Типичными источниками теплового излучения являются нагретые поверхности, расплавленные вещества, пламя. Антропогенные тепловые излучения являются тепловыми загрязнениями окружающей среды, прежде всего, водоемов. Источники теплового загрязнения, большей частью – тепловые и атомные электрические станции (ТЭС, АЭС), а также промышленные предприятия, на которых для охлаждения оборудования используются водяные системы охлаждения. Огромные массы подогретой воды с ТЭС, АЭС и предприятий сбрасываются в гидросферу, что приводит к угнетению, деградации, разрушению водных экосистем. Подобные тепловые загрязнители влияют не только на водную, но и на воздушную среду в районе расположения загрязнителей. Здесь из-за повышенной влажности и температуры фактически устанавливается весьма неблагоприятный локальный климат.
Значительное негативное воздействие тепловое излучение оказывает на условия труда в рабочей зоне предприятий с источниками интенсивного тепловыделения, например, на сталелитейных заводах, на предприятиях хлебопечения.
Интегральным источником теплового загрязнения является вся совокупность энергоустановок на Земле, а также собственно атмосферный воздух, нагревающийся вследствие рассматриваемого ниже парникового эффекта.
Наконец, ЭМП с еще более высокими частотами, более 3·1015 Гц, относятся к ионизирующим излучениям (ИИ). Источники ИИ – руды радиоактивных элементов (урана, тория), ядерное топливо, АЭС, особенно в случае работы в нештатных режимах, отходы АЭС, предприятий атомной промышленности, источники ионизирующего излучения, применяемые в процедурах медицинской диагностики и лечения, в дефектоскопии. Если антропогенные радиочастотные ЭМП-излучения приводят к десинхронизации функциональных процессов в организме, вызывающей нарушение работы его различных систем, тепловое излучение сопровождается термическим эффектом с пороговым характером действия (тепловой удар), то ИИ ионизируют молекулы воды, содержащейся в организме, с последующим окислением молекул белка образовавшимися при этом радикалами H· и OH·, расщепляют непосредственно молекулы белка, что вызывает функциональные, биохимические изменения, которые могут привести к незлокачественному поражению кожи, острой лучевой болезни, онкологическому процессу, мутации генов. Типичное проявление мутации генов – врожденное уродство.
Изменение виброакустических параметров окружающей среды связано с возникновением либо малых механических колебаний (вибраций) в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, либо упругих колебаний (звуковых, или акустических полей) в твёрдой, жидкой или газообразной среде вследствие воздействия на среду какой-либо возмущающей силы. Так, крыльчатка вентилятора передаёт энергию молекулам воздуха, которые, в свою очередь, передают энергию соседним молекулам и т.д. – в воздушной среде возникают колебания: в каждой точке окружающего воздушного пространства на постоянное атмосферное давление накладывается периодическая (апериодическая) составляющая давления, которую слуховой аппарат человека воспринимает как звук. Если последний нежелателен для человека, то это – шум.
Деятельность человека в биосфере сопряжена с невольным и всё возрастающим производством ненужных для людей, фауны, флоры звуков – шумов, а также вибраций.
Шу м в окружающей среде – в жилых и общественных зданиях, на прилегающих к ним территориях, в городской среде в целом вызывается одиночными или комплексными источниками, находящимися снаружи или внутри здания: средства транспорта, оборудование предприятий, вентиляторы, компрессорные установки, станции для испытания двигателей и генераторов, аэрогазодинамические установки, средства аудиотехники, санитарно-техническое оборудование жилых зданий, электрические трансформаторы. Нарастание шума происходит и вне городской среды: шум наземного, водного, воздушного транспорта, сельхозмашин, ЛЭП, ветровых электростанций, мобильных средств аудиотехники. Очевиден шумовой прессинг на всё живое: растительный и животный мир, на человека.
В городе интенсивность шума каждые 25…30 лет возрастает примерно в 10 раз, т.е. на 10 децибел (дБ). Человек реагирует на шум в зависимости от субъективных особенностей организма, привычного шумового фона. Раздражающее действие шума зависит от его уровня, спектральных и временных характеристик. Считается, что даже шумы с уровнем ниже 60 дБ вызывают нервное раздражение, и существует прямая связь между уровнем шума в городах и увеличением числа нервных заболеваний. Специфическим характером воздействия на организм человека отличаются инфразвуковые волны. Они могут иметь естественное (обдувание сильным ветром крупных неоднородностей ландшафта, строительных сооружений, водных поверхностей) или искусственное происхождение (механизмы с большой поверхностью с числом рабочих циклов не более 20 в секунду, реактивные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, вентиляторы, компрессоры и другие установки, создающие большие турбулентные массы потоков газов, транспорт).
Источники вибраций: оборудование ударного действия (молоты, машины для забивания свай под фундаменты зданий), рельсовый транспорт, мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инженерное оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления, канализации. Вибрации, часто сопровождаемые звуковыми колебаниями, распространяются по грунту и достигают фундаментов жилых и общественных зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать неравномерность осадки грунта и фундамента, особенно при высокой насыщенности грунта влагой, и разрушение размещённых на них зданий и сооружений.
Во всех случаях вибрации вызывают раздражающее действие и помехи для работы в производственных, общественных и жилых зданиях. Протяжённость зоны воздействия вибрации в окружающей среде определяется интенсивностью (амплитудой) вибрации источника (фундамента машины), а также величиной затухания вибрации в грунте и может достигать 150…200 м.