Электромагнитная безопасность

Введение

Жизнь современного человека значительно ускорила свои темпы, это вызвало необходимость изобретения средств, для облегчения и ускорения коммуникации, для сокращения затрат на бытовые заботы.
В результате научно технической революции ХХ, начала ХХІ века в жизнь человека пришли новейшие изобретения: персональные компьютеры, спутниковые антенны, мобильные телефоны, СВЧ печи и другие изобретения, улучшающие качество жизни человека, его мобильность.
Столь активное внедрение достижений научно-технического прогресса в жизнь человека увеличило и риски для его здоровья.
Эти устройства, безусловно, внесли свою лепту в экономию времени и интенсификацию коммуникации современного человека, но в тоже время, изменили среду обитания, насытив ее электромагнитными полями. Влияние электромагнитного поля на живые организмы в последнее время, находится в центре внимания многих исследователей, представителей разных научных направлений, экологов и физиков, медиков и биологов. Необходимость сохранения баланса между достижениями прогресса и сохранением здоровья человека, использующего эти достижения, составила противоречие и обусловила актуальность нашей работы. В нашей работе мы постараемся разобраться в экологических рисках, несущих с собой использование этих благ цивилизации для здоровья современного человека и найти возможности, для снижения этих рисков.
1.Электромагнитные поля, виды электромагнитного загрязнения
Состояние окружающей среды по многим показателям влияет на все биологические объекты и в первую очередь на человека. Одним из факторов негативного воздействия на человека является уровень электромагнитного излучения (ЭМИ), создаваемого различными источниками. К мощным источникам электромагнитных полей относятся линии электроснабжения, стационарные электростанции и т.д. Земля является также источником электромагнитных полей, создает фоновое электромагнитное излучение. Лабораторным путем можно оценить силовую характеристику магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли указывает на наличие электрических токов в ее недрах. Установлено, что ядро Земли обладает высокой электропроводностью. За счет высокой температуры и наличия градиента температур имеет место перемещение вещества.
Вращательное движение Земли вокруг оси также вовлекает во вращение внутреннюю часть вещества, уподобляя Землю круговому току. Таким образом, в земном ядре работает своеобразный динамомеханизм, благодаря которому Земля представляет собой огромный магнит.
Магнитное поле Земли согласно теории гидромагнитного динамо генерируется в результате конвекции электропроводящего вещества в жидкой внешней оболочке ядра. Постоянная составляющая магнитного поля близка к полю диполя. Дипольный магнитный момент Земли равен 8,3 · 1022 А·м2 . На магнитных полюсах значение напряженности магнитного поля Земли составляет 55,7 А/м, а на магнитном экваторе – 33,4 А/м. . Устройства, генерирующие, передающие и использующие электрическую энергию, создают в окружающей среде электромагнитные поля (ЭМП). ЭМП распространяются в окружающей среде со скоростью, приближающейся к скорости света, и характеризуется напряженностью электрической и магнитной составляющих поля. Индикаторами электромагнитного излучения являются:
1. Напряженность электрической составляющей (В/м). Эта характеристика служит для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц; 2. Плотность потока энергии (Вт/м2 ) – количество энергии, переносимой магнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Эта величина служит для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц.
Основными источниками техногенного электромагнитного шума (загрязнения) на низких частотах в крупных индустриальных городах считаются обычно силовые линии электропередач, железнодорожный и городской электротранспорт.
Предполагают, что основные источники электромагнитного шума лежат в области 50 Гц. Однако любое изменение токовой нагрузки потребителями электрического тока с частотой 50 Гц вызывает не менее интенсивное изменение электромагнитного поля во всем диапазоне частот, в том числе и на самых низких частотах. Это необходимо учитывать при оценке общей электромагнитной обстановки. Например, неоднократно упоминается о важности изучения электромагнитных искажений в области частот 0.05–20 Гц, поскольку практически в этой области частот находятся основные сигналы, управляющие главными функциями организма: дыхание (0.2–0.4 Гц), сердце (около 1 Гц), ритмы головного мозга (10–20 Гц) .

Рис.1 Классификация вредных и опасных излучений по Потапенко Л.В.
Рукотворное электромагнитное поле (его еще называют электромагнитным смогом) — плата за счастье вкушать плоды технической революции. Современного человека плотным кольцом окружают источники, генерирующие электромагнитное излучение. Можно ли от него защититься? Специалисты Института гигиены и медицинской экологии посчитали, что в России примерно 150 тысяч промышленных объектов, продуцирующих электормагнитный смог. В зоне их действия живет большая часть населения крупных городов.
Промышленные источники электромагнитного излучения радиолокационные установки: используются в судоходстве, авиации, метеопрогнозировании. Уровень их излучения высок, потому доступ на такие объекты строго ограничен.
Линии электропередач: интенсивность излучения зависит от мощности линии, высоты проводов и, погоды. Пребывание (а тем более проживание) вблизи высоковольтных ЛЭП нежелательно. Телевышки и системы безопасности (металлодетекторы): создают мощное электромагнитное поле; пребывание в радиусе их действия ограничено санитарными нормами. Электротранспорт: электропоезда, троллейбусы, трамваи столь же небезопасны в плане электромагнитного излучения, как и высоковольтные линии электропередач. Базовые станции мобильной связи: успокаивает то, что 90% излучения сконцентрированы в довольно узком конусе, причем направлен он всегда в сторону от сооружения, на котором установлена станция, выше окружающих домов. Оградить от промышленных источников электромагнитного излучения государство не может, впрочем, при помощи экологических и гигиенических стандартов оно пытается минимизировать их влияние на окружающую среду и лиц, в ней проживающих.
Однако, кроме промышленных, человек ежедневно имеет дело с электомагнитным полем бытового происхождения. Его генерирует домашняя техника, мелкая и крупная, сложная и не очень. И отказаться от «домашних помощников», будучи в здравом уме и крепкой памяти, ни одна девушка, даже если она не обременена детьми и супругом, не рискнет. Бытовые источники электромагнитного изучения - расположены в порядке уменьшения интенсивности излучения - пылесос, микроволновка, холодильник, фен, телевизор, тостер, стиральная машина, утюг. Ученые-гигиенисты условно считают вредной величину напряжения магнитного поля выше 0,2 микротесла. По данным Центра электромагнитной безопасности, у обычного бытового холодильника поле в 0,2 микротесла возникает в радиусе 10 см от компрессора и только во время его работы. Немного больше оказались поля мощных электрических чайников: 0,6 микротесла на расстоянии 20 см от них. Еще более мощными источниками электромагнитного "загрязнения" являются микроволновые печи и мобильные телефоны (МТ).
Поскольку МТ появились сравнительно недавно, их применение признано условно безопасным. Оценить влияние МТ на здоровье человека в перспективе сложно. Уже сейчас установлено, что у пользователей МТ участились и заострились приступы головной боли. Более того, британские врачи установили экзотический диагноз - аллергия на электромагнитные излучения бытовых электроприборов, среди них и МТ (при этом у человека появляются высыпания по всему телу, отеки лица и век). Продолжаются исследования разных аспектов влияния излучения мобильной связи на организм человека и на среду его пребывания.
Основной параметр безопасности для базовых станций - это уровень плотности электромагнитных излучений. Он не должен превышать 2,5 милливатта на кв. см. Однако рядовому читателю эти цифры мало, о чем говорят. Так же он не может ни контролировать, ни влиять на соблюдение этих норм.
Хотя владельцам МТ нужно придерживаться ряда предостерегающих правил. Например, стоит учитывать, что там, где есть мощные препятствия для мобильной связи, пользоваться им следует меньше всего. Чем с большим "напряжением" работает МТ, тем глубже он влияет на организм человека. Разговаривать, по возможности, нужно на улице, там у вашего телефона самый широкий диапазон действия (наименее широкий - в подвальных помещениях и в домах с грубыми стенами и металлической крышей)

. Впрочем, новые модели МТ автоматически регулируют уровень мощности в зависимости от условий окружающей среды. Дискуссии же о влиянии мобильных телефонов на здоровье человека длятся со времени их появления. Главная тема споров - о вредном влиянии МТ на головной мозг. С одной стороны, врачи доныне не могут предоставить достоверных научных данных о том, что пользователи систем мобильной связи поддают свое здоровье риску; с другой стороны - производителям телефонных аппаратов не удается полностью опровергнуть опасения пристальных абонентов мобильной связи. Все это напоминает историю с открытием в конце XIX века явления радиоактивности.
Дискуссии среди ученых о влиянии ЭМИ на организм человека длились до тех пор, пока наука не получила возможность непосредственно измерять параметры радиации. Теперь уверенно говорить об отдаленных последствиях влияния МТ на здоровье человека преждевременно: гипотез много, научных данных мало, доказанных случаев серьезных заболеваний человека, непосредственно связанных из МТ, также нет.

2. Влияние электромагнитных полей на живые организмы
Вопросами влияния естественных и искусственных электромагнитных полей (ЭМП) на живые организмы занимается магнитобиология. Исследования в этой области требуют согласованного взаимодействия специалистов разных отраслей – инженеров, физиков, биологов, медиков, сферы деятельности которых сильно отличаются объектами и методами исследования. Важной задачей биологов является разработка эффективного и достоверного метода определения влияния ЭМП на живые организмы.
Влияние ЭМП на организм зависит от многих факторов: типа ЭМП, его характеристик, а также от свойств среды, на которую оно воздействует. Используемое нами низкочастотное ЭМП в 5 Гц (промышленные частоты) – поле декамегаметрового диапазона волн длиной 107 –108 м. К источникам низких частот относятся в первую очередь все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередач – трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); домашняя и офисная электро- и электронная техника и т. д., транспорт на электроприводе: ж/д транспорт и его инфраструктура, городской – метро, троллейбусный, трамвайный. Высокочастотное ЭМП в 27 ГГц – это радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ), диапазон волн – сантиметровые микроволны длиной 10-1 –10-2 м. Данное излучение применяется в медицинских терапевтических и диагностических установках, бытовом оборудовании (СВЧ-печи), средствах визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы персональных компьютеров, телевизионные и т. п.) .
Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в пяти метрах от неё снаружи от продольной оси трассы: для ЛЭП-330 кВ - 3,5 - 5,0 кВ/м, для ЛЭП - 500 кВ - 7,6 - 8 кВ/м, для ЛЭП-750 кВ - 10,0 - 15,0 кВ/м. Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.
У растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек также страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.
Влияние ЭМП на организм зависит от многих факторов: типа ЭМП и его характеристик, а также от свойств среды, на которую оно воздействует. Основным механизмом воздействия ЭМП на живой объект является изменение свойств водных растворов организма. Основными мишенями при воздействии ЭМП на биологические объекты являются: плазматические мембраны клеток, внутри- и межклеточная жидкость. Электромагнитные волны могут увеличивать гидратацию белковых молекул. Электромагнитные поля сильно поглощаются водой и водными растворами. Всё это подтверждает необходимость особенно внимательного изучения влияния ЭМП именно на водные объекты
Особый интерес представляют исследования о влиянии неионизирующих излучений, в частности электромагнитных полей на организм животных и человека.
Актуальность проблемы влияния электромагнитных излучений на население связано с практическими задачами медицины по разработке новых защитных технологий и коррекции функционального состояния организма, а также вопросами радиационной экологии и гигиены:
Механизмы биологического действия магнитных полей до настоящего времени окончательно не выяснены и многие вопросы продолжают оставаться спорными.
Имеющиеся данные (Холодов Ю.А., 2012; Демецкий A.M., 2-13; Гилинская Н.Ю. 1999; Tikhonova G.I, Curvich Е.В. 1999) свидетельствуют о том, что влияние магнитного поля на живые организмы осуществляется поливалентно через нервные, гуморальные звенья и обменные процессы.
В их основе лежат реакции на молекулярном и субклеточном уровнях. У высших организмов наиболее чувствительными к магнитному полю считаются нервная, эндокринная, сердечно-сосудистая система, кровь. Обладая высокой проникающей способностью, магнитные поля могут влиять на различные структуры головного мозга и наиболее активно реагируют на его действие – гипоталамо-гипофизарная система. Под влиянием магнитного поля могут меняться процесс восприятия, хранения и воспроизведения информации головным мозгом, а также психоэмоциональная деятельность.
Согласно информационной теории, магнито-биологические эффекты объясняются вносимой в биологическую систему информацией, что может быть связано с перераспределением под воздействием магнитного поля энергии в различных структурах ЦНС. В этом плане определенную роль могут также играть явления магнитного резонанса между магнитным полем и энергией атомов и молекул организма. Это в какой-то мере может объяснить тот факт, что переменные (импульсные, синусоидальные и др.) поля обладают большей биологической активностью, чем постоянные.
Обнаружено, что электромагнитные поля (от постоянных электрических и магнитных полей сверхвысоких частот) обладают набором биотропных параметров, куда входят интенсивность, градиент, вектор, составляющая (электрическая или магнитная) частота, форма и импульс, локализация и биологическая активность электромагнитного поля (ЭМП) увеличивается в случае вариации биотропных параметров во время его воздействия (Кузнецов А.Н., Вонаг В.К. 1987; Плеханов Е.В. 1990).
По степени участия в реакции при общем воздействии ЭМП системы организма можно расположить в следующем порядке: нервная, эндокринная, органы чувств, сердечно-сосудистая, кровь, пищеварительная, мышечная, выделительная, дыхательная, покровная, костная. То обстоятельство, что при локальном воздействии электромагнитного поля также обнаруживаются ответы всех систем организма, заставляет предполагать обязательное участие в реакциях на электромагнитные поля регуляторных систем организма (нервной и эндокринной).
Однако существование влияния электромагнитных полей и на изолированные системы (хотя еще не во всех случаях) свидетельствует о прямом действии электромагнитных полей на любую ткань биологических объектов. Исследование влияния электромагнитных излучений на живой организм требует постановки систематических наблюдений за фоновым электромагнитным полем и, в частности, за электромагнитным полем диапазона инфранизких частот. В этом диапазоне частот (ниже 1000 Гц) сосредоточена основная часть спектра биоэлектрической активности живых организмов.
Электромагнитные поля промышленных частот и их гармоники (ЭМППЧ), возникающие при работе мощных энерго-производящих и энергопотребляющих установок излучаются и переизлучаются протяженными металлическими коммуникациями (воздушные линии электропередач, телевизионные и радиосредства связи и информации, сотовая связь, кабельные линии связи и др.).
Геометрические размеры этих объектов позволяют рассматривать их в качестве антенн