Мягченко О.П. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

151

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

2.9.8. Урбоекологічна ситуація в Україні

Як і в більшості країн світу, вона стала загрозливою, тому що

майже всі природні ресурси виснажені, природне середовище зміне-

не в гіршу сторону.

До надзвичайно забруднених віднесені промислові регіони До-

нецької, півдня Луганської, Дніпропетровської, Запорізької облас-

тей, а також узбережжя України – прибережні регіони Азовського і

Чорного морів. На цих територіях проживають близько 15 млн. лю-

дей, про що свідчать дані, наведені на карті (рис. 21).

Рис. 21. Стан забрудненості повітря в містах України

Території надзвичайного забруднення та екологічної біди займають

близько 15% площі держави. Територія екологічної катастрофи – це

30-кілометрова зона аварії на Чорнобильській АЕС, екологічної біди –

північна частина Житомирської та Київської областей.

Вже тепер вкрай забруднений повітряний басейн, в який щоріч-

но надходить понад 20 млн т шкідливих речовин – майже 400 кг на

кожну людину, не більше 1 кг на одну людину за добу,

Результатом видобутку надмірно великих кількостей корисних

копалин стала руйнація 0,7% площі республіки (226 тис. га), ще

4-5% втрачено після чорнобильської кризи і 2,1% родючих ґрунтів

(700 тис. га) затоплено штучними водоймами.

152

Основи екології

З кількості корисних копалин, що видобувають тільки близько

10% використовується з користю, а 90% – губиться, накопичується в

природному середовищі у вигляді відходів, кількість яких кожні 12–

15 років подвоюється. Якщо терміново не змінити промислові тех-

нологічні процеси, то до середини XIX ст. в природному середовищі

кількість різноманітних шкідливих речовин зросте: заліза – в 2 рази,

цинку і свинцю – в 10, ртуті, кадмію, стронцію – в 100, миш’яку – в

250 разів. А це призведе до порушення хімічної рівноваги, яке стане

незворотним, несумісним із життям. Ще в постанові Верховної Ради

СРСР від 27 листопада 1989 р. «Про невідкладні заходи екологічно-

го оздоровлення країни» вказувалося, що на грані екологічної кризи

знаходиться Придніпров’я, Придністров’я, Донбас, басейни Чорного

та Азовського морів. У результаті приріст населення в Україні в три

рази нижчий, ніж в середньому у світі, тривалість життя на 8–10 років

менша, ніж в розвинутих країнах.

Щоб змінити теперішній стан в кращу сторону в Україні розро-

блена і вже почала працювати програма «Спеціальний комплексний

екомоніторинг України», який виконують 30 організацій. Мініс-

терство охорони навколишнього природного середовища України

розробило критерії оцінки екологічних ситуацій: ступінь ризику за-

гального стану здоров’я населення, що враховує баланс смертності і

народжуваності, кількість найбільш уразливих територій, ступінь їх

екологічної ємності, яка характеризує можливості самовідновлення,

саморегуляції і нормального функціонування території.

Питання

1. Що таке урбанізація, які її проблеми?

2. Охарактеризуйте проблеми соціальної екології в Україні.

3. Який перспективи розвитку цивілізації?

4. Яий урбоекологічний, демографічний стан у світі, в Україні,

Вашому населеному пункті?

2.9.9. Основи електромагнітної екології

Поняття про фізико-хімічні забруднення. Фізичні характе-

ристики випромінювань, їх склад. Загальна характеристика

неіонізуючих випромінювань, їх біологічна дія. Лазерне випро-

мінювання. Нормативи дії неіонізуючих електромагнітних ви-

промінювань на людину та захист від них. Іонізуючі випромі-

нювання. Види радіоактивних випромінювань. Одиниці виміру.

153

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

Джерела випромінювань, що іонізують довкілля, методи їх реє-

страції. Дія радіоактивних випромінювань на організм людини,

тварин, рослин. Дозові межі випромінювань і засоби захисту від

них. Критичні групи органів, їх чутливість до випромінювань.

Засоби захисту від радіогенетичних пошкоджень. Радіопротек-

тори, їх види та дія.

На екологічний стан довкілля впливають не тільки речовинні

фактори, а й не речовинні – різноманітні польові форми матерії. Як

правило, – це електромагнітні випромінювання, які можуть вплива-

ти на хімічну будову речовини, і передусім живої. Тобто це фізичні

фактори, але їх дія проявляється на молекулярному, хімічному рівні

і тому їх виділяють в групу фізико-хімічних забруднень. До цих за-

бруднень відносять електромагнітні, радіоактивні випромінювання,

що мають фізичну природу походження. Проте результат їх дії на

живі об’єкти виявляється у вигляді хімічних реакцій, в результаті

яких утворюються в клітинах організму речовини, що порушують

природні, нативні процеси в ньому. Це різноманітні радикали, спо-

луки ксенобіотичного характеру дії, які утворюються безпосередньо

в клітинах.

Електромагнітні поля виникають при роботі радіо-, телепере-

давачів, радіолокаторів, при проходженні електричного струму по

лініях електропередач (ЛЕП) промислового або побутового призна-

чення. Випромінювання можуть бути природного або антропоген-

ного походження. До випромінювань природного походження ор-

ганізм адаптувався, а штучні випромінювання дуже різноманітні за

фізичними характеристиками і пристосування до них за короткий

термін неможливе.

Незалежно від походження всі випромінювання, при переви-

щенні гранично допустимого рівня (ГДР), негативно впливають

на живі організми, змінюючи насамперед біохімічні властивості та

склад клітин, геномний апарат. Найбільш розповсюджені неіоні-

зуючі небезпечні джерела випромінювань – електричне, магнітне,

електромагнітне, гравітаційне поля штучного походження.

Навколо Землі існує електричне поле напруженістю близько 130

В/м, яке зменшується від середніх широт до полюсів та екватора і з

віддаленням від земної поверхні. Спостерігаються періодичні річні,

добові та інші варіації його величин, особливо при зміні погодних

умов – опади, гроза, посуха, вітри, пилові бурі. Земне електричне

154

Основи екології

поле впливає на самопочуття, стан здоров’я людей, тварин, діє воно

і на рослини. Але все живе пристосувалось до нього.

Магнітне поле біля планети захищає все живе від дії шкідливих

та небезпечних космічних випромінювань, виконуючи роль невиди-

мого щита.

Його напруженість збільшується від 33,4 А/м (0,42 Е) на еквато-

рі до 55,7 А/м (0,70 Е) на полюсах. Ці величини коливаються з пері-

одами відповідно до сонячної активності – 7-, 11-, 90-, 200-річними

циклами та залежать від активності Сонця (магнітні бурі).

Електромагнітне поле Землі також має певну енергію і поширю-

ється у вигляді електромагнітних хвиль, довжина яких залежить від

активності випромінювання Сонця в діапазоні від 10 МГц до 10 гГц.

Цей діапазон включає в себе інфрачервоне (ІЧ), видиме, ультрафіо-

летове (УФ) випромінювання, яке поділяють на два піддіапазони –

м’яке (МУФ) та жорстке (ЖУФ), яке за властивостями близьке до

рентгенівського та гамма-випромінювань – дуже небезпечні.

Головними параметрами електромагнітних випромінювань

(ЕМВ) є: довжина хвилі (λ) частота коливань (ν), швидкість поши-

рення (V). Енергію (Е), яку переносять електромагнітні хвилі, ви-

значає формула: Е=hν, де h – постійна Планка (h=6,625.10

-34

Дж×с).

Отже, чим вище частота ЕМВ, тим більше енергія, менше до-

вжина хвилі і тим небезпечніше випромінювання. Щоб на селітебній

території інтенсивність ЕМВ була безпечною, їх джерела – теле-

радіопередавачі, локатори, антени радіорелейних ліній зв’язку роз-

міщують з урахуванням гранично допустимих рівнів електромагніт-

ної енергії, про що свідчать дані табл. 23.

Таблиця 23

Гранично допустимі рівні ЕМВ на селітебних територіях

Діапазон ЕМВ

Частота ЕМВ (довжина

хвиль) діапазону

ГДР енергії ЕМВ

Довгі хвилі 30-3000 кГц (10-1) км 20 В/м

Середні хвилі 0,3-3,0 МГц (1,0-0,1) км 10 В/м

Короткі хвилі 3,0-30 МГц (100-10) м 4 В/м

Ультракороткі хвилі 30-300 МГц (10-1) м 2 В/м

Мікрохвилі (цілодобове

опромінення)

300 МГц-300 гГц

(1 м-1 мм)

5 мкВт/см

155

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

Першим спеціалістом, який звернув увагу на необхідність ви-

вчення дії електромагнітних хвиль на людину, був лікар П.І. Іжев-

ський. Ще у 1900 р. він захистив дисертацію на тему «Вплив елек-

тричних хвиль на організм людини».

Широке розповсюдження радіолокаторів та гостронаправлених

антен кругового огляду, антен мобільних телефонів значно сприяло

підвищенню інтенсивності ЕМВ зверхвисокочастотного діапазону.

Тому тепер кажуть про електромагнітне забруднення – електро-

нний смог, який не менш шкідливий за речовинний.

Для зниження рівня шкідливої дії ЕМВ необхідні санітарно-

захисні зони, характеристики яких наведені в табл. 24.

Таблиця 24

Розміри СЗЗ для джерел електромагнітного випромінювання

Потужність джерела

ЕМВ, кВт

Діапазон ЕМВ Ширина СЗЗ, м

Мала – до 5

Довгохвильовий

Середньохвильовий

Короткохвильовий

175

Середня – 5–25

Довгохвильовий

Середньохвильовий

Короткохвильовий

10–75

20–150

175–400

Велика – 25–100

Довгохвильовий

Середньохвильовий

75–480

150–960

Дуже велика – понад 100

Довгохвильовий

Середньохвильовий

Короткохвильовий

Понад 480

Понад 960

Понад 2500

Поглинання енергії у НВЧ-діапазоні біологічним об’єктом зале-

жить від форми і розмірів його тіла, орієнтації в електромагнітному

полі, від довжини хвилі, а також електричних властивостей тканин.

Опромінення електромагнітним полем великої інтенсивності може

призвести до руйнівних змін в тканинах, органах. При інтенсивності

20 мкВт/см

спостерігається зменшення частоти пульсу, зниження

артеріального тиску, збільшення температури тіла, нервові розла-

ди. При 6 мВт/см

помічені зміни в статевих залозах, складі крові,

умовно-рефлекторній діяльності, клітинах печінки, корі головного

мозку. При інтенсивності в один Вт/см

– втрата зору. Важкі по-

разки виникають тільки в аварійних випадках і зустрічаються вкрай

156

Основи екології

рідко. На ранніх стадіях порушення в стані здоров’я носять зворот-

ний характер.

Небезпечними є високовольтні лінії електропередач (ЛЕП), для

яких, відповідно до СанПіН (N2971-84), встановлені гранично до-

пустимі рівні напруженості електричного поля: всередині житлових

будинків – 0,5 В/м, на селітебних територіях – не більш 1 В/м, в

населених пунктах поза житловою забудовою, зелених зонах, садах,

городах – не більше 5 В/м, на ділянках перетинання ЛЕП з автомо-

більними шляхами 1–4 категорій – не більше 10 В/м, в ненаселеній

місцевості – 15, на спецтериторіях – не більш 20 В/м. На терито-

ріях, де ГДР – випромінювання перевищує 1 В/м, встановлюють

санітарно-захисні зони (СЗЗ) по обидві сторони від ЛЕП: 20 м – для

ЛЕП із напругою 330 кВ, 30м – 500 кВ, 40 м – при 750 кВ і 55 м – для

ЛЕП із напругою 1150 кВ. На території СЗЗ для ЛЕП із напругою

750 кВ забороняється проведення сільськогосподарських, інших

робіт особами молодше 18 років. Неприпустимо, щоб житлові бу-

динки, навчально-виховні заклади знаходилися в таких зонах. При

потужності 1000 В/м виникає головний біль, сильне стомлення, не-

врози. Помічено, що в смузі потужних ЛЕП припиняється розви-

ток рослин дерев, чагарників, такі території обминають тварини. За-

хистом від цього виду забруднень можуть служити металеві плівки,

пластини, тому що вони поглинають енергію випромінювання.

Негативний вплив випромінювань пояснюється молекулярною

будовою організму. Встановлено, що поглинання енергії молекулами

води на частоті один ГГц складає 50% загальних втрат енергії мікро-

хвиль, на частоті 10 гГц – 90 %, а на частоті 30 гГц – близько 98 %, що

супроводжується розігріванням – тепловим ефектом. Незвична тепло-

ва дія НВЧ (надвисокочастотних) випромінювань була виявлена при

їх впливі на око. Температура в його прозорих середовищах збільшу-

валася значно швидше, ніж у навколишніх тканинах тому, що в цьому

органі майже немає судин, а отже, охолодження кров’ю неможливе. У

зв’язку з цим може виникнути катаракта кришталика, яка пов’язана з

термокоагуляцією білків. Незвичайність термічної дії мікрохвиль, із

вираженими патологічними змінами, виявлена також і в сім’яниках

чоловіків, що може сприяти статевій стерильності. Поразки сім’яників

при ДВЧ-опромінюванні відзначалися при підвищенні в них темпе-

ратури до 35

С, а при впливі інфрачервоних променів спостерігалося

підвищення температури до 42-43

С. НВЧ-поле викликає також по-

разку яєчників у жінок. Під впливом інтенсивних ДВЧ-полів у людей і

157

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

тварин розвиваються розлади практично всіх життєво важливих орга-

нів і систем організму. Електромагнітні поля, як і радіоактивні випро-

мінювання, органами почуттів людини, крім світла, не сприймаються.

Їх реєструють, вимірюють спеціальними приладами. Ступінь забруд-

нення довкілля оцінюють напруженістю поля у вольтах на метр (В/м).

Для ЕМП, як і для інших шкідливих чинників, встановлені гранично

допустимі рівні (ГДР). Всередині житлових помешкань їх ГДР не по-

винен перевищувати 0,5 В/м, на територіях житлової забудови – не

більше 1 В/м, поза селітебною (заселеною) зоною територій населених

пунктів, а також на території садів, городів – не більше 5, поза терито-

ріями населених пунктів – не більш 15, на спецтериторіях, що повинні

мати СЗЗ і бути обгороджені – локатори, потужні теле-, радіопереда-

вачі – не більш 20 В/м.

Питання

1. Що таке польові форми матерії, їх значення в природі?

2. Що таке електромагнітні випромінювання, які їх джерела

та фізичні характеристики?

3. Як залежить енергія електромагнітного випромінювання

від діапазону ?

4. Що таке електромагнітний смог, в чому його небезпека?

5. Охарактеризуйте СЗЗ для джерел ЕМВ.

2.9.10. Основи радіоекології

Радіоекологія – це розділ медицини, зв’язаний з медичною еко-

логією, екологією людини, що вивчає дії радіоактивних випромі-

нювань на організми – людей, тварин, рослин. Існує медична раді-

оекологія, яка досліджує впливи таких випромінювань на тканини,

розробляє методи лікування онкологічних захворювань.

Радіоактивні випромінювання дуже небезпечні, якщо перевищу-

ється допустимий їх рівень дії. Вони відносяться до факторів фізико-

хімічної дії. Першим у 1895 р. дію природного радіоактивного ви-

промінювання від мінералу, що містить сполуки урану, спостерігав

французький вчений Анрі Беккерель. У цьому ж році німецький фізик

К. Рентген опублікував повідомлення про Х-промені – радіоактивні

промені штучного походження. Але раніше, ще у 1893 р. український

вчений Іван Пулюй першим у світі вже отримав, як тепер кажуть, рент-

генівський знімок кисті руки людини. Пізніше, вже у Першій світовій

війні, німці використовували так звані рентгенівські апарати.

158

Основи екології

Радіоактивні випромінювання ділять на дві групи: корпускуляр-

ні – альфа частки (α) – ядра атомів гелію (

Не ), бета (β) – електро-

ни (е

-1

), або позитрони (е+), протони (Р

), нейтрони (n

) та кван-

тові або електромагнітні випромінювання – гамма-частки (γ), що

мають природне – космічне випромінювання, або штучне походження.

Гамма-випромінювання – це електромагнітне (квантове) природне ви-

промінювання великої проникаючої спроможності. Рентгенівське ви-

промінювання виникає при зіткненні β – випромінювання з атомами

важких металів. Альфа (α) та бета (β) випромінювання мають невели-

ку проникаючу спроможність і тому вони гальмуються навіть такими

перепонами, як одяг, папір, скло. Інші мають велику енергію і тому

можуть проникати навіть через цегляні, металеві перепони. Їх можуть

гальмувати товсті прошарки свинцю.

Всі радіоактивні елементи, розпадаючись, перетворюються в

інші елементи через суворо визначені проміжки часу (Т), відповід-

но до закону радіоактивного розпаду: L=0,693/Т, де L – постійна

розпаду для даного елемента. Для кожного радіоактивного елемента

час напіврозпаду є величина постійна і, наприклад, складає для то-

рію 13,9 млрд років, урану – 4,51 млрд років, радію – 1617, ізотопів

цезію – 137 – 30 років, кобальту – 60 – 5,3 роки.

Таким чином, знаючи вміст в певному об’єкті (скам’янілі решт-

ки, мінерали) концентрацію радіоактивного ізотопу та період його

піврозпаду, можна визначити час виникнення об’єкта. Важливими

характеристиками радіоактивних речовин, випромінювань є такі

параметри: активність, поглинена доза, потужність цієї дози, екві-

валентна доза випромінювання і її потужність. Активність раді-

оактивної речовини характеризує кількість ядерних перетворень

за одиницю часу – це Беккерель (Бк) – один розпад за секунду (1

розп/с). Інша – позасистемна одиниця – Кюрі (Кі), що складає

3,7×10

Бк (1 Кі=3,7×10

Бк) і еквівалентна 1г радію, або 3 тонам

урану, або 0,001г радіоактивного ізотопа кобальта-60. Поглинена

доза випромінювання – це енергія, поглинена одиницею маси опро-

міненого об’єкта – живого або неживого – Грей (1 Гр=1 Дж/кг=100

рад) – в системі СІ. Позасистемна одиниця – рад (Р), 1рад (1ерг/

р=0,01Гр=0,01Дж/кг). Отже, 1Гр=1Дж/кг=100 рад. Потужність

поглиненої дози іонізуючого випромінювання (Р) – доза, поглинена

за одиницю часу: 1Гр/с=100 рад/с. Еквівалентна доза випроміню-

вання – Зіверт (Зв) – обумовлює такий же біологічний ефект, як 1

Гр поглиненої дози рентгенівського або гама-випромінювання (Дж/

159

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

кг), тобто 0,01Зв=1бер (бер – біологічний еквівалент рентгена), 1

Зв=100 бер. Потужність еквівалентної дози випромінювання – ек-

вівалентна доза в одиницю часу (Зв/с): 0,01 Зв/с=1 бер/с. Широ-

ко використовується позасистемна одиниця експозиційної дози –

Рентген (Р). Один рентген утворює в 1 куб. см сухого повітря при

нормальних умовах 2,08×10

пар іонів або 1Р = 2,58 10

Кл/кг, або

1Кл/кг=3876.10

-8

Р.

Питання

1. Що вивчає радіоекологія?

2. Що таке радіоактивні випромінювання, їх природа, класи-

фікація?

3. Як застосовують закон напіврозпаду радіоактивної речови-

ни?

4. Основні характеристики радіоактивних випромінювань.

2.9.11. Радіоктивний фон території України

Майже всю територію України складають древні докембрійські

породи – граніти, гнейси, глини, які містять радіоактивні елементи

і тому майже для всієї території України характерний природний

радіоактивний фон, величина якого складає 10-20 мкР/год.

Значний внесок у підвищення радіоактивного фону дають ан-

тропогенні джерела випромінювань – ядерні установки (реактори

АЕС, склади атомної зброї, підприємства з переробки радіоактив-

них відходів, речовин), промислові прилади дозиметричного контр-

олю, які широко використовуються у виробництві при неруйнівних

методах контролю якості виробів.

Крім цього на величину природного радіоактивного фону впливає

і діяльність людини. Наприклад, при спалюванні вугілля в домашніх

грубках, в теплових електростанціях у довкілля потрапляють відходи

– зола, а вона містить радіоактивні елементи – торій, уран, радій, що

колись були сконцентровані рослинами, з яких вугілля утворилося.

Іноді фон біля таких станцій вищий, ніж біля атомних. Певне забруд-

нення викликала аварія на Чорнобильській атомній станції.

Інше джерело – космічне випромінювання, що складається з

галактичного і сонячного. Воно значною мірою поглинається ат-

мосферою і на висоті 20 км виникає вторинне випромінювання, або

синхротронне, що складається з мезонів, протонів, електронів, ізо-

топів вуглецю, берилію, натрію та інших елементів.

160

Основи екології

На окремих територіях України цей фон підвищений, наприклад

на узбережжі Північного Приазов’я, де після шторму накопичується

радіоактивний пісок чорного кольору – суміш ільменіту, моноци-

ту, торіаніту, складає 100-300 мкР/год. Це майже вдесятеро вище за

норму, гранично допустимий рівень.

Карта на рис. 22 дає уявлення про загальний радіоактивний фон

України.

Рис. 22. Природна радіоактивність територій України

На всі об’єкти на поверхні землі впливають джерела космічного

і земного радіоактивних випромінювань. Природний радіоактив-

ний фон не є постійним і коливається від 4 до 20 мкР за годину для

житлових помешкань і до 50 мкР/год для природного середовища

(пляж, ліс, луки, город).

2.9.12. Дія радіоактивних випромінювань на організми та

принципи захисту від іонізуючих випромінювань

Біологічні впливи факторів, що іонізують речовини, полягають

у поглинанні живою тканиною рослин, тварин, людини енергії, яка

виділяється при стиканні молекул об’єкта з випромінюванням. Це