Вплив на біосферу фізичних факторів Фізичне забруднення

Вплив на біосферу фізичних факторів

Фізичне забруднення • Відхилення за межі нормального діапазону коливань параметрів (рівня) фізичних абіотичних факторів середовища існування • Кліматичні, топографічні екологічні фактори • Антропогенний вплив на температуру, рівень звуку та вібрації, інтенсивність електромагнітних випромінювань

Теплове забруднення • Результат розсіювання в довкіллі теплоти, що виділяється в численних теплових процесах, перш за все пов'язаних із спалюванням палива • Щорічно в світі спалюється до 5 млрд. т вугілля, 3, 2 млрд. т нафти (вивільнюється більше 2× 1020 Дж теплової енергії)

Підвищення температури води • Підвищення критичних значень для стенотермних стадій життєвих циклів водних організмів • Підсилення сприйнятливості організмів до токсичних речовин • Заміна звичайної флори водоростей менш бажаними синьо-зеленими • Зниження кількості кисню у воді через зменшення його розчинності

Шумове (акустичне) забруднення • Подразнюючий шум антропогенного походження, що порушує життєдіяльність живих організмів та людини • Виникає в результаті відхилення інтенсивності та повторюваності звукових коливань за межі діапазону • Серйозний забруднювач середовища існування, оскільки адаптація до нього практично неможлива

Шум для людини • Загальнобіологічний подразник, який в певних умовах на всі органи і системи організму (нервова система, зір, вестибулярний апарат, травлення, обмін речовин) • При шумі рівня 90 д. Б виникає послаблення слуху, нервово – психологічний стрес, виразкова хвороба, гіпертонія • 110 д. Б – звукове сп'яніння • 120 – 130 д. Б – поріг больових відчуттів

Шум для людини • Жінки менш стійки до сильного шуму (в умовах слухового дискомфорту виникають ознаки неврастенії) • Найбільш чутливими операціями є відслідковування, збір інформації, мислення • Екологічно значимими є інтенсивність та частота звуку

Джерела шуму • • • Транспорт (60 – 80%) Промислові підприємства Будівельні та ремонтні роботи Автомобільна сигналізація Шумні люди Побутова та офісна техніка

Магнітне поле • Форма матерії, яка діє на заряджену частинку із силою, пропорційної добутку її заряду на швидкість всередині планети • Джерела: електрони, протони і нейтрони, що формують магнітний диполь – вісь з протилежними магнітними полями • Точки перетину осі диполя з географічною оболонкою є геомагнітними полюсами • Простягається на висоту 90000 км і утворює магнітосферу • Добові зміни магнітного поля пов'язані з дією ультрафіолетового випромінювання Сонця

Магнітні бурі • Різке зростання геомагнітних параметрів, що триває від кількох годин до 2 – 3 діб • Виникають до 10 разів на рік • У людей різко підвищується артеріальний тиск, виникають головні болі, загальне ослаблення організму • Обумовлюють холодні зими і літні засухи • 11 -річні цикли активності сонячної корони зумовлюють геомагнітні варіації

Магнітні бурі

Біопатогенні зони • Незначні площі, обмежені елементарними магнітними меридіанами і паралелями, що тяжіють до магнітного схилення і магнітної напруги Землі

Біопатогенні зони

Напруженість магнітного поля • • • Берег Дніпра – 0, 96 Житлова забудова – 0, 45 Ліфт – 0, 07 Квартири – 0, 18 Автомобіль – 0, 01

Деякі характеристики • Загальна маса повітря на Землі – 5, 13× 1015 т • Загальна мас а повітря в земній атмосфері – 1, 18 × 1015 т • У спокої потреба людини у кисні складає 12 – 17 л/год. • За 140 мм рт. ст. – перші ознаки кисневого голодування (гіпоксія) • За 110 мм рт. ст. – симптоми гірської хвороби: говокружіння, слабкість, серцебиття • За 55, 8 – 48, 3 мм. рт. ст. (8000 – 9000 м) – небезпечно для життя

Факти • Кінець ХІХ ст. З 1887 – 1892 р. масові ураження людей у Лондоні через смог • Над містами США на 5 – 10% більше випадає опадів, утворюється хмарність, на 100% зимових туманів, ніж у сільській місцевості • За останній час замутненість атмосфери зросла на 30% (10 – 15%) • Вміст вуглекислого газу в атмосфері зріс на 10% за останні 100 років • 66% французів скаржаться на погіршення якості міського повітря • В містах концентрація SO 2 зростала на 23%, NOx – 27%, твердих частинок – 90% • Викиди діоксиду азоту на душу населення в США в 2, 5 рази вище, ніж в країнах Європи, в 5 разів вище, ніж у всьому світі

Вплив електромагнітного оточення на організм людини • Адаптації до природного сонячного випромінювання (акумуляція меланіну у шкірі африканців, освітленість шкіри у північних народів) • До новітніх факторів людина не виробила захисних реакцій • Вплив електромагнітного смогу спричиняє розбалансованість центральної нервової системи • Наслідками є перевантаження антиоксидантної системи вільними радикалами • Порушення нормального фонового стану електромагнітної стимуляції біохімічних та біофізичних процесів в організмі

Руйнуючі види електромагнітних впливів • • • Космічні промені Надлишкова сонячна активність Гама – опромінення Рентгенівські промені Ультрафіолетове опромінення Інфрачервоні промені Мікрохвилі (>1 м. Вт/см 2) Лазерне світло Ультразвук

Дестабілізуючі види електромагнітних впливів • Транспортні (електровози, метро, трамваї, тролейбуси, лінії електропередач) • Побутові (мікрохвильові печі, телевізори, радіоприлади, мобільні телефони, кондиціонери) • Службові (дисплеї комп'ютерів, електродвигуни, трансформатори, генератори високих частот) • Шумові (транспортний шум, концертний шум, виробничий шум) • Молекулярно – ядерні (торсійні поля, гравітаційні поля) • Магнітні бурі (сонячні, наземні)

Регеруючі види електромагнітних впливів • Сонячне світло (поліхроматичне, до 3% поляризації) • Пайлер – світло (поліхроматичне, 95% поляризації) • Лазерне світло (низькоенергетичне)

Властивості електромагнітних полів • Поширюються в будь – якому середовищі • Мають максимальну швидкість поширення • Можуть поширюватися на будь – яку відстань • Можуть поширюватися за будь – якої погоди і незалежно від часу доби • На них реагують всі біосистеми

Параметри електромагнітних коливань • Довжина хвилі • Частота коливань • Швидкість розповсюдження

Електромагнітні випромінювання • Низькочастотні випромінювання: 0, 003 Гц – 30 к. Гц • Радіохвилі високочастотного (ВЧ) діапазону: 30 к. Гц – 300 МГц • Радіохвилі ультрависокочастотного діапазону (УВЧ): 30 – 300 МГц (УВЧ) • Надвисокочастотні (НВЧ): 300 МГц – 300 ГГц

Вплив на здоров'я залежить від: • • Діапазону частот Інтенсивність впливу відповідного чинника Довготривалості опромінення Характеру випромінювання Режиму опромінення Розмірів поверхні тіла, яка опромінюється Індивідуальних особливостей організму

Вплив на здоров'я людини • • Загальна слабкість Підвищена втома Пітливість Сонливість Розлад сну Головний біль Пригнічуються статеві та харчові рефлекси

Засоби і заходи захисту Часом Відстанню Екранізація джерел випромінювання Зменшення випромінювання в самому джерелі • Екранування робочих місць • Засоби індивідуального захисту • Виділенням зон опромінення • •

Магнітне поле Землі • З кожним роком знижується (до початку першого тисячоліття його напруженість була у 2 рази вищої, життя – 120 років і вище) • Передчасне набуття людьми захворювань старості (гіпертонія, інфаркт, стенокардія, атеросклероз головного мозку, захворювання очей), зниження середньої тривалості життя • Негативний вплив техногенної насиченості простору різними за частотами і величинами фізичними полями електромагнітної природи

Підвищений атмосферний тиск • Зниження пульсу та частоти дихання • Зменшення максимального та підвищення мінімального артеріального тиску • Зростання життєвої ємності легень • Глухуватий тембр голосу • Зниження шкірної чутливості та слуху • Відчуття сухості слизистих оболонок • Підсилення перистальтики кишечника

Знижений атмосферний тиск • Перебування на висоту обумовлене зниженням атмосферного тиску і зменшення парціального тиску кисню • Симптоми: сонливість, важкість у голові, головний біль, порушення координації рухів, ейфорія з наступними апатією та депресією, зорові розлади • На висоті більше 8 км симптоми, схожі з кессоною хворобою (болі у суглобах, кістках, зуд шкіри

Атмосферний тиск • Кожна третя людина реагує на різкі погодні зміни (жінки в двічі більш чутливі за чоловіків) • Метеолабільні (керосочутливі) • Комплекс профілактичних заходів (нормальний сон, повноцінне харчування, спорт або гімнастика, прогулянки на свіжому повітрі)

Сонячна радіація • Сонце – основне джерело енергії • Сонячна радіація - випромінюваний інтегральний потік радіації, який представляє собою електромагнітне випромінювання

Біологічний вплив сонячної радіації стимулює фізіологічні процеси в організмі впливає на обмін речовин формує різноманітні ритми Нестача сонячного світла скорочує життя (ризик ранньої смерті вище на 26%) • Нестача вітаміну D сприяє підвищенню артеріального тиску, порушує обмін цукру, викликає схильність до ожиріння • •

Інфрачервоне випромінювання • Довгохвильове (1500 -2500 нм). Поглинається верхнім шаром епідермісу • Короткохвильове (760 -1500 нм). Сягають глибоких шарів шкіри, проходять через череп та мозкові оболонки • “ Сонячний удар “ - глибоке ураження мозкових оболонок та мозкової тканини • Розвиток катаракти, зміна імунологічної реактивності організму

Інфрачервоне випромінювання • Абсолютно безпечне для людини • Широко використовується у медицині (хірургія, стоматологія, інфрачервоні бані) • Середньохвильова частина діапазону чинить на організм людини оздоровчу дію • Довгохвильове випромінювання чинить загально змічнюючу дію, підсилює імунітет, допомагає боротися із старістю • Пряме використання для лікування хвороб • Чинить косметичну дію та психологічний вплив

Інфрачервоне випромінювання

Видима радіація • Безпосереднього впливу на життєдіяльність людини не має • Підпорядкованість життєдіяльності циклічності добової зміни рівнів освітлення • Світло має значний психофізіологічний вплив

Ультрафіолетова радіація • довгохвильове – 400 -315 нм. На 90% поглинається озоновим шаром, киснем, вуглекислим газом, водними парами • середньохвильове – 315 -280 нм; • короткохвильове – 280 -200 нм.

Вплив УФ - радіації • УФ з довжиною хвилі 320 – 280 нм підвищує тонус симпатико – адреналінової системи, активізує захисні механізми, підвищує рівень неспецифічного імунітету, активізує секрецію ряду гормонів • Сприяє утворенню гістаміну, змінює легеневу вентиляцію – частоту та ритм дихання, підвищує газообмін, активізується діяльність ендокринної системи • Утворення вітаміну D (антирахітична дія) • Світове голодування – порушення мінерального обміну, зниження імунітету, швидка втомлюваність

Вплив УФ радіації • Викликає опіки шкіри • Сприяє розвитку меланоми, різних видів раку шкіри, пришвидшує старіння шкіри та появу зморшок • За інтенсивного опромінення викликає опіки сітківки ока

Захист очей від УФ випромінювання • Спеціальні захисні окуляри, що затримують 100% УФ - променів • Контактні лінзи забезпечують 100% захист • Тверді, рідкі та газоподібні фільтри, просте скло (>408 нм), спеціальне скло (300 – 230 нм), кварц (до 214 нм), флюорит (до 120 нм)

Іонізуюче (радіаційне) забруднення • Перевищення природного рівня іонізуючих випромінювань • Радіоактивне забруднення середовища через перевищення природного рівня вмісту радіоактивних речовин

Джерела іонізуючого випромінювання • Підприємства атомної промисловості та енергетики • Медичні, біологічні та інші заклади • Прилади медичної та технічної (рентгенівської) діагностики • Ядерні вибухи

Природний радіаційний фон • Іонізуюче випромінювання природних радіоактивних ізотопів • Космічне випромінювання

Змінений радіаційний фон • Технологічно змінений фон (збільшення концентрації природних радіоактивних ізотопів в результаті виробничої діяльності людини) • Штучний фон (надходження до біосфери штучних радіоактивних ізотопів, що утворилися в результаті ядерних реакцій)

Космічне випромінювання • Потік ядерних часток, які прямують до Землі із різних областей світового простору

Первинне космічне випромінювання • Протони – 92% • α – частинки (ядра гелію) – 7% • Ядра атомів літію, берилію, вуглецю, азоту, кисню (0, 78%) • Впливає сонячна активність (4 -100%)

Вторинне космічне випромінювання • Результат взаємодії із атомами і молекулами складових атмосфери • Поступово збільшується і досягає максимуму на висоті 20 – 30 км • Залежить від геомагнітної широти, тиску (при зростанні тиску – зменшується)

Вторинне космічне випромінювання • • Електрони (β – частинки) Нейтрони Мезони Фотони (γ – частинки)

Природні ізотопи • радіоактивні ізотопи, які входять до складу радіоактивних родин, родоначальниками яких є уран (238 U), торій (232 Th) та актиноуран (235 U) • генетично не зв’язані з ними радіоактивні елементи: калій (40 K), кальцій (48 Ca), рубідій (87 Rb) • радіоактивні елементи, що безперервно утворюються на Землі у результаті ядерних реакцій під дією космічного випромінювання (вуглець (14 C) та тритій (3 H)

Джерело природних радіоактивних речовин • Гірські породи, які виникли в період формування та розвитку планети • Динамічна рівновага між вивільненням та поверненням радіоактивних речовин в літосферу • Міграція та кругообіг відбувається за рахунок живих організмів

Природні радіоактивні провінції • • Памір Тибет Бразилія Індія

Природна радіоактивність атмосфери • Наявність радіоактивних ізотопів, що виникають під дією космічного випромінювання • Радіоактивні гази, що надходять з верхніх шарів атмосфери • Пилові частинки (вулканічна активність, вітер, спалювання природних копалин)

Природна радіоактивність гідросфери

Вода атмосферних опадів • вміст радіоактивних ізотопів невеликий • вуглець, тритій (атмосферне походження) • 40 К, 238 U (входять до складу пилових часток)

Підземні води • Залежить від складу гірських порід та ґрунту • Найменша активність характерна для води з осадових порід • Найбільша активність для води з кислих магматичних порід та мінеральних вод • Наявність 40 K, 226 Ra, 222 Rn

Відкриті водойми • Залежить від хімічного складу гірських порід, кліматичних умов, джерел живлення • Поверхневі води (дощові, льодовикові, снігові) містять незначну кількість радіоактивних елементів • При ґрунтовому живленні активність води зростає • Вода європейських річок - 0, 04 -0, 60 Бк/л 40 K та 0, 009 -0, 074 Бк/л 226 Ra • Вода морів та океанів - 11 -18 Бк/л 40 K та 0, 020, 04 Бк/л 226 Ra

Антропогенне радіоактивне забруднення довкілля

Штучний радіаційний фон • Випромінювання, зумовлене розсіяними в біосфері штучними радіонуклідами • Додає до природного радіаційного фону Земної кулі лише 1 – 3%

Шляхи виникнення і надходження до біосфери штучних радіоактивних ізотопів

Випробування ядерної зброї • Утворюються продукти поділу ядерного заряду та радіоізотопи наведеної активності • Ядра атомів 238 U, 239 Pu розщеплюються з утворенням 80 різних елементів, періоди піврозпаду яких тривають у межах від 1 с (157 Xe) до 1, 57× 107 років (129 I)

Наведена радіоактивність • Виникає в результаті захоплення нейтронів, які виникають під час радіоактивного розпаду урану чи плутонію, ядрами атомів елементів, що входять конструктивних матеріалів вибухового пристрою, повітря, ґрунту чи води • Виникають ізотопи з коротким періодом напіврозпаду (24 Na, 27 Mg, 31 Si, 32 P)

Повітряний атомний вибух

Підприємства атомної промисловості • Уранові рудники • Фабрики по збагаченню урану та виготовленню ядерного палива • Експериментальні, військові, енергетичні реактори

Основні джерела забруднення біосфери • Радіоактивні відходи • Аварії на підприємствах

Радіоактивні відходи • Тверді та рідкі радіоактивні відходи, що містять уран і радій • Газоподібні відходи (41 Ar, 19 O, 59 Fe, 31 Si) • Рідкі відходи – вода першого контуру реактора • Тверді відходи – тепловиділяючі елементи (ТВЕЛ) та конструкції, що підпадали дії нейтронного опромінення

Медицина, лабораторія ННІ, ізотопні лабораторії • Газоподібні • Рідкі • Тверді відходи

Радіоактивність живих організмів

Радіоактивність живих організмів залежить перш за все від концентрації таких радіоактивних ізотопів, які існують у суміші із стабільними елементами, що у значних кількостях містяться в організмі (40 K, 14 С, 3 Н)

Фонове опромінення людини

Зовнішнє опромінення • Космічні промені та γ – випромінювання природних радіоактивних речовин з довкілля • Складає 0, 28 м. Гр/рік • Доза залежить від активності радіонуклідів

Внутрішнє фонове опромінення • За рахунок природних радіоактивних елементів, які містяться в організмі: 40 K, 14 C, 226 Ra, 222 Rn, 210 Po, 220 Th • Доза складає приблизно 1, 4 м. Гр/рік

Додаткове опромінення • Радіоактивними продуктами в результаті випробувань ядерної зброї, аварій на об'єктах атомної промисловості • Зовнішнє та внутрішнє • Польоти в верхніх шарах атмосфери • Медичне обстеження • Побутові предмети

Додаткове внутрішнє опромінення • Радіонукліди, що надходять аліментарним шляхом та при вдиханні забрудненого повітря • Депонування радіонуклідів створює підвищену локальну дозу • Основний внесок створюють 90 Sr, 137 Cs (аналоги кальцію та калію відповідно)

Міграція радіонуклідів • Атмосфера – ґрунт – рослина – свійські тварини (молоко, м’ясо) – людина • Атмосфера – водойми (вода) – фітопланктон – зоопланктон – риба людина

Розподіл радіонуклідів в організмі людини • • Скелет (кальцій, стронцій, барій, радій) Печінка (цезій, плутоній) Весь організм (кисень, водень, залізо) Щитовидна залоза (йод)

Радіонукліди • Період напіврозпаду (секунди, млн. років) • Активність (число радіоактивних перетворень за одиницю часу) – беккерелі (Бк)

Найважливіші радіоізотопи в біосфері • 239 P • • • – 2400 років 40 K – 1, 3 млрд. років 14 C – 5568 років 137 Cs – 32 років 90 Sr – 27, 7 років 3 H – 12, 4 років 144 Ce – 285 діб 24 Na – 15 годин 131 I – 8 діб 41 Ar – 2 години 4

Експозиційна доза • Іонізуюча спроможність випромінювання в повітрі (Кулон на 1 кг, рентген) • Визначають потенційні можливості іонізуючого випромінювання

Поглинута доз • Енергія іонізуючого випромінювання, що поглинається одиницею маси опроміненою речовини • Вимірюється у греях (Гр), радах

Доза, яку одержує людина • Вид випромінювання • Щільність потоку • Тривалість впливу

Еквівалентна доза • Міра біологічного впливу випромінювання на конкретну людину • Індивідуальний критерій небезпеки • Вимірюється у зівертах (Зв), берах (біологічний еквівалент рада)

Аварії на АЕС • 12 лютого 1952 р. , Канада, штат Онтаріо, Чолк –Рівер, АЕС NRX (перша в світі серйозна аварія)

Ефект дії іонізуючого випромінювання зумовлений не кількістю поглинутої об'єктом, що опромінюється, енергії, а формою, в якій ця енергія передається

Особливості дії на організм людини • Органи чуття не реагують на випромінювання • Малі дози випромінювання можуть підсумуватися і накопичуватися в організмі • Випромінювання діє не тільки на даний організм, але й на його спадкоємців (генетичний ефект) • Різні органи організму мають різну чутливість до випромінювання

Потрапляння радіонуклідів в організм людини • Pb 210, Po 210 концентруються в рибі і молюсках, м’ясо карибу • Радон та продукти його розпаду концентруються у не провітрюваних приміщеннях (через граніт та пемзу, ґрунт, вода, природний газ)

Форми променевої хвороби • Гостра форма • Хронічна форми

Гостра форма • Виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу

Хронічна форма • Розвивається в результаті тривалого опромінення, що перевищує гранично допустимі дози (ГДД)

Закриті джерела випромінювання • Будь – які джерела іонізуючого випромінювання, устрій яких виключає проникнення радіоактивних речовину довкілля при передбачених умовах їхньої експлуатації і зносу

Принципи радіаційної безпеки • Зменшення потужності джерел до мінімальних розмірів (захист кількістю) • Скорочення часу роботи з джерелом (захист часом) • Збільшення відстані від джерел до людей (захист відстанню) • Екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуюче випромінювання (захист екраном)

Відкриті джерела випромінювання • Джерела іонізуючого випромінювання, при використанні яких можливе потрапляння радіоактивних речовин у довкілля

Основні принципи захисту • Використання принципів захисту, що застосовуються при роботі з джерелами випромінювання у закритому виді • Герметизація виробничого устаткування • Заходи планувального характеру • Застосування санітарно – технічних засобів, спеціальних захисних матеріалів • Використання засобів індивідуального захисту

Основні принципи захисту • Дотримання правил особистої гігієни • Очищення від радіоактивних забруднень поверхонь будівельних конструкцій, апаратури, ЗІЗ • Використання радіопротекторів (біологічний захист)

Природні джерела іонізуючих випромінювань • Космос – 30 м. Бер (15, 1%) • Ґрунт, вода, будівельні матеріали – 50 – 130 м. Бер (68, 8%) • Радіоактивні елементи в тканинах людини (40 К, 14 С) – 30 м. Бер (15, 1%) • Інші джерела – 2 м. Бер (1, 0%) • Середня сумарна річна доза – 200 м. Бер

Штучні джерела опромінення • Медичні прилади, установки (флюорографія) – 370 м. Бер • Рентгенографія зуба – 3 м. Бер • Рентгеноскопія легенів – 2 – 8 м. Бер (50 – 75%) • Політ у літаку 2 – 2, 5 м. Бер (1 – 2, 5%) • Телевізор (4 години у день) – 1 м. Бер (0, 5%) • АЕС (при стабільній роботі) – 0, 1 м. Бер (0, 05%)