Электромагнитное загрязнение окружающей среды

     Введение

 

     Интенсивное использование электромагнитной и  электрической энергии в современном  информационном обществе привело к  тому, что в конце XX века возник и  сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды - электромагнитный. К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, некоторых видов  транспорта, а также развитие ряда технологических процессов. В настоящее  время мировой общественностью  признано, что электромагнитное поле искусственного происхождения является важным значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.

     Новые промышленные технологии привели к  созданию и повсеместному распространению  источников электромагнитного излучения. Применение радиотехнических приборов и систем, новых технологических  процессов приводит к излучению  электромагнитной энергии в окружающую среду . В основном повышение уровня ЭМИ связано с ускоряющими темпами развития средств связи и информатизации, без которых дальнейший научно-технический прогресс стал невозможен.

     С начала 90-х годов произошли изменения  в структуре источников ЭМП, связанные  с возникновением их новых видов (сотовой и других видов персональной и мобильной коммуникации), освоением  новых частотных диапазонов теле- и радиовещания, развитием средств  дистанционного наблюдения и т.д. Особенностью этих источников является создание равномерной  зоны "радиопокрытия", что является ничем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде.

     Технологическое развитие информационного общества привело к тому, что в условиях постоянного воздействия ЭМП  находится значительная часть экосистем, особенно в условиях городов, на прилегающих  к городам территориях, а также  локально в практически незаселенных условиях.  

Высокие уровни ЭМП обнаруживают даже в местах, недоступных для человека, но заселенных представителями флоры и фауны. Однако нормирование ЭМП как физического фактора внешней среды проводится только с целью его санитарно-гигиенической оценки для человека, а экологические нормативы для источников ЭМП в нашей стране отсутствуют.

1. Современное состояние проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды.

     В последние годы на Земле сложились  новые экологические условия, характеризующиеся  термином "электромагнитное загрязнение  среды", введенным в обиход Всемирной  Организацией Здравоохранения.

     В связи с этим в данной главе  рассматриваются основные естественные и антропогенные источники электромагнитного  излучения, а также биологические  эффекты действия электромагнитного  излучения на живые организмы. 

1. Электромагнитное  излучение

     Электромагнитное  излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей. Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения (фазовая) в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых векторы напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику, в том числе и через вакуум.

     Электромагнитное  излучение принято делить по частотным  диапазонам. Между диапазонами нет  резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения  излучения постоянна, то частота  его колебаний жёстко связана  с длиной волны в вакууме.

     Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E (t) и магнитного В (t) полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды. 
 
 
 
 
 

     Таблица 1. Диапазоны электромагнитного излучения

 

     Электромагнитные  излучения различных частот (таблица 1) взаимодействуют с веществом  также по-разному. Процессы излучения  и поглощения радиоволн можно описать с помощью соотношений электродинамики; а для волн оптического диапазона и жестких лучей необходимо учитывать их квантовую природу.

2. Характеристика  естественных источников ЭМП

 

     На  протяжении всей эпохи эволюции живых  организмов электромагнитные излучения  существуют в среде их обитания –  биосфере.

     Основные  естественные источники ЭМП : 1) атмосферное электричество; 2) радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной); 3) Электрическое и магнитное поля Земли (грозы - испускание низких ЭМИ). 

     

1. Атмосферное электричество

     Атмосфериками называют ЭМП, создаваемые атмосферными разрядами. Частотный диапазон атмосфериков широк – от сотен герц до десятков мегагерц. Их интенсивность максимальна на частотах вблизи 10 кГц и убывает по мере возрастания частоты. В районах, близких к местам грозовых разрядов, напряжённости электрической составляющей ЭМП атмосфериков – порядка десятков, сотен и даже тысяч В/м на частотах, близких к 10 кГц.

     Основными очагами атмосфериков являются континенты тропического пояса, а к высоким широтам интенсивность грозовой деятельности убывает.

     Известна  суточная и сезонная периодичность  грозовой деятельности. Грозовая деятельность связана также с солнечной  активностью: во время вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.

2. Радиоизлучения  Солнца и галактик

     Частотный диапазон радиоизлучения Солнца и галактик довольно широк – от 10 МГц до 10 ГГц. Интенсивность солнечного радиоизлучения напрямую связано с солнечной  активностью. Поток радиоизлучений из галактик на частоте 100 МГц составляет по порядку величины Вт/м²/ МГц.

     Интенсивность этих радиоизлучений изменяется с суточной периодичностью, что связано с  вращением Земли относительно источников излучений. Кроме того, радиоизлучения изменяются по интенсивности с периодичностью 27-28 дней, связанной с вращением  Солнца, и, наконец, с 11-летней периодичностью солнечной активности.

3. Геомагнитное  поле

     Земля обладает магнитным полем, неоднородным по своей структуре и динамическим свойствам.

     Геомагнитное  поле состоит из постоянного и переменного полей. Переменное геомагнитное поле может изменяться – это спокойные и возмущенные вариации, амплитуды и фазы которых изменяются в течение суток и на протяжении года в зависимости от солнечной активности; это геомагнитные пульсации – электромагнитные волны очень низкой частоты, наблюдающиеся на поверхности Земли. Следовательно, магнитное поле Земли находится в непрестанном изменении, сложность которого отражают изменения различных параметров.

     1.2.4 Электрическое поле Земли

     В атмосфере Земли существует электрическое  поле (Е), направленное вертикально  к земной поверхности так, что  эта поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы –  положительно. Напряжённость этого  поля зависит от географической широты: она максимальна в средних  широтах, а к экватору и полюсам  убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли Е убывает  примерно по экспоненциальному закону (около 5 В/м на высоте 9 км).

     Величина  Е испытывает периодические годовые  и суточные изменения. Суточные изменения  носят как общепланетарный, так и местный характер. Над различными по широте областями океана и в полярных областях суточное изменение Е происходит по единому универсальному времени и называется унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Над остальными областями суши суточное изменение Е связано ещё и с местной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости от времени года.

3. Характеристика антропогенных источников ЭМП

 

     Антропогенные источники ЭМП можно разделить  на следующие группы:

     – системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0-3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, системы электроснабжения, бытовые приборы

     – транспорт на электроприводе (0-3 кГц) : железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт - метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения потока магнитной индукции В в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл.

     – функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 - 300 кГц), средних частот (0,3 - 3 МГц), высоких частот (3 - 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 - 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т. п. [5]

 

1. Системы производства, передачи, распределения и  потребления электроэнергии постоянного и  переменного тока

     1) Линии электропередачи.

     Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров.

     Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит  в названии - например, ЛЭП 220 кВ), чем  выше напряжение - тем больше зона повышенного  уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы линии электропередачи.

     Дальность распространения магнитного поля зависит  от величины протекающего тока или  от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

     Границы санитарно-защитных зон для линий  электропередачи на действующих  линиях определяются по критерию напряженности  электрического поля - 1 кВ/м.

     К размещению воздушных линий ультравысоких  напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются  дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных  линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

     2) Бытовые электроприборы.

     Наиболее  мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой "без инея", кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа.