Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Совокупное воздействие экологических факторов

На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле Земли, являясь первичным экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние природных экосистем. В процессе эволюционного развития отдельные организмы и биота в целом адаптировались к этому естественному фону. Определенное отрицательное воздействие естественного магнитного поля на биоту и на организм человека наблюдается лишь в периоды повышенной солнечной активности, когда под влиянием мощного потока заряженных частиц, исходящего от Солнца, магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик.

Это явление, получившее название магнитных бурь, негативно отражается на функционировании организма человека и, вообще, на состоянии всех экосистем. В этот период отмечается ухудшение состояния больных, в особенности, страдающих сердечно-сосудистыми и нервно-соматическими заболеваниями. Влияют магнитные поля и на животных, в особенности, на птиц и насекомых.

На нынешнем этапе развития научно-технического прогресса все более заметное влияние на биоту оказывают электромагнитные поля, обусловленные деятельностью человека. Неионизирующая часть полного спектра электромагнитных излучений лежит в диапазоне от 0 до 10¹⁵ Гц. Международная классификация электромагнитных волн по частоте и длине волны приведена в следующей таблице.

В электромагнитном поле выделяют ближнюю и дальнюю зоны. В ближней зоне, соответствующей расстояниям от источника, меньшим длины волны l, электромагнитное поле можно считать квазистатическим. Ближняя зона представляет собой зону формирования волны, напряженность поля в ней убывает с расстоянием как r ^-3. В дальней зоне волна считается уже сформированной, напряженность поля в ней убывает как r ^-1.

Основными источниками электромагнитных полей в окружающей среде служат линии электропередач (ЛЭП), телевизионные и радиолокационные станции. На территории СНГ общая протяженность наиболее распространенных ЛЭП-500 превышает 20000 км (кроме ЛЭП-500 имеются также ЛЭП-150, ЛЭП-300 и ЛЭП-750). Линии электропередач и некоторые другие энергетические установки создают вокруг себя электромагнитные поля промышленной частоты (50 Гц) напряженностью, в сотни раз превышающей уровень для полей естественного происхождения. Напряженность электрического поля под ЛЭП может достигать десятков тысяч В/м.

Электротранспорт является мощным источником магнитного поля в диапазоне 0 – 10³ Гц. Среднее значение магнитной индукции в электричках и на транспорте с приводом от постоянного тока составляет примерно 20 мкТл.

Источниками электромагнитных полей частотой 50 Гц в жилых помещениях являются электропроводка и бытовые приборы (холодильники, утюги, пылесосы, телевизоры, компьютеры и т.п.). Наибольший вклад может вносить электротехническое оборудование здания – трансформаторы, кабельные линии. Величина электрического поля в обычной квартире составляет 1 – 10 В/м. У незаземленного монитора персонального компьютера значение напряженности электрического поля может достигать 150 – 170 В/м на расстоянии 0,5 м.

К источникам электромагнитных полей в частотном диапазоне 3 кГц – 300 ГГц относятся:

· Передатчики НЧ- СЧ- и ВЧ-диапазонов. Только Министерству связи России принадлежит более 100 передающих радиоцентров, некоторые из которых располагаются среди жилой застройки;

· Радиостанции ДВ (30 – 300 кГц). Длины волн в указанном диапазоне составляют порядка нескольких км, поэтому на расстояниях от антенны, меньших длины волны, электромагнитное поле может быть очень существенным. Так, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 150 кГц, напряженность электрического поля достигает 630 В/м, а магнитного – 1,2 А/м;

· Радиостанции СВ (300 кГц – 3 МГц). На расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 50 кВт напряженность электрического поля может составлять около 275 В/м;

· Радиостанции КВ (3 – 30 МГц). Передатчики этого диапазона имеют, как правило, меньшую мощность. Чаще всего их размещают в городах на крышах зданий на высоте 10 – 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать поле напряженностью около 45 В/м;

· Телевизионные передатчики. Обычно их располагают в городах. Напряженность электрического поля, генерируемого антенной передатчика мощностью 1 МВт на расстоянии 1 км от антенны достигает 15 В/м;

· Системы мобильной радиосвязи работают на частоте 27 МГц. Напряженность электрического поля переносной станции вблизи от антенны может составлять 200 В/м, поэтому такие станции требуют, как правило, использования средств защиты от электромагнитных полей;

· В России быстро развивается сотовая связь, основанная на разделении обслуживаемой территории на соты радиусом 0,5 – 35 км, в центре которых располагаются базовые станции, работающие с подвижными станциями, роль которых играют мобильные телефоны.

В основе биологического действия электромагнитных полей лежат различные процессы, протекающие в биологических тканях и органах. Одним из таких процессов является поляризация диэлектрической среды, которой служит биологическая ткань. Процессы поляризации связаны, в основном, с наличием дипольных электрических моментов у белковых молекул и других макромолекулярных структур, у молекул свободной воды в цитоплазме клеток и т.д.

Процессы поляризации значительно усиливаются за счет резонанса, когда частота внешнего поля оказывается равной собственной частоте осцилляторов среды, либо за счет спонтанной поляризации, характерной для сегнетоэлектриков, у которых дипольные моменты могут самопроизвольно приобретать одинаковую ориентацию, образуя домены размерами до 10 нм. Во внешнем электрическом поле сегнетоэлектрики поляризуются в десятки и сотни раз сильнее обычных диэлектриков.

Эффекты, вызываемые действием магнитного поля, значительно слабее, по сравнению с электрическим полем, поскольку заряды в биологической ткани движутся с нерелятивистскими скоростями.

Следует отметить, что последствия воздействия электромагнитных полей в различных частотных диапазонах на биологические объекты и, в частности, на организм человека изучены в недостаточной степени и могут быть как положительными, так и негативными. Например, экспериментально выявлено специфическое действие микроволнового излучения на мембраны клеток. Микроволны интенсивностью 0,1 – 1 мВт/см² могут оказывать стабилизирующее воздействие на мембраны эритроцитов человека. Такой эффект обусловлен, по-видимому, ростом интенсивности взаимодействия белков и липидов в мембранах.

В других экспериментах было показано, что миллиметровое излучение интенсивностью 30 и 100 мВт/см² синхронизирует циклы размножения в культуре дрожжей.

Существует гипотеза об электромагнитной природе процессов управления защитными функциями живого организма, которая позволяет достаточно просто объяснить медико-биологическое действие миллиметрового излучения. Ключевой является идея о генерации живой клеткой собственных колебаний акустоэлектрической природы, возникающих вследствие деформации клеточной мембраны. Согласно этой гипотезе, возникновение в клетках таких автоколебаний, тесно связанных с биохимическими и биофизическими процессами, представляет собой начальный этап действия общего механизма защиты организма. Внешнее воздействие электромагнитного излучения КВЧ-диапазона интенсифицирует деятельность защитных функций организма, если частота излучения соответствует спектру частот собственных колебаний осцилляторов клеток; при этом ускоряются процессы биосинтеза белка.

Однако в целом электромагнитные поля чаще оказывают на организм человека негативное воздействие, нежели положительное. В частности, электромагнитные поля оказывают отрицательное воздействие на иммунную систему организма. Исследования показали, что под влиянием микроволнового излучения низкой интенсивности возможно возникновение явлений аутоиммунитета, когда в организме образуются антитела, направленные против собственных тканей. Под влиянием электромагнитных полей наблюдается увеличение содержания адреналина в крови, активация процессов свертывания крови.

Негативное воздействие электромагнитных полей на человека и на биоту экосистем пропорционально мощности излучения и времени пребывания в поле излучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушается работа эндокринной системы, процессы метаболизма, функции головного и спинного мозга и др.

Негативное воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций изучалось, в частности, японскими учеными, которые обнаружили заметное увеличение частоты заболеваний катарактой глаз в районах, расположенных поблизости от мощных излучающих теле- и радиоантенн.

Национальным институтом охраны труда и профилактики профессиональных заболеваний США было проведено обследование операторов видеотерминалов (мониторов персональных компьютеров), которое показало, что они подвержены стрессам в значительно большей степени, чем работники других профессиональных групп. Операторы жаловались на пелену перед глазами, сыпь на лице, хроническую головную боль, тошноту, головокружение, сильную возбудимость, депрессию, быструю утомляемость, снижение трудоспособности и нарушение сна.

Факториальная экология. Природная среда и закономерности действия экологических факторов. Важнейшие экологические факторы и адаптация к ним живых организмов. Лимитирующий фактор. Законы минимума и толерантности.

раздел общей экологии, изучающий закономерности воздействия факторов окружающей среды на биологической системы и ответные реакции последних на эти воздействия.

Совокупное воздействие экологических факторов

Экологические факторы среды воздействуют на орга­низм одновременно и совместно. Совокупное воздействие фак­торов – констелляция, в той или иной мере взаимоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Хорошо изучено влияние влажности воздуха на восприя­тие животными температуры. С повышением влажности умень­шается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных меха­низмов приспособления к высокой температуре. Низкие тем­пературы также легче переносятся в сухой атмосфере, имею­щей меньшую теплопроводность (лучшие теплоизоляционные свойства). Таким образом, влажность среды меняет субъектив­ное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе у человека.

В комплексном действии экологических факторов среды значение отдельных экологических факторов неравноценно. Среди них выделяют ведущие (главные) и второстепенные факторы.

Ведущими являются те факторы, которые необходимы для жизнедеятельности, второстепенными — существующие или фоновые факторы. Обычно у разных организмов различные ве­дущие факторы, даже если организмы живут в одном месте. Кроме того, смену ведущих факторов наблюдают при переходе организма в другой период своей жизни. Так, в период цвете­ния ведущим фактором для растения может быть свет, а в период формирования семян — влага и питательные вещества.

Иногда недостаток одного фактора частично компенсиру­ется усилением другого. Например, в Арктике продолжитель­ный световой день компенсирует недостаток тепла.

Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).

Антропогенные факторы — деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.). При этом различается воздействие человека как биологического организма и его хозяйственная деятельность (техногенные факторы).

Первичные факторы — это те, которые существовали до появления жизни: температура, освещенность, приливы и отливы и др. К этим факторам адаптация наиболее совершенна.

Вторичные факторы — это следствие изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений и др.

Закон минимума (закон Ю. Либиха или правило ограничивающих факторов) – возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Так, продвижение вида на север может лимитироваться (ограничивается) недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства.

Закон толерантности (закон оптимума или закон В. Шелфорда) – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей (много «хорошо» – тоже «не хорошо»).

Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором.

Биосфера. Основные компоненты биосферы. Функции живого вещества в биосфере. Параметры состояния, свойства, показатели, характеризующие реакцию окружающей среды на воздействие человека. Состояние элементов биосферы во времени при различных нагрузках. Биотехносфера. Ноосфера.

Биосфе́ра — совокупность частей земной оболочки (лито, гидро и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимическая сила планетарного масштаб.

Сам термин биосфера ввел Э.Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Заслуга же создания целостного учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому