Электромагнитные поля и их воздействие на окружающую среду

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

Кафедра промышленной экологии

Реферат на тему:

«Электромагнитные поля и их воздействие на окружающую среду»

Выполнил студент

Группы 2401

Маткин С.Н.

Проверил:

Акульшин И.П.

Казань 2009

Содержание

Введение

1. Возможные последствия воздействия низкоэнергетического электромагнитного излучения на генетический аппарат живой клетки

2. Механизм воздействия электромагнитных полей на биологические объекты 3. Электромагнитный смог 4. Электронная техника, безопасная для человека 5. Зарубежный и российский опыт нормирования электромагнитных полей (ЭМП)

6. Критерии экологического нормирования

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Интенсивное использование электромагнитной и электрической энергии в современном информационном обществе привело к тому, что в последней трети 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 (ЭМП) искусственного происхождения является важным значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.

Анализ планов отраслей связи, передачи и обработки информации, транспорта и ряда современных технологий показывает, что в ближайшем будущем будет нарастать использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию в окружающую среду.

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 контроля и т.д. Особенностью этих источников является создание равномерной зоны "радиопокрытия", что является ничем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде.

Термин "глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды" официально введен в 1995 году Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ), включившей эту проблему в перечень приоритетных для человечества. В числе немногих всемирных проектов ВОЗ реализует Международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project ), что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой теме. В свою очередь практически все технически и культурно развитые страны реализуют свои национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального фактора загрязнения окружающей среды.

Живые организмы в процессе эволюции приспособились к определенному уровню ЭМП, однако, резкое значительное повышение (в историческом аспекте) уровня ЭМП вызывает напряжение адаптационно-компенсаторных возможностей организма, долговременное действие этого фактора может привести к их истощению, что повлечет необратимые последствия на системном уровне.

1. Возможные последствия воздействия низкоэнергетического электромагнитного излучения на генетический аппарат живой клетки

Текущий этап развития общества характеризуется тем, что многие традиционные ресурсы человеческого прогресса утрачивают свое первоначальное значение. Наряду с этим все большее значение приобретает информация. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития мирового сообщества. Этот факт приводит к повсеместному развитию технологий и средств связи. Сегодня уже недостаточно наличия простого телефона или телеграфа. Ценность информации заключена в оперативности ее доведения. Сегодня важно, чтобы любой потенциальный потребитель мог получить требующуюся ему информацию в любой желаемый момент времени, в необходимой форме и в предпочтительной для него точке физического пространства. Такой подход к обеспечению доступа к информационным ресурсам в последнее время привел к всплеску активности в области создания всевозможных систем связи и, прежде всего, систем космической связи, которые обладают требуемыми характеристиками по оперативности и глобальности доведения информации.

Создаваемые системы связи будут работать в СВЧ- и КВЧ-диапазонах электромагнитных излучателей и, по оценкам, могут создавать на поверхности Земли плотности мощности облучения 10^-6...10^-7 Вт/см² и в специально модулированных режимах - 10^-2...10^-3 Вт/см^2.

Однако, создавая все новые средства связи, основанные на передаче модулированных электромагнитных колебаний, человечество в недостаточной степени заботится о безопасности биосферы, не учитывает, что бурное и глобальное вторжение в окружающую среду воздействия столь неоднозначного фактора, как электромагнитное излучение, может привести к далеко идущим негативным последствиям. Далее в этой статье мы попытаемся дать краткое описание тех последствий, которые могут возникнуть в результате воздействия на биологические объекты электромагнитных излучений малой мощности.

Человек представляет собой сложную систему, состоящую из многих органов и подсистем, которые реагируют на изменения внутренних и внешних условий. Многочисленными исследованиями доказано, что основным носителем информации как внутри биологического объекта, так и между отдельными биологическими объектами, в том числе и между людьми, является электромагнитное излучение. При этом циркуляция огромного потока информации в процессе жизнедеятельности человека возможна только при использовании сигналов малой мощности. Затраты энергии на формирование этих сигналов определяются энергетическими возможностями человека. По оценкам специалистов, суммарная мощность информационных сигналов не превышает 1...10 мВт или 10^-3...10^-4 тепловой мощности, излучаемой организмом, а мощность КВЧ-излучения клетки составляет Р_кл=10^-23 Вт.

Исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными, привели к открытию эффекта сверхмалых доз. Уровень биологической организации, на которой обнаружено действие сверхмалых доз, весьма разнообразен - от клетки, макромолекул, органов и тканей до животных, растительных организмов и целых популяций.

Общие закономерности влияния сверхмалых доз биологически активных веществ (БАВ) наиболее ярко проявляются при изучении дозовых зависимостей. В некоторых случаях эта зависимость бимодальная: эффект возрастает при сверхмалых дозах препаратов, затем, по мере увеличения дозы, уменьшается, сменяется так называемой "мертвой зоной", где он не заметен, и вновь усиливается (рис. 1, кривая 1). Иногда в дозовой зависимости обнаруживается стадия эффекта "перемены знака". Например, если в области сверхмалых доз отмечалась ингибирующая активность, то по мере роста концентрации она сменялась стимулирующей, а затем вновь ингибирующей (рис. 1, кривая 2). В ряде случаев эффект в очень большом диапазоне концентрации почти не зависит от дозы (рис. 1, кривая 3).

Рис. 1. Типы кривых зависимости "доза-эффект"

Обобщение экспериментальных данных, полученных на различных животных и людях, свидетельствует, что воздействие излучений и препаратов может вызывать одинаковую реакцию испытуемых при дозах, отличающихся на 5-10 порядков. Наиболее ярким примером такого воздействия является применение гомеопатических препаратов.

Похожие зависимости наблюдаются и при воздействии сверхвысокочастотных излучений (СВЧ-излучений). Так, на кривой зависимости величины физиологического эффекта от плотности мощности облучения, наблюдаются два максимума (рис. 2). Эти максимумы также разделены "мертвой зоной", наличие которой объясняется как результат включения в работу активных барьерных механизмов и компенсирующих систем организма. Когда эти силы перестают справляться, наблюдается тотальное возбуждение, завершающееся срывом и гибелью организма.

Рис. 2. Зависимость эффекта (реакции объекта) от плотности мощности СВЧ-излучения

Естественно, что в ходе эволюции рецепторная система сформировалась таким образом, что она реагирует только на наиболее значимые сигналы малой интенсивности. Это, например, удалось показать в опытах по выработке у крыс условного рефлекса "избегания" в зависимости от параметров слабого электромагнитного сигнала. Реакция вырабатывалась лучше всего на сигнал с частотой 300 Гц при плотности мощности 10^-11 Вт/см².

Увеличение или уменьшение плотности мощности облучения на 1-2 порядка без изменения прочих параметров сигнала приводило к невозможности выработки условного рефлекса. К тому же приводило изменение частоты до 500 или 50 Гц.

Отмеченные результаты экспериментальных исследований имеют принципиально важное значение, так как они указывают на наличие резонансных параметров облучающего излучения, при которых реализуются и, соответственно, наблюдаются результаты воздействия. Наличием резонансных параметров можно объяснить существо бимодальных дозовых зависимостей.

Особенности резонансных воздействий можно объяснить с помощью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных под руководством П.П. Гаряева. Эти результаты дают основание утверждать, что первоосновой кодовой иерархии биологических систем являются инфраструктуры внеклеточных матриксов (ВКМ) цитомембраны, цитоскелета и ядра клетки. Все изменения в живом организме связаны в первую очередь с изменениями в этих структурах. ДНК, рибосомы и коллаген (основная составляющая часть белков ВКМ) - главные информационные биополимеры. Между ними в эпигенетическом режиме происходит обмен информацией по физическим каналам нелинейных акустических и электромагнитных колебаний. Кроме того, генераторами и акцепторами информационных волн внутри биообъектов являются различные жидкокристаллические структуры и внутриклеточная вода со способностью образовывать фрактальные структуры.

Экспериментально определены приблизительные резонансные частоты в Гц некоторых структур живой клетки: соматическая клетка - 2,39× 10¹²; ядро соматической клетки - 9,55× 10¹²; митохондрии из клетки печени - 3,18× 10¹³; геном клетки человека - 2,5× 10¹³; хромосома интерфазная - 7,5× 10¹¹; хромосома метафазная - 1,5× 10¹³; ДНК - (2...9) × 10⁹; нуклеосома - 4,5× 10¹⁵; рибосомы - 2,65× 10¹⁵; клеточные мембраны - 5× 10¹⁰; цитоскелет - 10⁸; эритроциты - (3,5...4,0) × 10¹⁰.

Одной из главных особенностей реализации резонансных воздействий является мизерная мощность и малое время облучения. Так, аппараты информационно-волновой терапии "Порог-1" и "Минитаг" работают при сверхмалой плотности потока мощности приблизительно 10^-17 Вт/см² в течение нескольких секунд или минут.

Отмеченные выше резонансные частоты живой клетки совпадают с частотами излучений космических аппаратов связи (КАС). Создаваемые же этими аппаратами плотности мощности и длительности облучения будут существенно превышать (на 10 и более порядков - такое облучение возможно в течение всей жизни) энергетические уровни, вызывающие изменения в живых клетках. В связи с этим рассмотрим возможные последствия от действия электромагнитных излучений КАС на биологические объекты. Особое внимание уделим наиболее чувствительным к энергетическому воздействию механизмам генетического кодирования биологической информации.

Фундаментальным свойством живого, в гораздо большей степени присущим живым организмам, чем природе в целом, является способность к генерированию посредством самоорганизации новых, отсутствовавших ранее свойств и процессов. Прогрессивная эволюция с этой точки зрения представляет собой процесс самоорганизации, выражающийся в самопроизвольном образовании все более сложных структур. Однако любая однажды возникшая структура не является статичной, она может потерять устойчивость либо вследствие изменения условий среды, либо из-за изменения параметров самой системы. Мутации, которые несут селективное преимущество, имеют тенденцию усиливаться, т.е. порождают неустойчивость. Таким образом, естественный отбор фактически основан на неустойчивостях, вызванных появлением благоприятных мутантов, которые приводят к развалу ранее устойчивых структур, а эволюция представляет собой бесконечную смену одних устойчивых состояний другими через неустойчивые.

Такое представление об эволюции хорошо стыкуется с современными представлениями о синергетике. Современный синергизм - это признание роли малых по энергии флуктуаций, которые в сложных системах могут изменять структуру систем в точке бифуркации.

Считается, что именно низкоэнергетические сигналы влияют на выбор пути дальнейшего развития в момент бифуркации, когда имеется ряд равноценных продолжений.

В результате суперпозиции полей нескольких излучений возможно возникновение стоячих волн, частота которых будет совпадать с резонансными частотами живых клеток и ритмами различных органов и функциональных систем организма. Поэтому появляется вероятность изменения (в том числе и негативного) генетического аппарата живых клеток при длительном воздействии низкоэнергетических электромагнитных излучений КАС. В результате такого воздействия на генетические механизмы транскрипции, трансляции, репарации, а также на механизм экспрессии генов, могут возникать особи отдельных биологических видов с непредсказуемыми свойствами.

Освоение механизма управления экспрессией генов с помощью электромагнитных излучений может открыть двери к управлению поведением и состоянием биологических объектов, вплоть до их клонирования. Использование такого управления даст возможность дистанционно подавлять активность болезнетворных микроорганизмов, бактерий, насекомых и т.д.

В отношении человека возникает опасность того, что у населения облученных территорий могут быть спровоцированы нежелательные последствия на генном и физиологическом уровнях. Так, при облучении организма человека возможно ингибирование ряда участков генома лимфоцитов. Это может привести к различным отклонениям, в первую очередь - к наиболее сложной системе иммунной защиты организма. Такое воздействие позволит путем ингибирования трансляции определенных генов прекратить синтез иммуноцитов, отвечающих за выработку антител к определенному антигену. Спустя некоторое время после воздействия иммунная система облученных будет не в состоянии противостоять инфекции, вызванной антигеном, реакция на который ингибирована, и даже грипп окажется смертоносным.

Поскольку мутации по большей части вредны, ни один биологический вид не может позволить себе быстро накапливать их в своих половых клетках. Сохранение вида требует, чтобы половые клетки организмов были защищены от быстрых генетических изменений, но сохранение каждого конкретного индивидуума требует такой же защиты и для всех остальных клеток организма. Нуклеотидные замены в соматических клетках могут способствовать естественному отбору в пользу тех клеток, которые лучше приспособились к существующим условиям. Это может привести к их неконтролируемому размножению, например, развитию рака, на долю которого в Западном полушарии приходится более 20% преждевременных смертей. Убедительные исследования показывают, что гибель людей в данном случае вызвана главным образом накоплением изменений в последовательностях ДНК соматических клеток. Десятикратное повышение частоты мутаций привело бы, вероятно, к катастрофическому росту числа раковых заболеваний.

Таким образом, учитывая недостаточную изученность воздействия электромагнитных излучений на биологические объекты, а также тенденции развития космических систем связи, следует отметить необходимость проведения электромагнитного мониторинга окружающей среды с целью контроля над теми процессами в жизни общества, которые могут получить развитие в период активного ввода в действие новых систем и устройств, генерирующих электромагнитное излучение. Этот вопрос приобретает наибольшую актуальность именно теперь, когда создаются глобальные системы космической связи.

2. Механизм воздействия электромагнитных полей на биологические объекты

Для решения проблемы создания биологически безопасных технических систем необходимо выяснить механизм опасного воздействия искусственных полей на живые организмы. Исследования в области теории физического вакуума позволили получить ряд принципиально новых результатов, которые заставляют пересмотреть сложившееся понимание механизма поглощения энергии полей биологическими объектами. Очевидно, у биосистем существует особый, не изученный механизм поглощения энергии электромагнитных полей и превращения ее в электричество, который до сих пор не имел аналогов в технике. Процесс преобразования энергии в клетках происходит под действием электромагнитного поля в физической среде, не обладающей магнитными свойствами. При этом отсутствуют привычные резонансные контуры и индуктивности. Вышесказанное означает, что не всегда нужно искать аналогию с известными радиотехническими методами при объяснении явлений поглощения или преобразования энергии.

Вредное влияние электронных систем на человека было замечено давно. Во многих областях применения таких систем принимались меры для уменьшения вредного воздействия. Наиболее эффективным считается экранирование. Это особенно касается технических систем с использованием СВЧ. При этом все меры направлены на ограждение человека от влияния вредного фактора, а не на принципиальное устранение самого вредного фактора. Экранирование позволяет уменьшить энергию полей в окружающем пространстве, но никак не влияет на структуру поля, поэтому фактор, оказывающий вредное воздействие на человека остается не устраненным. В радиотехнике известно, что условием значительного воздействия поля является наличие резонансных явлений. Такой подход часто пытаются распространить и на биологические системы. Но поскольку резонансные явления в организме человека, особенно на низких частотах, являются маловероятными, то отсюда делался ошибочный вывод об отсутствии опасного влияния низкоинтенсивных и низкочастотных излучений. При этом считалось, что пространство, окружающее человека – физический вакуум, во взаимодействии не участвует.

Исследования в области теории физического вакуума заставляют пересмотреть сложившееся понимание механизма поглощения энергии полей биологическими объектами. Главную роль играют геометрические особенности полей. Становится определяющим не уровень энергии, поглощенной веществом, а уровень энергетической насыщенности физического вакуума и особенности его структурной организации. Поэтому воздействие на вещество может проявляться даже при очень низких уровнях поглощаемой энергии и носить не пороговый характер. Полностью механизм влияния искусственных полей на биологические системы еще предстоит раскрыть, но уже ясно, что он мало коррелирует с механизмом поглощения энергии, который демонстрируют нам существующие ныне технические системы, использующие резонансные явления. Высказано предположение, что чрезвычайно высокая чувствительность биологических объектов к электромагнитным полям обусловлена геометрическими особенностям полей и тем, как асимметрия структуры ДНК соотносится с асимметрией поля. В двойной спирали ДНК – в этой геометрической особенности ДНК, необходимо искать причину высокой чувствительности живых организмов к электромагнитным полям.

Сложившийся ныне подход к созданию технических систем, безопасных для человека, состоит в создании опасного объекта с последующей борьбой с вредным фактором. Это связано с тем устоявшимся мнением, будто бы невозможно создание абсолютно безвредных технических систем и что естественным является признание неизбежности существования вредного фактора.

При этом вопрос о возможности создания абсолютно безопасных систем, в принципе не имеющих вредных факторов, даже не ставится.

Если спрогнозировать развитие электронных систем с учетом расширения их использования в жизни человека, то станет совершенно ясно, что совокупный фактор вредного воздействия скоро увеличится настолько, что поставит под сомнение столь широкое их применение. Электроника, развиваясь без устранения своего вредного влияния на человека, в будущем приведет саму себя к вырождению. Будущее за безопасными электронными системами, они полностью вытеснят нынешние вредные для здоровья компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, СВЧ-печи и т. д.

В последнее время значительно активизировались исследования, направленные как на выяснение сущности физического вакуума, так и на разработку прикладных вакуумных технологий. На вакуумные технологии возлагаются надежды как на многообещающие экологически чистые технологии. Новое понимание сущности физического вакуума, указывает на серьезные последствия насыщения его энергией искусственных электромагнитных полей. Влияние этого искусственно созданного “электромагнитного смога” на биосферу может оказаться непредсказуемым. Нужны принципиально новые решения проблемы биологической безопасности электронных устройств на совершенно новых идеях. Не только и не столько экранировкой можно защититься от опасных излучений. Более перспективным является избавление от опасного воздействия излучений путем перестройки структур полей, генерируемых электронными системами.

На то, что не уровень энергии, а структурные особенности так важны, указывают медицинские исследования. Так, например, феномен лазерной биостимуляции широко используется в медицинской практике, хотя его сущность и механизмы еще далеко не полностью раскрыты и поняты. Отсутствует убедительная теория "сильных" действий лазерных излучений малых интенсивностей при взаимодействии с биологическими объектами в методах лазерной терапии. Единственным способом оценки эффектов, возникающих при взаимодействии электромагнитных излучений с объектами облучения, являются методы экспертных оценок. Отсутствие как теоретических, так и экспериментальных обоснований воздействия электромагнитных излучений на человека приводит некоторых исследователей к рассмотрению наблюдаемых фактов, в частности, воздействия лазеров на различные процессы, как явлений, выходящих за границы современной научной парадигмы. В январе 1999 г. сотрудниками МКБ "Электрон" и МФТИ в процессе проведения исследований по влиянию излучений слабых полей различной физической природы на изменение некоторых физических параметров предельно чистой воды, в частности, электрической проводимости, был экспериментально зарегистрирован устойчивый эффект изменения величины удельной электрической проводимости образцов предельно чистой воды после воздействия излучения маломощных гелий-неоновых лазеров. Особенностью зарегистрированного эффекта являлось то, что характер изменения по величине, знаку и времени сохранения эффекта не соответствовал тепловому эффекту при поглощении электромагнитного излучения. Одна из наиболее приемлемых гипотез, высказанных экспериментаторами, заключается в том, что эффект изменения электрической проводимости воды под воздействием низкоинтенсивного лазерного излучения вызывается влиянием лазерного излучения на структуру водных молекулярных ассоциатов. Т.е. получаемые результаты могли быть следствием изменения структуры воды.

В 2001 году группой ученых медико-биологического отдела МКБ "Электрон" изучалось воздействие низкоинтенсивных излучений различных лазеров на показатель скорости оседания эритроцитов крови человека. В ходе этих экспериментов выяснилось, что под действием низкоинтенсивного лазерного излучения в человеческой крови происходит перерождение эритроцитов. В результате наступает разрушение иммунной системы в целом.

Лазерное излучение является плоскополяризованным. Т. е. плоскости электрической и магнитной составляющих взаимно ортогональны и их пространственная ориентация не меняется. Следовательно, структурные особенности излучений лазера могут играть решающую роль.

Лазеры все больше и больше входят в нашу жизнь. Уже выпускаются лазерные светильники, лазерные фонарики, дети с удовольствием пользуются лазерными указками. При этом трудно спрогнозировать последствия воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на здоровье людей.