Глава 2 современная ноксосфера

Любая опасность становится го­раздо менее страшной, если извест­ны ее причины.

Конрад Лоренц

В любом хозяйственном цикле образующиеся отходы и возникаю­щие побочные эффекты (в том числе опасности. — Прим. авт.) неустрани­мы, они могут быть либо уменьшены за счет вторичной переработки, либо переведены из одной физико-хими­ческой формы в другую, либо пере­мещены в пространстве.

Закон о неустранимости отходов и (или) побочных воздействий производств

Изучив материалы этой главы, студент должен:

• знать', важнейшие процессы взаимодействия человека со средой обитания (энергообмен, теплообмен, массообмен), основ­ные особенности естественных (повседневных, стихийных), ант­ропогенных и техногенных опасностей (постоянных, чрезвычай­ных);

• уметь\ классифицировать опасности по происхождению, оп­ределять интегральную картину опасностей, проводить первич­ную качественную оценку опасностей среды обитания;

• владеть навыками приоритетного описания поля опасностей отдельных видов деятельности.

Для оценки влияния современного мира опасностей (нок- сосферы) на человека и природу целесообразно прежде все­го изучить основы процессов их взаимодействия, а также негативное влияние техносферы на среду обитания и чело­века.

2.1. Взаимодействие человека с окружающей средой

Организм человека постоянно находится во взаимодей­ствии с окружающей его средой. Жизнь урбанизированного человека неразрывно связана со следующими процессами: труд, пребывание в городской среде, использование средств транспорта, сфера быта, активный и пассивный отдых.

Энергообмен человека.Совершение всех видов деятель­ности организма осуществляется за счет потребляемой им химической энергии, содержащейся в биологическом «топ­ливе» — пище.

Совокупность всех химических реакций в организме, необ­ходимых для обеспечения его веществом и энергией, называ­ется обменом веществ. В науке используют понятия основ­ного обмена и обмена при различных видах деятельности.

Основной обмен характеризуется величиной всех энерге­тических трат в организме при полном мышечном покое, в стандартных условиях (при комфортной температуре ок­ружающей среды, спустя 12—16 часов после приема пищи, в положении лежа). Эта энергия тратится только на поддер­жание жизни в теле человека, ее расход составляет 4,2 кДж в час на 1 кг массы тела. Для человека массой 70 кг общие энергетические траты при основном обмене составляют 294 кДж/ч, что соответствует мощности 81,7 Вт. Любое от­клонение от этих условий вызывает изменение интенсивно­сти основного обмена. Так, после приема пищи в зависимо­сти от ее вида основной обмен возрастает на 10—30%, а с повышением температуры тела на 1 °С интенсивность ос­новного обмена возрастает в среднем на 5%. Основной об­мен зависит также от эмоционального состояния человека, его пола и возраста.

При напряжении мышц туловища затраты энергии пре­вышают уровень основного обмена на 5—10%, в положении стоя — на 10—25%, при вынужденной неудобной позе — на 40-50%.

Энергозатраты при мышечной работе зависят от ее на­пряженности и продолжительности. Так, затраты энергии на ходьбу зависят от скорости передвижения человека и составляют примерно 175, 245 и 315 Вт соответственно при значениях скорости 3,4 и 5 км/ч. Затраты энергии при мышечной работе различной интенсивности приведены ниже:

Сон	67,5-71,1
Легкая сидячая работа	116,4-139
Легкая физическая работа	140-174
Работа средней тяжести	175-290
Тяжелая физическая работа	Более 290

При интенсивной интеллектуальной работе потребности мозга в энергии составляют 15—20% основного обмена. Пре­вышение суммарных энергетических затрат при умственной работе определяется степенью нервно-эмоциональной напря­женности. Так, при чтении вслух сидя расход энергии повы­шается на 48%, при выступлении с публичной лекцией — на 94%, у операторов вычислительных машин — на 60—100%.

Суточные энергозатраты (мДж) зависят от рода деятель­ности человека:

Работники умственного труда (врачи, педагоги, дис­петчеры и др.)	10,5-11,7
Работники механизированного труда и сферы обслу­живания (медсестры, продавцы, рабочие, обслужива­ющие автоматы)	11,3-12,5
Работники, выполняющие работу средней тяжести (станочники, шоферы, хирурги, полиграфисты, литей­щики, сельскохозяйственные рабочие и др.)	12,5-15,5
Работники, выполняющие тяжелую работу (лесору­бы, грузчики, шахтеры, металлурги)	16,3-18

Еще в 1840 г. Ю. Либих сформулировал так называемый закон минимума, который гласит: «Выносливость организ­ма определяется слабым звеном в цепи его потребностей; его жизненные возможности лимитируются факторами, ко­личество и качество которых близко к необходимому орга­низму минимуму. Дальнейшее снижение или ухудшение этих факторов ведет организм к гибели».

Теплообразование и температура тела человека. Нор­мальная жизнедеятельность человека может осуществлять­ся только при определенных метеорологических условиях: давлении Р, температуре t,относительной влажности ср и ско­рости движения окружающего воздуха W. Эти параметры влияют на интенсивность тепломассообмена тела человека с окружающей средой, в процессе которого отводится выра­батываемая организмом теплота <2_выр, а температура тела поддерживается на определенном уровне, обеспечивающим

нормальное протекание обменных реакций в организме че­ловека. Для человека температурный оптимум близок к тем­пературе тела, составляющей около +37°С, под которой по­нимают температуру его внутренних органов. Ее величина достаточно стабильна и лишь незначительно изменяется с те­чением суток и с возрастом. Максимальная величина темпе­ратуры тела (37,0—37,ГС) наблюдается в 16—18 часов, ми­нимальная — (36,0—Зб,2°С) наблюдается около 3—4 часов. У пожилых людей температура тела снижается до 35,0— 36,0°С. Жизнедеятельность организма человека возможна лишь при температуре тела не ниже +25°С и не выше +43°С.

Значительная часть энергии, высвобождающейся при окислительно-восстановительном распаде пищи, трансфор­мируется в теплоту, но основное количество теплоты (от 65 до 70%) вырабатывается в мышцах тела человека. При ин­тенсивной мышечной работе количество выделяемой в мышцах теплоты повышается до 90% от общей теплопро­дукции тела человека. Теплопродукция организма зависит не только от интенсивности мышечной работы, но также и от температуры окружающей среды (табл. 2.1).

В поверхностном слое тела толщиной примерно 2,5 см происходит снижение температуры тканей, вызванное поте­рей теплоты в окружающую среду. Поэтому температура ко­жи несколько ниже температуры внутренних органов. Так, температура кожи лба колеблется в диапазоне 32,5—34°С, груди 31—33,5°С, кистей рук — 28,5°С, пальцев стопы — 24,4°С. Наибольшее значение температуры кожи наблюда­ется в подмышечной впадине — 36,5—36,9°С. Эту темпера­туру чаще всего и используют для оценки теплового состо­яния организмачеловека.

Интенсивность работы	Температура воздуха в помещении
	10°С	15"С	20°С	25° С	30°С	35°С
Состояние покоя	163	145	116	93	93	93
Легкая работа	180	157	151	145	145	145
Работа средней тяжести	215	210	204	198	198	198
Тяжелая работа	291	291	291	291	291	291

Количество теплоты, выделяющейся в теле человека при различных физических нагрузках и температуре воздуха в помещении, Вт

Таблица 2.1

Выделение теплоты в теле человека вызывает нагрев его тканей. Так, количество теплоты, выделяющейся в организ­ме человека, находящегося в состоянии покоя, достаточно для нагрева его тела в течение одного часа на 1,2°С, а при выполнении им работы средней тяжести — почти на 3°С. Однако этому препятствует отвод вырабатываемой теплоты в окружающую среду.

Теплообмен тела человека с окружающей средой осуще­ствляется через кожные покровы, а также в процессе дыха­ния за счет нагрева вдыхаемого в легкие воздуха и испаре­ния воды с их поверхности. При этом организм использует все существующие в природе механизмы теплообмена: теп­лоизлучающий, теплопроводный, конвективный и транспи- рационный (посредством испарения влаги). Поэтому коли­чество отводимой в окружающую среду теплоты Q,_yniможно представить в виде суммы:

Qотв⁼=Qk+ Qt+ Qти + Qп+ Qд>где Q_K, Q_T, Q_TWQ_n, Q_a— количество теплоты, отводимой за счет конвекции, теплопроводности, теплового излучения, испарения пота и дыхания соответственно, Вт.

Конвективный теплообмен определяется законом Нью­тона:

Q.к^-<αkFэ(tk-toc)

где а_к— коэффициент теплоотдачи конвекцией, при нор­мальной температуре а_к = 4,06 Вт/м² °С; t_K— температура кожи тела человека (зимой среднее значение температуры кожи около 27,7°С, летом около 31,5°С); /,* — температура окружающей воздушной среды, °С;Р_Э—площадь эффектив­ной поверхности тела человека (для практических расчетов эту площадь принимают равной 1,8 м²).

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией мож­но приближенно определять как

а_к = λ/8,

где λ — коэффициент теплопроводности пограничного слоя воздуха, Вт/(м °С) (при нормальной температуре воздуха Х =0,025 Вт/(м°С)); 8 — толщина пограничного слоя воз­духа, м.

Толщина пограничного слоя воздуха зависит от скоро­сти движения воздуха. Так, при отсутствии движения возду­ха 5 = 4—8 мм, а при скорости движения воздуха 2 м/с тол­щина пограничного слоя уменьшается до 1 мм.

Таким образом, интенсивность и направление конвек­тивного теплообмена тела человека с окружающей средой определяются в основном температурой и подвижностью окружающего воздуха, т.е.:

Qк=f(tос;W).

Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:

Q=λ/∆*Fэ(tпов-tос)

гдеХ₀— коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/м°С; До — толщина одежды человека.

Теплоизлучающий теплообмен описывается обобщен­ным законом Стефана — Больцмана:

Qл=СпрFкΨ{tk/100)^4}

где С_пр — приведенный коэффициент излучения, для прак­тических расчетов С_пр ~ 4,9 Вт/(м²К⁴); F_K—площадь по­верхности, излучающей лучистый поток, м²; у — коэффици­ент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей и показывающий долю лучистого потока, из­лучаемого поверхностью пламени (на практике применяет­ся равным единице); £_к — средняя температура кожи, К; 1_<м— средняя температура окружающих поверхностей, К.

Количество теплоты, отдаваемое телом человека в окружа­ющую среду при испарении пота, определяется уравнением

Qg=Mпr

где М_п — масса испарившегося пота, г/с; г— скрытая тепло­та испарения пота, Дж/г (для воды г = 2450 Дж/г).

Количество пота, выделяемого телом человека, приведе­но в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Количество пота, выделяемого телом человека при различных физических нагрузках и температуре воздуха в помещении, г/ч

Интенсивность работы	Температура воздуха в помещении
	10"С	15°С	20'С	25'С	ЗО’С	35*С
Состояние покоя	30	40	40	50	75	115
Легкая работа	40	55	75	115	150	200
Работа средней тяжести	70	НО	140	185	230	280
Тяжелая работа	135	185	240	295	355	415