Воздействие на биосферу физических факторов.

На биосферу Земли постоянно воздействует, наряду с химическими, мно­гочисленные физические факторы, а в ряде случаев физическое воздействие на конкретные экосистемы превышает химическое.

Физическое загрязнение связано с отклонениями за пределы нормального колебания параметров физических факторов среды обитания. Теоретически это относится абсолютно ко всем климатическим и топографическим экологиче­ским факторам. В наше время реально ощущать антропогенное воздействие на такие физические факторы, как температура, уровень звука и вибрации, элек­тромагнитные, ионизирующие, радиационные и шумовые излучения.

Тепловое загрязнение является результатом рассеивания в окружающей среде теплоты, выделяющейся при тепловых процессах и прежде всего при сжигании топлива. По оценкам ежегодно в мире сжигается до 5 млрд. тонн угля, 3,2 млрд. тонн нефти, т.е. высвобождается более 210²⁰ Дж тепловой энергии (1Дж=1Вт-с=10 Эрг=0,238 Кал=6,24-10 ЭВ), которая меняет тепловой режим воздушной и водной среды и динамику происходящих процессов. Замена тепловых ТЭЦ на атомные уменьшает химическое загрязнение среды, однако увеличивает тепловое загрязнение. Так, при производстве 1 МДж электроэнергии на ТЭС и АЭС потери теплоты в атмосферу и воду составляют соответственно 0,65 МДж и 2,37 МДж.

Тепловое загрязнение влияет кроме глобального потепления и на водные экосистемы, что способствует:

• замене обычной флоры водорослей менее желательными сине- зелеными водорослями;

• усилению восприимчивости организмов к токсичным веществам;

• снижению количества кислорода из-за уменьшения его раствори­мости.

В настоящее время в некоторых промышленных районах количество вы­рабатываемой энергии столь велико, что соизмеримо с интенсивностью излуче­ния Солнца на эту же площадь (18 Вт/м² на Аляске, до 100 Вт/м в Лос- Анжелесе).

Шумовое (акустическое) загрязнение возникает при увеличении интен­сивности и повторяемости звуковых колебаний. Шум - беспорядочные колеба­ния различной частоты. Отсутствие шума необходимо животным, обмениваю­щихся и анализирующих звуки окружающей среды. Для человека шум - об­щебиологический раздражитель, который влияет на все органы и системы орга­низма. Наиболее полно изучено влияние шума на слуховой аппарат человека. При уровне шума 90 Дб возникает тугоухость, нервно-психологический стресс, язвенная болезнь, гипертония и т.д. при 110 Дб возникает звуковое опьянение, при 120-130 Дб находится порог болевых ощущений, а далее начинается раз­ рушение тканей тела, при 145 Дб у человека происходит разрыв барабанных перепонок.

Кроме интенсивности звука экологически значима и его частота. Внезап­ные резкие звуки частотой 1-4 кГц переносятся человеком особенно тяжело. При частоте ниже 20 Гц (инфразвук) заметны нарушения в жизнедеятельности организма из-за резонанса, инфразвук большой мощности может вызвать оста­новку сердца человека. В природе инфразвук обычно является сигналами о приближающемся землетрясении, извержении вулкана, перед штормом.

К акустическому загрязнению относят и звуковой удар - ударная волна, возникающая при прохождении самолетом звукового барьера, когда его ско­рость становится больше скорости распространения звуковых волн в воздухе (336м/с-60-60-10"³ = 3,36-3,6-10²-10³-10"³км/час = 1200 км/час). Воздействие вызывает беспокойство у живых организмов, но оно кратковременно и составляет 0,2-0,3 секунды. Однако оно способствует сходу снеговых лавин, камнепадов, может сказаться и на потомстве птиц, гнездящихся на скалах.

Вибрационное загрязнение является близким к шумовому и характеризу­ется аналогичными показателями. Различие состоит в том, что звук распростра­няется в любых средах, а вибрация - только в твердых средах. На живые орга­низмы вибрация воздействует только при поверхностном контакте, у человека может развиться вибрационная болезнь.

Электромагнитное загрязнение связано с превышением интенсивности излучения антропогенных источников относительно природного фонового из­лучения. Особенностью такого излучения является большая интенсивность из­лучения и высокая когерентность (частотная и фазовая стабильность).

Эффект биологического воздействия зависит от количества поглощенной энергии, частоты и геометрических размеров поглощающего объекта. В диапа­зоне СВЧ (300 МГц - 300 ГГц) поглощается 40-50% подающей энергии, глуби­на проникновения в биологические ткани равна примерно 0,1 длины волны (f=300 МГц, L=V-T=300000 км/с-0,3-10"⁸с =1м. глубина проникновения =10 см), электромагнитная энергия трансформируется в кинетическую, вызывая общий нагрев тканей по всей глубине проникновения вглубь организма. Если количество поступающей энергии превышает количество энергии, которое может быть отведено механизмом терморегуляции теплокровных животных, то ее избыток вызывает повышение температуры, нарушение функционирования органов, а в предельных случаях возникает очаги локального распада биологических тканей (печи СВЧ).

Мощные антропогенные источники электромагнитного излучения - со­временные ЛЭП, РУ, телерадиоцентры, радиолокаторы, ретрансляторы и т.д.

Ионизирующее (радиационное) загрязнение связано с превышением есте­ственного фона ионизирующих и радиоактивных излучений. Источниками за­грязнений являются предприятия атомной промышленности, медицинские учреждения, ядерные взрывы.

К началу XX века в мире действовало более 350 энергетических реакто­ров обшей мощностью более 250 млн. кВт. Доля ядерной энергетики к концу XX века приблизилась к 20% общей мировой выработки электроэнергии. В не­которых странах АЭС превалируют среди Прочих источников электроэнергии: в Швейцарии на них вырабатывалось 39%, в Бельгии - 50%, Франции - 80% электроэнергии. Они имеют значительные преимущества перед тепловыми энергостанциями, работающими на угле. Известно, что активность ра­дионуклидов, содержащихся в 1 кг угля в среднем составляет: урана - до 50 Бк, тория -300 Бк, калия - 70 Бк. В угольных шкалах концентрация радиоактивных веществ может быть еще больше. Однако использование атомной энергии таит в себе большие проблемы, прежде всего связанные с утилизацией отработанно­го ядерного топлива, которого ежегодно образуется 100-460 м³ (~25 ж/д ваго­нов).

В течение 1945-1989 годов в атмосфере было проведено 397 испытатель­ных ядерных взрывов, а с учетом подземных, подводных их общее число со­ставляет: США - 1054, СССР - 715, Франция - 196, Великобритания - 45, Китай - 45, Индия, Пакистан - по 5. Не отстает и Израиль, как полагают, он имеет до 100 атомных бомб. Всего взрывов в мире ~ 2100.

Одно из самых радиационно грязных мест на планете - озеро Карачай под Челябинском. В него комбинат «Маяк» сбросил радиоактивных веществ в 100 раз больше, чем их попало в окружающую среду (ОС) на Чернобыльской АЭС.

Кроме того, во всем мире для бытовых и медицинских целей используют­ся товары, содержащие естественные радионуклиды (часы со светящимися ци­ферблатами, содержащие радий, специальные оптические приборы, аппаратура, применяемая на таможне, медицинские аппараты и т.д.).