7.1.5.2. Физические основы электромагнитного излучения.

Относительно детально этот вопрос рассмотрен в учебном пособии Некоса В.Е.,Бутенко В.И. (1988)"Теория и методология исследования физических полей геосистем". Здесь остановимся на основных положениях.

Электромагнитное излучение

0кружающее нас пространство пронизано излучением, которое генерируется различными источниками и имеет совершенного разную физическую природу. Так, рентгеновские и гамма лучи - электронные волны очень высокой энергии; бета лучи - поток электронов, скорость которых приближается к скорости света. Существуют различные виды радиоактивного излучения, состоящие из элементарных частиц ядерного происхождения (нейтроны, космические лучи и другие нуклоны) или ионизированных атомов гелия (α-лучи).

Все виды излучения независимо от того, являются ли они электромагнитными волнами или состоят из движущихся элементарных частиц, имеют общие закономерности: они невидимы и перемещаются с очень большой скоростью.

Как известно, энергия - это способность выполнять работу. Существуют различные формы энергии - химическая, тепловая, электрическая и механическая. При совершении работы энергия передается от одного объекта к другому или из одного места в другому посредством: а)проводимости; б)конвекции; в)излучения (единственная форма, в которой электромагнитная энергия может передаваться через какую-либо среду или вакуум). Последний тип переноса энергии способствует реализации дистанционных видов исследований различных объектов (в нашем случае - геосистем).

Для описания и объяснения наиболее важных особенностей электромагнитного излучения используются следующие две модели.

1.Волновая модель. Отождествляет излучение с регулярными колебательными изменениями в электрических полях, окружающих заряженную частицу. Волнообразные возмущения распространяются от источника со скоростью света (3.10¹⁰ см.с^-1 ) и возбуждаются колебаниями самой частицы. Эти взаимосвязанные силовые поля взаимно ортогональны и перпендикулярны к направлению распространения возмущения.

2.Квантовая модель. В этой модели внимание акцентируется на той особенности излучения, которая позволяет предполагать, что оно представляет собой поток бесчисленных дискретных частиц. Их называют квантами излучения, или фотонами. Распространяясь от источника, они переносят энергию и количество движения подобно частицам, отличаясь, однако, от всех других частиц тем, что в состоянии покоя имеют нулевую массу. Поэтому было высказано предположение, что фотон является разновидностью элементарных частиц.

Независимо от истинной природы электромагнитное излучение всегда сопровождается появлением электрического заряда. С точки зрения волновой модели длина волны излучения определяется продолжительностью отрезка времени, в течении которого заряженная частица испытывает ускорение. Частота волны излучения зависит от числа ускорений в секунду, испытываемых частицей. Соотношение между длиной волны λ, частотой f и скоростью света (универсальная константа C) имеет вид: λf = С, или λ= С/f, т.е. частота волны обратно пропорциональна длине волны и прямо пропорциональна скорости ее перемещения. Чем больше длина волны излучения, тем меньше связанная с ней энергия, и наоборот, чем выше частота излучения, тем больше энергия. Указанные зависимости имеют фундаментальное значение для объяснения природы электромагнитного излучения.

Наиболее известной формой электромагнитного излучения является видимый свет. Излучение, воспринимаемое человеческим глазом, заключает известную последовательность цветов от красного через оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий до фиолетового. Этот диапазон цветов, так называемый "видимый спектр", не следует путать с более широким "электромагнитным спектром": первый составляет незначительную часть второго. Система "глаз-люди" способна выделить лишь небольшой отрезок полного спектра излучения, которое распространяется со скоростью света.

В пределах спектра находим участки, соответствующие гамма-излучению, рентгеновским, ультрафиолетовым, инфракрасным лучам и радиоволнам. Нужно помнить, что спектр непрерывен и поэтому его подразделение носит условный характер; граница между отдельными участками неточна, ряд соседствующих участков значительно перекрывается, к тому же нет общепринятой терминологии и многие авторы указывают пограничные значения по-разному.

Необходимость изучения в неоэкологии исследуемого вопроса обусловлена тем, что в течение нескольких последних десятилетий уровень электромагнитного поля в окружающей нас среде катастрофически возрос (Птицина Н.Г. и др., 1998 ), если ранее на человека и другие живые организмы оказывали влияние только естественные магнитные поля, то в настоящее время к ним добавилось влияние электромагнитных полей искусственного происхождения. Следовательно необходимо различать электромагнитные поля естественного и искусственного происхождения.

Естественные магнитные поля – это постоянное магнитное поле Земли и геомагнитные вариации, возникающие при взаимодействии межпланетной среды с магнитным полем Земли.

Основными естественными электромагнитными полями является атмосферное электричество, постоянное магнитное поле Земли и геомагнитные вариации, возникающие как отмечалось выше, при взаимодействии земного магнитного поля с межпланетной средой.

Постоянное магнитное поле генерируется токами, текущими на глубинах гораздо ниже земной коры. Величина его колебаний на земной поверхности от 35 мкТл на экваторе, до 65 мкТл вблизи полюса. В среднем считается. Что интенсивность полей, которые нас окружают имеют частоты менее 300 Гц (~ 50 мкТл) и они считаются “слабыми”. В экологическом аспекте нет необходимости рассматривать весь электромагнитный спектр от 0 до 10²⁰ Гц, тем более, что основные составляющие электромагнтиные загрязнения лежат в крайне низкочасттным (КНЧ:10-300 Гц) и особенно в ультранизкочастотном (УНЧ: 0-10 Гц) диапазоне (Птицина Н.Г. и др.1998 г.).