III.2. Радиочастоты, микроволны и магнитные поля

Электромагнитный спектр включает в себя собственно электромагнитные поля (диапазон частот 100 кГц—300 ГГц), радиочастоты (100 кГц—300 МГц) и микроволны (от 300 МГц до 300 ГГц). По принятой в отечественной литературе классификации вся область частот, рассматриваемая в данной книге, является радиочастотами. Она подразделяется на диапазоны: высокие частоты, длинные, средние и короткие волны (100 Гц—30 МГц), ультравысокие частоты (ультракороткие волны — 30—300 МГц) и сверхвысокие частоты (микроволны — 300 МГц—300 ГГц). Шкала электромагнитных волн и обозначения диапазонов радиочастот и микроволн даны в таблицах 35 и 36.

 

Таблица 35

Шкала электромагнитных волн

 

вид излучения	длина волны (нм)
Ионизирующие излучения
Космические лучи	10-7 — 10-3
Гамма лучи	10-4 — 10-1
Рентгеновские лучи	10-3 — 1
Ультрафиолет	10—1
Не ионизирующие излучения
Инфракрасные лучи	103 — 105
Микроволны	105 — 108
Радиоволны	109 — 1013

 

Микроволновое и радиочастотное излучение, возникающее в естественных условиях, обладает малой интенсивностью и существует лишь благодаря атмосферному электричеству. Искусственное микроволновое и радиочастотное излучение является относительно недавно возникшим экологическим фактором; эти излучения значительно превышают естественный фон.

Искусственные источники радиоволн и микрочастот разделяют на две группы: оборудование, специально предназначенное для радиочастотного излучения (т.н. преднамеренные источники) и источники, где излучение является побочным эффектом ("непреднамеренные источники"). Первые —это различающиеся по мощности и виду генерации (импульсные и непрерывные) телевизионные и радиовещательные станции, радары, электронные системы беспроволочной связи, некоторое медицинское оборудование (аппараты для диатермии) (таблица 37).

 

Таблица 36

Радиочастотные и волновые диапазоны

 

диапазоны*	длина волны частоты	область применения
Радиочастотные диапазоны
Низкие частоты (НЧ, длинные волны)	W-IO3 м 30-300 кГц	Радионавигация, радиовещание
Средние частоты(СЧ, средние волны)	10^102 м 0,3—3 МГц	Морские радиотелефоны, радиовещание
Высокие частоты(ВЧ, короткие волны;	102-10 м 3—30 МГц	Любительские передатдатчики, радиовещание, диатермия в медицине, нагрев и сварка токами ВЧ
Очень высокие частоты (ОВЧ, ультра короткие волны)	10—1 м 30-300 МГц	Частотно-модулированное радиовещание, телевидение, радио навигация; контроль воздушного движения
Микроволновые диапазоны
Ультравысокие частоты (УВЧ, дециметровые волны)	1 м—10 см 0,3—3 ГГц	Микроволновая диа термия; телевидение, направленная радио связь, микроволновые печи; телеметрия; метеорологические радары
Сверхвысокие частоты (СВЧ, сантиметровые волны)	10—1 см 3—30 ГГц	Спутниковая связь, метеорадары, навигационные радары; связь; любительские передатчики  направленная радио
Крайне высокие частоты (КВЧ, миллиметровые волны)	1-0,1 см 30-300 ГГц	Радары для обнаружения облаков

*) — в скобках — обозначения, принятые в отечественной классификации.

 

 

Таблица 37

Основные области применения оборудования, генерирующего радиочастотное и микроволновое излучение

 

Частоты	Область применения	Профессиональное облучение
Ниже 3 МГц	Металлургия, плавка вихревыми токами, закалка, радиовещание, радиокоммуникация, радионавигация	Металлурги, персонал радиопередатчиков
3-30 МГц	Автомобильная, деревообрабатывающая, химическая, пищевая промышленности; сельское хозяйство; сушка, сварка, склейка, полимеризация; медицина; радиоастрономия; радиовещание	Рабочие различных специальностей (операторы фанеровочных машин, по сварке пластмасс, стерилизации продуктов питания и лекарств), медицинский персонал, радио- и теле передающих станций
30-300 МГц	Многие виды промышленности, перечисленные выше; медицина; радиовещание, телевидение; контроль полетов самолетов; радарная радионавигация	Все выше перечисленные категории персонала
300-3000 МГц	Телевидение, радары (метеорологические); микроволновая радио- телекоммуникационная телеметрия; »медицина; микроволновые печи; пищевая промышленность	Персонал, работающий с микроволновыми приборами, диатермическим оборудованием; медицинский персонал; экипажи самолетов; персонал, обслуживающий ракеты во время запуска; механики и операторы радаров и обслуживающие рабочие; инженеры и техники электронного оборудования
3-30 ГГ	Альтиметры; авиационные и корабельные радары; навигация; спутниковая направленная связь	Ученые, включая физиков; операторы радаров, персонал морской и береговой охраны, моряки, рыболовы, все лица, находящиеся на корабле
30-300ГГц	Радиометрология; исследования космоса; ядерная физика и техника; радиоспектроскопия	Ученые, включая физиков; операторы радаров

 

Микроволновая и радиочастотная энергия, поглощаясь тканями организма, превращается в тепло, что приводит к повышению температуры. В результате воздействия высоких уровней излучения у экспериментальных животных развивалась гипертермия, которая приводила к таким поражениям, как ожоги, кровоизлияния, некроз ткани, вплоть до теплового удара и смерти от перегрева. Воздействие микроволн и радиочастот приводит к повреждению роговой оболочки хрусталика и сетчатки глаза. В ряде экспериментальных исследований показаны метаболические сдвиги, ослабление иммунитета, нарушение нормальных поведенческих реакций, нейроэндокринные изменения. На растительных и животных тест-системах наблюдались тератогенные эффекты и установлено, что высокие уровни интенсивности микроволнового и радиочастотного воздействия могут индуцировать хромосомные аберрации.

Действие радиочастот и микроволн на организм человека изучено не достаточно. Тем не менее отмечено, что профессиональное воздействие приводит к появлению нарушений со стороны вегетативной и центральной нервной системы, астеническим синдромам. В ряде эпидемиологических исследований установлено катарактогенное действие микроволнового облучения. У людей, подвергшихся этому виду воздействия, отмечается гипотония, брадикардия, изменение электрокардиограммы. Имеющиеся наблюдения о влиянии радиочастотного и микроволнового облучения на репродуктивную функцию у мужчин и женщин во многом спорны. Однако, имеются сведения об аномалиях внутриутробного развития плода. В зарубежной прессе широко дискутировался вопрос о микроволновом облучении посольства США в Москве в период 1953—1976 гг, однако концентрация микроволн не превышала 18 мкВ/кв.см и никакого прямого их влияния на персонал обнаружить не удалось. Вместе с тем, принимая во внимание что рост использования микроволн составляет 15% в год, этот фактор следует рассматривать как потенциальный экологически опасный.

Магнитное поле образуется при движении постоянного или переменного электрического тока. Основные физические характеристики таких электромагнитных полей (ЭМП) напряженность и плотность; первая измеряется в амперах/метр (А/м), вторая — в теслах (Т). К естественным электромагнитным полям (ЭМП) относятся природные геомагнитные поля, представляющее собой фактор среды, в условиях влияния которого протекала эволюция организмов на нашей планете. Оно состоит из ЭМП непосредственно Земли (последнее представляет собой постоянный магнит, а электрический ток, протекающий в верхнем слое земной коры, формирует магнитное поле) и переменных ЭМП, возникающих в атмосфере в результате солнечной активности и гроз. ЭМП Земли воздействует на все живое; в периоды вспышек на Солнце и магнитных бурь зарегистрировано повышенное количество сердечнососудистых заболеваний, ухудшение самочувствия гипертоников. Еще основоположник современной гелиобиологии А.Чижевский определил, что вспышки гриппа происходят с интервалом 11,3 г. (колебания в 2— 3 г.). Многие низшие организмы высоко чувствительны к магнитному полю Земли благодаря наличию специальных рецепторов, отсутствующих-у человека. Образуемые антропогенными источниками, постоянные и переменные ЭМП, по сравнению с естественными, имеют, обычно более высокую интенсивность. Источники ЭМП разнообразны; например, микроволновая печь создает плотность магнитного потока на растоянии в 30 см 4.8, пылесос — 2.20, а работающий холодильник — 0.01 — 0.25 мкТ. Например, на расстоянии 3 см магнитная индукция при работе фена равна 2000 мкТ, электробритвы — 1500 мкТ (естественный геомагнитный фон — 30—60 мкТ). Другие электробытовые приборы также образуют ЭМП. Последние создаются линиями электропередач, транспортными средствами на магнитной подвеске. Кроме того, человек подвергается воздействию ЭМП при некоторых медицинских процедурах (магнито-резонансные методы получения контрастных изображений в диагностике), ряде производственных процессов, в которых применяется сильный электрический ток (сварочные машины, магнитные мешалки, различные печи и нагреватели), в исследовательских установках (ускорители частиц).

Из государственного доклада "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году": "На значительных территориях, особенно вблизи радио- и телецентров, радиолокационных установок, прохождения воздушных линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, напряженность электрического и магнитного полей возросла от 2 до 5 порядков, создавая тем самым реальную опасность для людей, животных и растительного мира. Биологически значимыми являются электрические поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями и подстанциями. Напряженность магнитных полей промышленной частоты в местах размещения воздушных линий и подстанций высокого напряжения до трех порядков превышает естественные уровни магнитного поля Земли. Высокие уровни электромагнитных излучений (ЭМИ) наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты.

Высоковольтными линиями электропередач (ЛЭП) с напряженностью 750 кВ под проводами ЛЭП на уровне 1,8 м от поверхности земли создается магнитное поле величиной напряженности порядка 24—100 А/м.

На месте провисания проводов эти величины увеличиваются в 3—5 раз, а величина электрического поля от 10 до 100 кВ/м. Несмотря на это, в непосредственной близости и даже прямо под ЛЭП 110— 150 кВ размещено большое количество садово-огородных участков, принадлежащих различным группам населения.

В настоящее время установлено влияние ЭМИ на структуру почвы, в результате которого огромные площади становятся непригодными для сельского хозяйства. Данный эффект особенно проявляется в местах расположения ЛЭП. Суммарная площадь пятен, охваченных повреждающим эффектом ЛЭП, ежегодно увеличивается.

Снижение уровней ЭМИ от радиотехнических объектов гражданской и военной авиации, метеорологической службы в силу специфики выполняемых ими задач в настоящее время практически неосуществимо, в связи с чем, даже при размещении радиотехнических и особенно радиолокационных объектов на значительном удалении от селитебных территорий, создаваемые ими уровни ЭМИ оказываются весьма значительными.

В ряде районов Ставропольского и Краснодарского краев, Архангельской области регистрируются значительные уровни ЭМИ от военных радиотехнических объектов. Плотность потока мощности электромагнитных полей радиорелейных линий связи военных объектов превышает 10 мВт/см, а гражданских аэропортов достигает 1 мВт/см. Напряженность электрического поля теле- и радиостанций доходит до сотен В/м, а линий электропередач до 30 кВ/м (при норме напряженности электрического поля 0,5 кВ/м внутри жилых помещений и 1,0 кВ/м на территории жилой застройки). Все эти величины в 10 и более раз превышают допустимые нормы и уровни. Так, в поселке Коноша Архангельской области, расположенном в 600 м от комплекса противовоздушной обороны, плотность потока энергии в жилых квартирах превышает предельно допустимый уровень в 17,5 раз".

Механизмы действия ЭМП на клетки и ткани организма сложны и разнообразны. Они зависят от самой природы полей (переменной или постоянной). Основные механизмы включают в себя ядерно-магнитный резонанс в тканях, подвергнутых воздействию ЭМП и влияние на состояние спина электронов и их переходов. Кроме того, предполагается, что ЭМП могут воздействовать на глико- и липопротеидные структуры клеточных мембран или оказывать влияние на мембранные рецепторы и ионселективные внутриклеточные каналы. Показано действие постоянных ЭМП на ферментные системы животных и человека. В зависимости от напряженности поля активность ацетилхолинэстеразы, аспарагиназы, карбоксидисмутазы, каталазы, цитохромоксидазы увеличивалась, а глютаматдегидрогеназы и гистидазы снижалась. При воздействии магнитных полей у млекопитающих отмечаются изменения в клеточном составе крови, химизме сыворотки крови, коагуляции тромбоцитов и электролитном балансе жидкостей организма, микро-¹ циркуляции. Показано, что постоянные ЭМП не влияют на сердечнососудистую систему, но предполагается, что длительные высокой интенсивности ЭМП могут вызывать гемодинамические нарушения. Отмечено изменение поведенческих реакций воздействия переменных ЭМП на людей, обезьян, птиц, грызунов, а также тератогенные эффекты у куриных эмбрионов, зародышей жаб. В результате воздействия переменных магнитных полей наблюдается нарушение клеточного метаболизма, эндокринных и иммунных функций. Высоковольтные линии электропередач вызывают электрический шок — на расстоянии нескольких метров может происходить пробой воздуха. Электрическое поле под линией электропередач может оказывать негативное влияние на людей с сердечной аритмией.

В последние годы много говорят о канцерогенном действии ЭМП особо низкой (до 300 Гц) частоты (в основном лейкозов и опухолей головного мозга, реже меланом и опухолей мочевого тракта), однако окончательно это предположение не доказано.

В то же время имеется довольно много исследований о положительных влияниях ЭМП, что и легло в основу магнитотерапии. В любом случае ЭМП — фактор, нуждающийся в оценке его экологической опасности.