Что такое экология с точки зрения физики

На первый взгляд экология и физика кажутся понятиями просто несовместимыми. Однако это далеко не так. Дело в том, что результаты исследований физики и внедрение их в промышленное производство являются одним из самых главных источников, загрязняющих окружающую среду. Широко используют эту науку атомная промышленность и энергетика, а также многие другие отрасли народного хозяйства страны. Не секрет, что все они в той или иной степени отрицательно влияют на окружающую человека природную обстановку.

Существует несколько разъяснений термина дисциплины, изучающей состояние окружающей среды на нашей планете. Название «экология» было предложено немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г. Это самостоятельная наука, которую относят к биологической сфере изучения окружающего мира.

В начале 30-х годов прошлого столетия на смену физике, разработанной Ньютоном, пришло квантовое ее направление. И в те годы В.И. Вернадский писал о том, что человек является миниатюрным космосом или квантовой системой.

Проблемы экологии

На нынешнем этапе развития общества исследователи строят научную картину мира исходя из физических законов природы, которые в обязательном порядке отражают и учитывают все нарастающие проблемы экологии. Деятельность человека настолько сильно влияет на нашу планету, что подобное вторжение должно быть заключено в определенные рамки и определенным образом отрегулировано. В противном случае мир может оказаться перед фактом наступления экологической катастрофы.

Воспитание подрастающего поколения

Для решения проблем, существующих в окружающей нас природной среде, важно принимать все возможные меры. Одной из них является правильная организация экологического воспитания и образования подрастающего поколения. Школьники должны хорошо ориентироваться в законах природы и во взаимосвязи существующих в ней явлений, а также уметь оценивать и предвидеть последствия вмешательства человека в живой мир планеты Земля.

Появление новых дисциплин

Все процессы, происходящие в живой природе, находят свое описание в той или иной науке. Но порой существует одновременное использование одних и тех же положений и методик различными дисциплинами. Именно поэтому начали возникать новые направления научной деятельности. Это физическая химия и химическая физика, физическая медицина и медицинская физика. Однако наиболее уместно это сочетание при описании достижений физики и науки, изучающей среду обитания человека.

Вибрация и шум

Подобные явления наиболее ярко описывают взаимосвязь физики и экологии.

Рассмотрим понятие вибрации. Она представляет собой незначительные механические колебания, которые можно наблюдать в физических телах. В этом случае как физика связана с экологией? Вибрацию относят к факторам, обладающим высокой биологической активностью, оказывающим воздействие на человека. Различные виды этого явления, особенно те, которые имеют техногенное происхождение, служат причинами разнообразных патологических состояний нашего организма. Вибрационные заболевания стоят на втором месте после пылевых при рассмотрении профессиональных недугов.

Электромагнитные поля

Экология и физика имеют тесную связь в изучении ЭМП на здоровье человека. При этом особое внимание уделяется слабым и сверхслабым электромагнитным полям, которые распространяет современная бытовая техника и различные средства связи, включая компьютеры, мобильные телефоны и другие гаджеты.

Одновременно с этим существуют и ЭМП искусственного происхождения. Их изучением занимается физика и экология быта. Подобные излучения будут совершенно безопасными для человека, если по своей абсолютной величине они не превысят естественного фона планеты. К искусственным ЭМП можно отнести поля, создаваемые радиоэлектронными устройствами, телевидением и радиовещанием, а также стационарной и мобильной связью. Воздействию этих факторов подвергается большинство современных людей. В результате проведенных исследований было доказано негативное влияние искусственных ЭМП на состояние здоровья человека. При этом единственным высокочувствительным индикатором данного воздействия является вода, из которой в основном и состоит наш организм. ЭМП меняют ее структуру, подавляя при этом функциональную активность жидкости.

Как физика помогает экологии в данном случае? Перед учеными ставятся задачи разработки эффективных методов детектирования ЭМП и методик, позволяющих обеспечить безопасность всех живых организмов.

Компьютерная, а также офисная техника

При рассмотрении вопроса о степени вредного воздействия ПК также задействованы такие дисциплины, как экология и физика. Причем персональные компьютеры негативно влияют на наше здоровье в большей степени, чем любые другие гаджеты. Согласно проведенным исследованиям, уже спустя 45 минут работы на ПК пользователь, не имеющий средств защиты, получает значительные перегрузки всех регуляторных систем своего организма.

Причем ПК представляют опасность не только для тех, кто непосредственно сидит за экраном монитора. Электромагнитное излучение, идущее от ПК, особенно от его блока питания, распределяется в радиусе до 2,5 м. Именно поэтому воздействие офисного оборудования в настоящее время становится весомым фактором при рассмотрении электромагнитной безопасности людей.

Бытовая техника

Без верных электрических помощников не сможет обойтись сегодня ни один человек. Но стоит иметь в виду, что все бытовые приборы, работающие от сети переменного тока, являются непосредственным источником электромагнитных полей. Это СВЧ-печи и мощные холодильники, электрические плиты и морозильные камеры. Приобретая подобный прибор, необходимо обратить внимание на соответствие его санитарного паспорта требованиям установленных законодательством санитарных норм, содержащихся в МСанПиН 001-96.

Ионизирующее излучение

Где используется физика в экологии? Примеры такой взаимосвязи можно наблюдать при изучении радиоактивного излучения. Его действие на биологические объекты вызывает либо детерменированный пороговый эффект, либо стохастический беспороговый.

Острым поражающим фактором является однократное облучение тела человека с дозой поглощения, превышающей 0,25 Гр. Значения этой величины, находящиеся в пределах от 0,25 до 0,5 Гц, вызывают лишь кратковременные изменения состава крови. При дозе от 0,5 до 1,5 Гц у человека возникает чувство усталости, а порой и такое негативное явление, как рвота.

На сегодняшний день исследователи хорошо изучили те последствия для организма человека, которые несет в себе ионизирующее излучение. В соответствии с полученными результатами имеются разработки разнообразных медико-профилактических мероприятий, которые способны защитить организм от поступления в него радионуклидов.

Тепловые машины

В повседневной жизни нам приходится постоянно встречаться с различными двигателями. Они служат для того, чтобы привести в движение автомобили и самолеты, трактора и корабли, а также железнодорожные локомотивы. Тепловыми машинами, как правило, вырабатывается и электрический ток. Именно появление и дальнейшее развитие этого вида технических устройств содействовало бурному развитию промышленности в 18-20 вв.

Кроме того, вредное воздействие на экологию оказывают двигатели внутреннего сгорания самолетов, автомобилей, а также топки, необходимые для работы тепловых электростанций. Все они загрязняют атмосферу весьма вредными для нашего здоровья веществами, которые после попадают в водоемы и почву. Все это вызывает катастрофические изменения в окружающей нас среде.

Какие мероприятия по физике связаны с экологией? В нашей стране с загрязнением воздуха ведется активная борьба. Она заключается в повышении КПД двигателей тепловых машин, использовании ими более эффективного топлива, а также установке улавливателей дымовых газов. На ТЭЦ и прочих объектах подобного типа происходит внедрение технологии комплексной переработки сырья, а также возводятся вытяжные трубы большой длины.

Состояние веществ

При изучении данной темы ясно просматривается связь, которую имеет физика в экологии. Примеры тому можно найти в таком природном явлении, как круговорот воды. При изучении темы, касающейся парообразования и конденсации, явно просматривается связь этих двух наук. Ведь в природе при любых температурных условиях происходит испарение влаги с поверхности почв и водоемов.

При этом вода, переходящая в состояние пара, конденсируется в верхних слоях атмосферы. Благодаря данному явлению образуются белоснежные облака, и на землю выпадает роса, град или снег. В природе существует определенный баланс между тем количеством воды, которое испаряется с поверхности земли, и тем, которое находится в атмосфере.

В этом случае как физика влияет на экологию? Человек, обладающий мощной техникой, созданной с помощью этой науки, способен уничтожить водоемы, что приведет к нарушению природного равновесия. Новое состояние явится непривычным для живых организмов, обитающих в данной местности. Именно поэтому перед тем как произвести вторжение в природу, человеку важно оценить все возможные последствия своих действий.

Данное явление изучается на уроках физики. Однако одновременно с его рассмотрением ученики должны узнать о том, диффузия в природе порой является причиной того, что в почве, воздухе и в воде распространяются загрязняющие вещества.

Примером тому может служить работа металлургических заводов. При небольшой скорости рассеивания выбрасываемых через их трубы газов вероятно скопление вредных веществ над той местностью, где находится производство. Далее, вследствие диффузии, опасные элементы проникают в растения, а также в организм животных и человека.

Формы обучения

В каком случае достигается полноценная реализация возможностей для получения учащимися экологического образования? Для этого необходимо применение всех форм подачи материала, которые представляют собой урочные и внеурочные работы, факультативные занятия, решение задач по физике с экологическим содержанием.

Важным условием успеха станет проведение детьми различных исследовательских работ, рассматривающих вопросы охраны окружающей среды и здоровья человека. Хорошо запомнить поданный материал позволит и рассказанная учителем экологическая сказка по физике. Экология в ней должна присутствовать в образе главных и второстепенных героев, их действий и путей достижений цели.

Так как на уроках по физике педагог большое внимание уделяет решению задач, важно не просто наделить экологическим содержанием их условие, но и привлечь учащихся к обсуждению решения с точки зрения существующих проблем, касающихся использования топливных и энергетических ресурсов, экологизации транспорта, промышленности, а также сельского хозяйства.

Вопросы экологии на уроках физики

за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки

НОУ «Гатчинская гимназия «А пекс »

Учитель физики Иванюк Е.В.

Сегодня, как никогда прежде, остро стоит проблема воспитания людей, способных защитить окружающую среду от своей же неразумной деятельности, которая уже реально угрожает человечеству самоуничтожением. Воспитание человека, способного жить в гармонии с природой, — важнейшая задача школы. Экологическое образование поможет будущим гражданам нашей страны и всей планеты предвидеть последствия влияния человека на окружающую среду. Подобно тому, как сейчас говорят о компьютерной грамотности, можно утверждать, что каждый человек должен быть грамотным и в экологических вопросах.

Все школьные предметы могу быть использованы в экологическом воспитании школьников. И, естественно, этим должен заниматься учитель физики. Ведь именно в курсе физики школьники знакомятся с достижением научно-технического прогресса и его экологическими последствиями. Важно, чтобы дети берегли природу не потому, что к этому призывает учитель и лозунги со страниц газет, а потому, что в процессе изучения предмета они сами пришли к пониманию того, зачем надо беречь природу и почему это так важно.

Я стараюсь осуществлять экологическое воспитание учащихся через предмет, рассматривая как вопросы фундаментального, так и прикладного, политехнического характера, подбирая задачи соответствующего содержания, проводя экскурсии, организую внеклассные мероприятия. Руководствуясь законами диалектики, я стараюсь рассказывать о самых разных проявлениях тех или иных физических явлений, обращая внимание на вредное влияние деятельности человека на окружающую среду. Идеально чистых в экологическом отношении технологических процессов не существует, поэтому считаю необходимым рассказывать на уроках о возможностях уменьшения отрицательного воздействия человека на природу, показывать, как много сил и средств пагубных последствий деятельности человека.

В школьной программе по физике можно найти много вопросов, имеющих экологический подтекст. При планировании экологической составляющей курса физики использованы программы для общеобразовательных учреждений по физике и обязательный минимум содержания физического образования для основной и средней школы.

Затрагиваемые экологические вопросы и темы курса физики можно представить в виде таблицы.

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Круговорот веществ в природе и промышленном произ­водстве

Физика и техника

Проблема утилизации отходов. Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду. Взаимосвязь природы и человеческого общества

Распространение вредных веществ, выброшенных про­мышленными предприятиями, путем диффузии и конвекции. Опасность неправильного применения и хранения минеральных удобрений. Защита атмосферы, воды и почвы от загрязнения

Три состояния вещества

Круговорот воды в природе. Загрязнение атмосферы раз­личными примесями и его последствия

Притяжение и отталкивание молекул

Несмачивание оперения водоплавающих птиц водой и смачивание его нефтью

Очистка воздуха от загрязнения при помощи инерцион­ного газового фильтра

Явление тяготения. Сила тяжести

Явление выпадения вредных частиц пыли и дыма из ат­мосферы на Землю и его возможные последствия

Сила, возникающая при деформации тел

Деформация плодородного слоя почвы тяжелыми сельс­кохозяйственными машинами

Вредные последствия посыпания наледи песчано-солевой смесью (гибель растительности, разъедание автомобильных шин, обуви, коррозия трубопроводов)

Давление твердых тел

Давление на почву тракторов

Энергия рек и ветра

Перспективы использования безотходных и возобновляемых источников энергии. Рациональное использование энергии реки ветра. Связь прогресса человеческой цивилизации с энергопотреблением

Давление в газе и жидкости

Единый мировой воздушный и водный океан. Ветры и течения. Перенос загрязнений воздушным и водным путями

Сообщающиеся сосуды. Шлюзы. Водопровод

Системы орошения и осушения, их влияние на микроклимат. Нарушение природного равновесия при строительстве каналов. Последствия «поворота рек» (уменьшение запасов пресной воды на Земле, необходимость ее экономии)

Атмосферное давление. Атмосферное давление на разных высотах

Атмосфера — часть жизненной среды; источник и состав ее загрязнений. Изменение состава атмосферы под действием антропогенного фактора (на примере конкретных производств). Уменьшение озонового слоя. Рассеивание выбросов в верхних слоях атмосферы. Особенности рас­пространения выбросов при циклонах и антициклонах. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений

Орошение земель, рациональное использование воды

Архимедова сила. Условия плавания тел

Образование нефтяной пленки на поверхности воды. Способы ее уничтожения. Экологические аспекты сплава древесины по рекам. Судоходство и связанные с ним вопросы охраны воды;’ влияние воздушного транспорта на состав атмосферы; охрана воздуха

Экологически пагубные последствия судоходства: разру­шение берегов, глушение рыбы, загрязнение водоемов и др. Экологические катастрофы, обусловленные авариями нефтяных танкеров

Разрушение озонового слоя атмосферы. Экономическая неэффективность и экологический вред сельскохозяй­ственной авиации. Использование аэростатов

Работа и мощность

Мощность, КПД и экологическая безопасность различных механизмов

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Теплопередача и работа

Роль различных видов теплопередачи в природных про­цессах. Влияние загрязнения среды на климат Земли. Применение теплоизоляционных материал

Конвекция. Водяное ото­пление

Роль конвекции в процессах, происходящих в атмосфере и в океане. Образование конвекционных потоков в промышленных зонах. Механизм рассеивания выбросов с помощью высоких труб. Особенности рассеивания при циклонах и антициклонах. Нарушение конвекции в случае ядерной войны и наступление «ядерной зимы». Самоочищение атмосферы. Экологические проблемы водяного отопления (загрязнения от ТЭС). Теплоизоляция в быту и технике как метод сбережения энергоресурсов

Парниковый эффект на Земле и возможные последствия его усиления

Удельная теплоемкость вещества

Нарушение природно-климатических условий при осушении естественных и создании искусственных водоемов

Теплота сгорания топлива

Ограниченность запасов органического топлива, загрязнение атмосферы продуктами его сгорания. Сравнение ценности и экологической чистоты различных видов топлива. Экологически чистый источник энергии — на сгорании водорода с образованием воды

Изменение агрегатных со­стояний вещества

Круговорот воды в природе. Явление испарения с поверхности морей и океанов и его влияние на климат Земли. Осадки и их значение. Тепловой баланс Земли и причины его возможного нарушения

Плавление и отвердевание

Влияние засоленности воды на температуру льдообразования. Экологические аспекты литейного производства

Испарение и конденсация. Холодильник

Образование кислотных дождей. Опасность накопления в атмосфере фреона и аммиака для жизни на Земле

Тепловые двигатели. ДВС. Паровая турбина

Загрязнение окружающей среды выбросами в атмосферу и сточными водами. Кислотные дожди. Разрушение архитектурных сооружений. Меры снижения вредных выбросов. Контроль за выхлопными газами. Сравнение тепловых двигателей по их влиянию на экологическую обстановку. Совершенствование тепловых двигателей с целью охраны природы: переход от твердого и жидкого топлива к газообразному. Замена на транспорте тепловых двигателей электрическими

Влияние статического электричества на биологические объекты. Электростимулирование жизнедеятельности семян и растений. Борьба с электризацией в жилых помещениях. Очистка воздуха электрофильтром

Гальванические элементы и аккумуляторы

Необходимость осторожного обращения с гальваническими элементами и аккумуляторами. Проблема их утилизации

Сила тока, электрическое напряжение и сопротивление проводников

Применение фотоэлементов и термоэлементов, солнечных батарей и термоэлектрогенераторов. Действия электрического тока и их использование в целях защиты окружающей среды

Влияние магнитного поля на биологические объекты. Понятие о магнитобиологии (воздействие на организм магнитных бурь, магнитных браслетов, ориентация птиц в магнитном поле и др.)

Экологические аспекты добычи железной руды открытым способом. Образование завалов, их последующая рекультивация

Перспективы развития электротранспорта, его преимущества

Изменение прозрачности атмосферы под действием антропогенного фактора, его экологические последствия

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Сила тяжести. Вес тела, движущегося с ускорением. Перегрузки и невесомость

Значение механических процессов, протекающих в биосфере. Сила тяжести и ускорение свободного падения — важные физические параметры природной сферы. Борьба с загрязнением воды (применение отстойников)

Использование ИСЗ для глобального изучения влияния производственной деятельности людей на природу нашей планеты, для удаления радиоактивных отходов ядерной энергетики

Закон сохранения импульса. Реактивный двигатель

Физические процессы, сопровождающие работу реактивного двигателя и загрязняющие окружающую среду (выброс газбв, нагревание, шум и пр.). роль космических аппаратов в контроле за состоянием атмосферы. Обнаружение с помощью космической техники ураганов, пожаров, извержений вулканов и т.д. Развитие космической техники и технологии. Охрана космоса

Гидроэнергетические ресурсы России. Экологические проблемы использования энергии рек (потеря плодородных земель, заболачивание местности, изменение климата, влияние на рыбоводство и т.д.)

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Мощность. Закон Бернулли

Экологичность аэро- и гидроэнергии. Рациональное использование гидроресурсов. Экологические требования к ГЭС. Перспективы развития гидроэнергетики. Достоинства и недостатки ветроустановок, перспективы их использования

Инертность тел. Масса. Движение тел по окружности

Создание очистительных устройств. Инерционные пылеуловители. Пылеуловитель «Циклон»

Механические колебания. Звуковые явления. Резонанс

Влияние звуковых волн на биологические объекты. Шум, борьба с ним. Вредное влияние вибрации на человеческий организм

Состав ядра атома. Испус­кание и поглощение света атомом. Спектральный ана­лиз

Естественные радиоактивные элементы. Естественный радиоактивный фон и его действие на живую природу. Круговорот радиоактивных элементов в природе и вли­яние его на живые системы. Физиологические действия нейтронов и способы защиты от нейтронного излуче­ния. Применение спектрального анализа для контро­ля за состоянием окружающей среды

Загрязнение биосферы продуктами ядерных взрывов. Производство атомной энергии

Проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС. Техника безопасности на ядерных установках

Радиация и биосфера

Воздействие радиоактивного загрязнения на организм человека. Радиоактивное загрязнение природных сред

Радиоактивное излучение — наличие радиоактивных ве­ществ в количествах, превышающих уровень есте­ственного фона. Новые виды оружия. Научно-техничес­кий прогресс в народном хозяйстве

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Основы молекулярно-кинетической теории

Распространение различных веществ в атмосфере путем диффузии. Зависимость степени загрязнения атмосферного воздуха от высоты

Состав атмосферы. Воздействие производственной деятельности людей. «Дыхание» почвы и его связь с загрязнением атмосферы

Температура и способы ее измерения

Температура как главный экологический фактор. Влияние изменения температуры на сбалансированность обмена веществ в организмах

Насыщенные и ненасыщенные пары

Токсичность некоторых газов и их «устойчивость» в атмосфере

Значение влажности воздуха и ее влияние на биологические системы. Совместное действие температуры и влажности на живые организмы. Влияние загрязнения атмосферы на конденсацию пара в ней

Физика твердого тела

Засорение окружающей среды отработанными материалами с заданными свойствами (пластмассы, полиэтилен)

Диапазон температур в природе, влияние температуры на биосферу. Тепловые двигатели — косвенные источники загрязнения атмосферы. Состав и токсичность выхлопных газов, зависимость их количества от мощности двигателя. Тепловой баланс Земли и влияние его на «климат. Защита воздуха от загрязнения

Атмосферное электричество, электрическое поле троприборов, его проявление и влияние на человека

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Электролиз

Очистка воды от загрязнения при электролизе (элект­рофлотационный метод очистки). Метод определения засоленности почв и грунтовых вод по их электропроводности. Принцип действия электрофильтровальных очистных сооружений. Экологические аспекты электролитического производства

Электрический ток в газах

Ионизация атмосферного воздуха. Биологическое действие легких и тяжелых ионов. Понятие об электрофильтрах. Экологические преобразователи энергии. Плазменный МГД-генератор

Электрический ток в полу­проводниках

Экологические преобразователи тепловой и световой энергии в электрическую (полупроводниковые приборы). Использование энергии Солнца

Тема курса физики

Затрагиваемые экологические вопросы

Магнитное поле. Магнитные свойства вещества

Магнитное поле Земли и приспособление к нему организмов. «Магнитная» очистка воды от примесей — магнитная сепарация

Производство, передача и использование электричес­кой энергии. Успехи и перс­пективы развития электро­энергетики

Загрязнение атмосферы ТЭС, Меры защиты окружаю­щей среды от теплового и химического загрязнения

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

Биологическое воздействие электромагнитных волн сверхвысокой частоты и защита от них

Электромагнитные излуче­ния разных диапазонов длин волн

Биологическое действие ультрафиолетового, инфра­красного, рентгеновского излучений и защита от них. Парниковый эффект

Влияние загрязнения атмосферы на изменение спект­рального состава солнечного света у поверхности Зем­ли. Парниковый эффект

Различие в отражательной способности разных повер­хностей с экологической точки зрения

Состав ядра атома. Испус­кание и поглощение света атомом. Спектральный ана­лиз

Естественные радиоактивные элементы. Естественный радиоактивный фон и его действие на живую природу. Круговорот радиоактивных элементов в природе и вли­яние его на живые системы. Физиологические действия нейтронов и способы защиты от нейтронного излуче­ния. Применение спектрального анализа для контро­ля за состоянием окружающей среды

Загрязнение биосферы продуктами ядерных взрывов. Производство атомной энергии

Проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС. Техника безопасности на ядерных установках

Радиация и биосфера

Воздействие радиоактивного загрязнения на организм человека. Радиоактивное загрязнение природных сред

Существование долгоживущих радиоактивных изото­пов

Радиоактивное излучение — наличие радиоактивных ве­ществ в количествах, превышающих уровень есте­ственного фона. Новые виды оружия. Научно-техничес­кий прогресс в народном хозяйстве

Наиболее актуальными экологическими проблемами, которые обязательно обсуждаем на уроках, являются следующие.

Трудно представить себе жизнь современного общества без автомобиля. Мировой автомобиль­ный парк уже превысил 400 млн. машин и число их ежегодно возрастает на 30 млн. Но с другой сто­роны, автомобильный транспорт вносит значи­тельную долю в загрязнение окружающей среды. Автомобильные выхлопы содержат более 60 вред­ных веществ, в том числе углеводороды, соедине­ния свинца, серы, азота и т.д., которые в большин­стве тяжелее воздуха и поэтому стелются над зем­лей. Дыхание таким отравленным воздухом вредит здоровью. Автомобильный двигатель сжигает око­ло 4 тонн кислорода в год, при этом с выхлопны­ми газами выбрасывается до 800 кг окиси углеро­да, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг раз­личных углеводородов. При разгоне количество вредных выхлопов увеличивается почти в 10 раз. Существуют различные пути уменьшения прино­симого вреда: контроль технического состояния автотранспорта, строительство объездных дорог вне населенных пунктов, переход на дизельное топливо (сгорает почти полностью, не содержит свинца, дизельный двигатель на 20—30% эконо­мичнее бензинового, на производство дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии). Перспективны также перевод автотранспорта на газовое (в том числе водородное) топливо, разви­тие экологически чистого электрического транс­порта.

Открытие реакции деления ядер урана со време­нем предоставило человечеству огромный ресурс внутриядерной энергии. При относительной экологической чистоте ядерной энергетики она приносит также и большие проблемы. Это стало особенно ясно после аварии в Чернобыле. Экологические проблемы приобрели социально-политическое значение, из национальных проблем они превратились в планетарные.

Мне кажется важным, чтобы, уходя с урока физики, школьники поняли, что окружающий мир и человеческое общество – это единое целое, что каждый житель Земли может внести свой вклад в дело спасения нашей планеты от экологических катастроф.

Экология: основные понятия

С егодня в обиходе очень модный и актуальный термин — экология! Но что подразумевают люди, употребляя это слово в своей речи, вписывая его в статьи, научные работы и «отрывая» от него заветный кусочек «эко», чтобы «приклеить» к чему-то важному, например: «экопродукты», «экокожа», «эколайф»?

На самом деле, «экология» — слово, состоящее из греческого «ойкос» — ‘дом’ и «логос» — ‘наука’. Получается, что дословно «экология» — это наука о доме. Но, конечно, само понятие намного шире, многогранней, интересней, чем кажется, если отталкиваться от этого определения.

Если погрузиться в осмысление всего, что значит этот модный термин, то можно открыть для себя много нового и весьма интересного, особенно для человека, который нацелен на правильный (здоровый) образ жизни.

Экология: что это такое и что она изучает

Экология — это наука, изучающая взаимодействие живых организмов с окружающей средой. Исходя из перевода составного термина, это наука о доме. Но под словом «дом» в экологии понимают не то или, точнее, не только то жилище, в котором проживает конкретная семья, отдельный человек или даже группа людей. Под словом «дом» здесь понимается целая планета, мир — дом, в котором живут все люди. И, конечно, в разных разделах экологии рассматриваются отдельные «комнаты» этого «дома».

Экология изучает всё, что как-то взаимодействует или влияет на живые организмы. Это очень объёмная наука, которая затрагивает добрую сотню актуальных вопросов для человека и его жизни на земле.

Виды экологии

Как и некоторые другие науки, экология включает в себя множество различных разделов. Ведь уместить всё важное в одном направлении довольно сложно. Можно запутаться и так и не сделать нужных выводов, не найти решений для серьёзных проблем.

Стоит знать, что экология — это сравнительно молодая наука. Ей всего-то не более 200 лет. Однако на сегодняшний день наука стоит на одной ступени по степени важности с математикой, физикой, биологией и др. При этом некоторые научные сферы (ботаника, химия, микробиология) экология не просто затрагивает, а даже базируется на них.

Различают такие виды экологии:

• экология биосферы — раздел, изучающий среду обитания человека и глобальные изменения в ней;
• промышленная экология — направление, занимающееся изучением влияния на окружающую среду промышленных предприятий и процессов;
• экология отрасли — каждая отрасль занимательна и интересна с точки зрения экологии;
• сельхоз-экология — изучает влияние и взаимодействие сельского хозяйства с окружающей средой;
• эволюционная экология — изучает процессы эволюции живых организмов и влияние их на среду обитания;
• валеология — наука о качестве жизни и здоровье человека;
• геоэкология — изучает геосферу планеты и её обитателей;
• экология морей и океанов — направлена на изучение вопросов чистоты водной поверхности земли;
• социальная экология — наука о чистоте социальной области;
• экономическая экология — направлена на разработку алгоритмов рационального использования ресурсов планеты.

По сути, разделы этой науки всё время расширяются и множатся. Но абсолютно все ответвления сводятся к общей экологии, задачей которой является сохранить здоровую среду обитания и не дать погибнуть нашей планете раньше отведённого времени.

Про экологию мысли и чистоту мировоззрения

Пока официально нет раздела в экологии, который бы был направлен на изучение влияния собственного мировоззрения человека на окружающую среду и собственное здоровье. Однако то, как думает и воспринимает окружающий мир человек, сильно влияет на его действия. Про экологию мысли забывать нельзя. Ведь только правильный ход мысли и глубокое понимание необходимости жить в ладу с природой, позволит сохранить наш «дом», не нанести ему ущерб. Человек с чистыми светлыми мыслями духовно здоров. Его физическое тело также более крепкое. А это тоже весьма важно для сохранения здоровья окружающей среды и создания комфортной экосистемы для каждого живущего на земле.

Термин и понятие экологии

Конечно, из всего написанного выше уже можно понять, что термин «экология» включает в себя огромный объём информации и «рассыпается» на важные элементы, грани которых составляют единую важную цель — изучение планеты и сохранение её здоровья. Но кто это всё придумал и почему это так важно? Стоит разобраться.

Кто ввел термин «экология»?

Впервые термин «экология» произнёс учёный-философ и естествоиспытатель Эрнст Генрих Геккель. Этому же немецкому философу принадлежит авторство таких биологических терминов, как онтогенез, филогенез, которые также имеют прямое отношение к экологии.

Что означает экология

Как уже можно догадаться, экология — понятие всеобъемлющее, заключающее в себя массу вопросов, связанных со средой обитания и её чистотой. Но почему мы так часто слышим составные слова с приставкой «эко» и понимаем это как чистоту, здоровье, безопасность? Ничего сложного! Ведь основной мыслью экологии как науки является поиск решений, позволяющих сохранить красоту и здоровье природы. Эколог — это человек, который изучает влияние любых процессов, веществ, вещей на мир окружающий и живые организмы. Поэтому, когда человек говорит экология, он подразумевает чистоту окружающей среды. Когда мы произносим любое слово с приставкой «эко», то подразумеваем, что это нечто чистое, безопасное и полезное для нашего здоровья. Исключением являются специфические термины, употребляемые в научной среде.

Экотоп — отдельный участок среды обитания живых организмов, претерпевший некоторые изменения в результате деятельности этих организмов.

Экосистема — среда взаимодействия группы живых организмов.

В остальных случаях слова с приставкой «эко» — это новые слова, составленные с заявкой на указание выгоды. Т. е., по сути, очень часто экопродукты, экоматериалы, экокультура — это всего лишь маркетинговый ход. Доверять слепо такой приставке не всегда стоит. Лучше внимательно присмотреться к вещи, которую пометили заветным зелёным листочком (эмблема экологически чистых товаров) и изучить состав. А уж потом делать выводы о чистоте и безопасности выбранного продукта.

Где и кому нужна экология

Сегодня предмет экологии изучают в школе, средних и высших специальных заведениях, вне зависимости от профиля. Конечно, на отделениях ботаники, агрономии, зоологии и т. п. этому предмету уделяют куда больше внимания, чем, например, на экономическом факультете. Но практически в любой общеобразовательной программе есть раздел экологии. И это не случайно. Каждый человек должен быть экологически грамотен. Вы можете не быть юристом, но понимать, какая среда вас окружает, вам стоит. Можно не владеть понятиями медицины, но знать основы, как сохранить здоровье планеты важно. Где и как мы соприкасаемся с вопросами экологии? Ну, например, когда вы идёте выбрасывать мусор, вы уже становитесь «винтиком» в механизме системы, которая или нарушает общее благополучие окружающей среды или помогает сохранить здоровье планеты. Ведь надо знать, как правильно и куда выбросить мусор, чтобы минимизировать отрицательное влияние отходов на здоровье людей и экосреды. Когда человек закуривает сигарету, он также оказывает непосредственное влияние на формирование фона здоровья природы. Одна, казалось бы, сигарета, но может принести массу негативных перспектив и самому курильщику, и окружающему миру в целом.

Сегодня экологические отделы есть почти при каждом промышленном предприятии. Экологическая служба работает в каждом городе. В масштабах страны вопросы экологии решаются и обсуждаются в рамках серьёзных совещаний. Об экологии нашей планеты говорят, думают, спорят ученые и обычные люди. Каждый день, просыпаясь утром, мы соприкасаемся с разными сферами этой науки. Она интересна, многогранна и очень важна для каждого из нас и для всех людей в целом.

Экологические проблемы и их решение

Когда мы заговорили о приставке «эко», как о знаке чистоты, — это была позитивная «частица» темы. Есть и обратная сторона — негатив! Словосочетания «экологическая проблема», «экологическая катастрофа» нередко нас пугают в заголовках газет, интернет-СМИ, телепрограммах и радиосводках. Обычно под этими словосочетаниями «прячется» что-то страшное, угрожающее и грязное. Грязь здесь имеется в виду в прямом смысле слова. Например, выброс с какого-нибудь завода в море загрязняет водную среду и может нанести ущерб живым обитателям этой экосистемы. Это экологическая проблема, каких сегодня может быть масса. Когда мы говорим об истончении озонового слоя, мы подразумеваем экологическую катастрофу, к которой может привести это явление. Наука, которую мы здесь рассматриваем, как раз направлена на то, чтобы минимизировать риски возникновения экологических проблем и уж тем более не допустить развития целых катастроф в масштабах города, страны, планеты. Именно для этих целей была создана и развивается эта многогранная, интересная и невероятно важная наука.

Как предупреждаются и решаются проблемы экологии

Если есть наука, существуют и учёные, которые занимаются её развитием. Учёные-экологи трудятся над изучением разных вопросов экологии. Это и узкоспециализированные сферы, как например агроэкология, зооэкология, промышленный комплекс и экология общая, классическая. По всему миру создаются и успешно работают различные экослужбы. Например, в нашей стране есть такой орган, как экологическая полиция. Это служба, которая следит за соблюдением правил экологической безопасности в городах и других населённых пунктах. На каждом предприятии есть собственный отдел, который контролирует влияние работы предприятия на окружающую среду и сдаёт отчётность по этому поводу высшим органам.

В масштабах мировой науки постоянно ведутся разработки, направленные на оптимизацию различных процессов, для снижения рисков развития экологических проблем и предупреждения возникновения катастроф. Экоконтроль работает в сетевых продуктовых магазинах, чтобы не допустить попадания на столы некачественных продуктов.

Но каждому человеку следует помнить, что и он является важным звеном системы, так или иначе влияющей на чистоту и здоровье нашего «дома», нашей планеты. От того, как живет, как думает, как действует каждый человек, тоже зависит очень многое. Поэтому стоит уделить внимание этой науке хотя бы на уровне общего ознакомления с её основными понятиями и проблемами.

Физика и экология

Взаимосвязь физики и экологии

Термодинамические системы неживой и живой природы далеки от равновесия. Они представляют собой потоки энергии и вещества, в которых происходят процессы самоорганизации, базирующиеся на фундаментальных физических принципах. Лауреат Нобелевской премии И.Р. Пригожин рассматривал природные системы как диссипативные структуры, обменивающиеся энергией и веществом с окружающей средой. Океанические течения, атмосферные циркуляции — примеры диссипативных структур. Земля с точки зрения физики также является системой, получающей энергию извне, от Солнца. Экологию можно рассматривать как науку, изучающую процессы самоорганизации и эволюции систем в живой и неживой природе.

Уже В.И. Вернадский считал, что воздействие человека на природу может стать более мощным фактором, чем все остальные природные процессы.

Рисунок 1. Академик Владимир Иванович Вернадский, создатель учения о биосфере и ноосфере. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

С другой стороны, физика Земли, изучающая процессы в атмосфере, литосфере, гидросфере, способна предоставить и решение проблем, связанных с искажениями среды обитания:

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

1. она играет прогнозирующую роль для экологии;
2. широкий спектр физических методов изучения вещества должен найти применение в создании эффективных средств мониторинга экосистем;
3. опыт разработки физико-математических моделей природных процессов также может быть полезным в исследовании влияния антропогенных воздействий на функционирование экосистем.

Устойчивость вида Homo Sapiens определяется интервалом колебаний средней температуры атмосферы всего в 4 градуса.

Физические факторы, влияющие на окружающую среду

Технический прогресс последних столетий, обусловленный развитием физики и других фундаментальных наук, поставил на службу человеку многие явления природы. Вместе с тем, их эксплуатация должна производиться с учетом влияния на окружающую среду. Рассмотрим некоторые явления природы в экологическом аспекте:

• тепловые машины (в первую очередь двигатели внутреннего сгорания): их эксплуатация вызывает парниковый эффект, загрязнения почвы, водоемов и воздуха; борьба с негативными последствиями заключается в повышении КПД двигателей, использовании более эффективного топлива, улавливании выхлопных газов и т.д.;
• агрегатное состояние веществ: вода, переходящая в состояние пара, конденсируется в верхних слоях атмосферы, затем выпадает в форме осадков; в природе существует баланс между количеством испаряемой воды, и тем, которое находится в атмосфере; человек с помощью техники уничтожает водоемы, что приводит к нарушению равновесия; для предотвращения этого важно оценить возможные последствия природопреобразовательных действий;
• диффузия: это явление в природе часто является причиной распространения загрязняющих веществ, например, при работе металлургических заводов;
• вибрация и шум; вибрация — фактор с высокой биологической активностью; некоторые ее виды служат причинами патологических состояний организма; вибрация связана и с проблемой нежелательных шумов: при воздействии высокого уровня звуков могут наступить различные патологии, вплоть до психологических расстройств и глухоты;
• электромагнитные поля (ЭМП): их распространяет бытовая техника и средства связи; доказано негативное влияние некоторых искусственных ЭМП на состояние здоровья живых существ; например, электромагнитное излучение, идущее от блока питания компьютера, распределяется на 2,5 м; другая бытовая техника, работающая от сети переменного тока, также являются источником электромагнитных полей: СВЧ-печи, мощные холодильники, электроплиты и т.п.; необходимо обращать внимание на соответствие санитарных паспортов таких приборов требованиям санитарных норм;
• ионизирующее излучение: его действие на биообъекты может быть губительным: могут наблюдаться симптомы от кратковременных изменений состава крови и усталости до рвоты, а в долговременной перспективе — онкологических заболеваний; медико-профилактические мероприятия помогают защитить организм от поступления в него радионуклидов.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Рисунок 2. Источники загрязнения атмосферы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Повышение роли экологии в преподавании физики

Экологические проблемы стали особенно сильно интересовать физиков-преподавателей с 80-х гг. ХХ века, после катастроф на атомных электростанциях Три-Майл-Айленд (США, 1979 г.) и Чернобыльской (СССР, 1986 г.). С этого времени у ученых ускорилось формирование чувства ответственности за экологические издержки их деятельности. Появилась потребность введения в учебные программы курсов физики окружающей среды. Так, например, в Ленинградском технологическом институте обучение по специальности «Экология и рациональное использование природных ресурсов» ведется с середины 1980-х гг.

Интересно отметить, что основы преподавания экологической физики во многом заложил наш соотечественник, профессор кафедры теоретической физики Коломенского педагогического института А.П. Рыженков. В 1989 г. вышла его первая тематическая монография — «Физика и экология». С 1991 г. он по приглашению Лундского университета (Швеция) вел там курс «Физика окружающей среды», сформировав первую группу студентов по этому направлению. Интерес к этой учебной дисциплине неуклонно рос, и вскоре курс стал обязательным для студентов-физиков педагогических отделений Швеции. В 1999 году был опубликован учебник «Физика окружающей среды» Матса Арескога, одного из первых слушателей профессора Рыженкова. Деятельность по преподаванию физической экологии была им продолжена в США в 1997-1998 гг. на экологическом отделении Университета Монтклэр в штате Нью Джерси.

В настоящее время внимание физиков к вопросам экологии еще не так велико, как требуют тревожные симптомы изменения экологической обстановки на Земле. Тем не менее, полноценные курсы экологической физики сформированы в ведущих вузах, в частности, на Физическом факультете МГУ.

Важной составляющей изучения экологической физики являются практические занятия в полевых условиях, например: исследование вариаций солнечного излучения, ресурсного потенциала реки и т.д.

Рисунок 3. Полевые занятия по экологии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Что такое экология с точки зрения физики

Институт физики НАН Украины

Украинский институт экологии человека

Аннотация

В статье рассматриваются основные проблемы современной экологии человека с позиции физики, как физические поля влияют на окружающую человека среду, на его здоровье.

Физические поля естественные, природные и искусственно созданные человеком существенно влияют как положительно, например магнитное поле Земли, так и отрицательно, например электромагнитные поля сотовой связи и др.

Осуждаются основные проблемы использования физических полей в решении современных вопросов экологии человека.

Abstract

The main problems of human ecology on the base of modern physics are considered in the article.

Ключевые слова : физические поля, экология человека, вибрации, акустические колебания, электромагнитные поля, ионизирующие излучения.

Введение

Человечество планеты Земля входит в новую эпоху своего развития, новое тысячелетие. С точки зрения развития Вселенной и в частности планеты Земля такие временные процессы развития – это огромные изменения в жизни этих систем. Если рассматривать Вселенную как специфическую самоорганизующуюся («живую») систему, которая характеризуется определенными космическими полями, то процессы развития (существования) Вселенной подчинены своим специфическим законам развития.

В качестве примера можно привести историю развития науки о сознании человека [1].

Существует определенная цикличность развития природы, а с ней и развитие сознания человека, достижений научно-технического процесса и др.

Хронология разбивается на периоды: годы, столетия и тысячелетия. Длинновременные циклы наиболее важны, так как они в принципе коррелируют с косморитмами. Каждые 100 лет развития Вселенной это определенный этап эволюционного развития. Этот обыкновенный процесс развития Вселенной проявляется на развитии нашей планеты земля, как единственной планеты Солнечной системы, которая на 2/3 своего состава состоит из воды и благодаря воде сегодня существует живая природа и сам человек как компонент, как продукт живой природы. За законами развития Природы, о чем еще в тридцатые годы прошлого века писал австрийский исследователь В.Шаубергер «Человек должен быть слугой у Природы». К большому сожалению, человек не осознал своей основной миссии на Земле: весь период развития человечества в ХХ веке – это век с одной стороны научно-технического прогресса, а с другой – это век постоянного увеличения конфликта между Природой и Человеком. Человек постоянно нарушает законы развития Космоса в целом и Природы в частности.

Пророк ХХ столетия В.И.Вернадский в начале 30-х годов, когда на смену физики Ньютона, зарождалась новая квантовая физика, писал, что «человек – это квантовая система, человек – это космос в миниатюре». Гармония Природы, периодические процессы в Космосе – это Космические законы развития Вселенной, планеты земля и человека в особенности.

Сегодня современная научная картина мира строится на основе физических законов природы, которая должна отражать и учитывать нарастающие экологические проблемы. Можно утверждать, что характерной особенностью новой эпохи , в которую вступило развитие цивилизации, взаимодействие социума и природы благодаря появлению новых отраслей науки, техники, производства ,особенно расширению сферы влияния трудовой деятельности людей на окружающий мир, Природу, стало настолько тесным, что вторжение человека в природу уже не может быть хаотичным и безграничным. Все это должно определенным образом регулироваться , гармонизироваться: социум и окружающая среда, или в противном случае цивилизация окажется перед экологической катастрофой, которая будет существеннее уничтожающей, чем ядерная война .

К сожалению, по-видимому, наша цивилизация уже вошла в свое противоречивое развитие в фазу необратимых процессов нарушения равновесия природы – человек.

Физическая экология

Все процессы в живой природе описываются различными науками, особенно одновременным использованием методик и положений нескольких наук одновременно, или то , что называется смешанными представлениями разных наук (имеется ввиду наук, обеспечивающих те или иные процессы развития природы). Так начали появляться новые разделы наук, которые в себе сочетают разные направления естественных наук. Например, сегодня существуют такие направления наук, как химическая физика и физическая химия; медицинская физика и физическая медицина. Особенно это характерно для сочетания достижений физики в развитии науки о среде обитания человека, об экологии.

Описание процессов влияния различных физических полей на живую природу, можно отнести к физической экологии, а использование методов физики в изучении процессов в природе – это можно отнести к экологической физике. Это сочетание скорее условно, так как переплетение принципов физики и физических методов исследований в природе достаточно тесное.

В данной статье рассмотрим наиболее важные направления физики в экологии, которые составляют основу такого направления науки как физическая экология.

Физические факторы среды

Вибрации и шум . Малые механические колебания , возникающие в упругих телах или телах находящихся под воздействием переменного физического поля, называется вибрацией.

К вибрациям, в первую очередь, следует отнести звук, который определяет звукосферу человека.

Воздействие вибраций на человека, на живой организм классифицируют: по способу передачи колебаний, по направлению действий вибраций; по временной характеристике вибрации.

Вибрации относятся к факторам, обладающим высокой биологической активности. Выраженность ответных реакций обуславливается в основном физическими характеристиками вибраций: силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной физиологической колебательной системы.

Экспериментально установлено, что нет линейной зависимости между уровнем воздействующей вибрации и ответными реакциями организма. Причину этого явления связывают с резонансными эффектами. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних физических полей при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних полей.

Различные вибрации, особенно техногенного происхождения, приводят к появлению различных патологических состояний организма человека. Вибрационная патология состоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний человека, как экологического фактора. Среди различных факторов влияния вибрации на человека следует отметить локальную вибрацию, которая связана чаще всего с профессиональной деятельностью человека.

Акустические колебания охватывают как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Звуковые колебания – это колебания в диапазоне 16 Гц- 20 кГц. Колебания с частотами менее 16 Гц – инфразвуковые, выше 20 кГц — ультразвуковые.

У человека, животных основной детектор звуковых колебаний – это ухо; однако весь организм живой структуры это сложная по структуре фрактальная система, которая в силу специфики строения своей структуры, наличие в ней основного компонента – воды, является весьма чувствительной системой к воздействию внешних вибраций.

Шум — определяется как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Напомним, что окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная речь – 50-60 Дб (децибел) ; автосирена – 100 Дб ; шум двигателя легкового автомобиля – 80Дб; громкая музыка – 70 Дб ; шум в обычной квартире – 30-40 Дб.

Шум влияет на весь организм человека, на его физиологическую активность и может вызывать, при определенных условиях влияния, различные заболевания организма, в первую очередь к снижению слуха человека, глухоте.

Физика вибраций и шума сегодня составляют основу звукосферы человека и являются наиболее актуальной в связи с использованием человеком, особенно детьми, молодежью, плееров и мобильных телефонов .

Электромагнитные поля (ЭМП) [2]

Электромагнитные поля неионизирующего излучения сегодня являются наиболее актуальным исправлением в экологии человека, если иметь в виду слабые и сверхслабые ЭМП современной бытовой техники и различных средств связи, включая мобильные телефоны, компьютеры, плееры и пр.

Отметим здесь, что достаточно большой напряженности электрического поля, особенно при исследовании электростатических исследований могут наблюдаться явления ионизации среды.

В основном при нормировании ЭМП используются понятия: «порог» и «доза». Порог – это предельно допустимая величина облучения, по достижении которой наступают неблагоприятные последствия. Дозой называется величина энергетической нагрузки, зависящая как от продолжительности так и от интенсивности облучения. Под предельно-допустимой дозой подразумевают дозу, которая обеспечивает незначительную вероятность появления тяжелых соматических и генетических последствий.

Однако, из сопоставления данных об уровнях естественного и искусственного (техногенного) электромагнитного фона следует признать, что не существует уровня облучения, который можно было бы считать абсолютно безопасным. Любой уровень ЭМП , превышающий естественный фон , всегда может создавать риск вредных последствий.

Сегодня практически не существует надежных методов определения воздействия того или иного источника ЭМП на организм здорового человека, особенно длительного воздействия слабых техногенных ЭМП.

Существующие в разных странах различные санитарные нормы безопасности ЭМП основаны, в первую очередь, на данных , которые дают существующие для детектирования ЭМП физические приборы. Сегодня нет физических приборов, которые бы детектировали наличие слабых техногенных ЭМП во всем диапазоне частот от Герц (Гц) до Гигачерц (ГГц). Это означает, что остается проблемой, влияет ли ЭМП в том случае на организм человека, если выбранный прибор не фиксирует наличие ЭМП.

Фоновые ЭМП. Под электромагнитным полем подразумевается совокупность неионизирующего излучения искусственного и естественного происхождения, воздействующего на живые и неживые объекты продолжительное время.

В природе существуют ЭМ поля естественного происхождения. Собственно в окружении природных ЭМП формировалось и существует все многообразие видов и форм живых существ на земле.

К низкочастотным (до сотен КГц) ЭМП и волн в природе относятся: атмосферное электричество, естественный магнетизм горных пород; приливные и отливные явления на море; воздействие «солнечного ветра» на магнитосферу Земли; различные потоки космических частиц, которые взаимодействуют с перемещающимися зарядами атмосферного электричества; полярные сияния.

Из перечисленных источников, следует считать источники атмосферного электричества в диапазоне частот 0.003-30 МГц. В диапазоне 0.03-20 Ггц мощность источников ЭМП космического происхождения превышает мощность источников наземного происхождения.

Фоновые уровни ЭМ излучения искусственного происхождения можно считать безопасными для человека, если по абсолютной величине они не превышают значений естественного фона.

Из сопоставленных данных об интенсивностях естественного ЭМ фона с предельно-допустимыми (по санитарным нормам) уровням можно оценить степень превышения норм искусственного излучения.

ЭМ поля радиоэлектронных устройств . Человек, как биологический вид, формировался под влиянием магнитного поля Земли, хотя человек обладает механизмами, обеспечивающими определения того или иного ЭМ воздействия, однако у него отсутствуют рецепторы и органы, непосредственно реагирующие на эти поля.

Все ЭМП , действующие на человека, в основном проявляются на его функциональное состояние, а основным внутренним фактором таких полей является вода организма человека, которая является весьма чувствительной средой к любым влияниям ЭМП.

ТВ и радиовещание . Основной задачей радио и телестанции является эффективное излучение ЭМ волн в окружающее пространство, их изначально следует рассматривать как фактор неблагоприятного влияния на окружающую среду и людей. По сравнению с другими источниками ЭМ волн эти радиосредства имеют высокую мощность , значительные геометрические размеры и предназначены для непрерывной работы в течении длительного времени. Воздействию, создаваемых или ЭМ полей, подвергается значительное количество людей.

Можно считать, что постоянный прирост электромагнитной «нагрузки», обусловленный расширением сети телевизионного вещания в первую очередь, в последующие годы будет незначителен, и будет целиком определяться вводом в эксплуатацию новых радиопередающих станций сети УКВ – ЧМ вещания.

Основной принцип обеспечения безопасности от ЭМ полей ТВ и радио – это соблюдение организациями, эксплуатирующими вещательные станции, установленных «Санитарных норм и правил» предельно допустимых уровней ЭМП.

С целью обеспечения безопасности населения в пределах санитарно защитных зон и зон ограничения застройки, запрещается строительство жилых зданий, лечебных, культурных, детских дошкольных и средних учебных заведений , предназначенных для круглосуточного пребывания людей.

Стационарная и мобильная связь . Проблема о влиянии средств стационарной и мобильной связи является весьма актуальной в связи с массовым внедрением в повседневную жизнь современного человека средств сотовой (мобильной) связи. Именно портативные средства связи, излучающие относительно небольшую мощность, стали пользоваться большие массы людей.

По существу, мы имеем случай глобального эксперимента в мире по воздействию слабых ЭМП сотовой связи на здоровье человека. Без тщательных медицинских исследований по влиянию ЭМП антенн, аппаратов сотовой связи на организм человека, последствий постоянного пользования такого рода персональных источников ЭМП на человека, началось массовое применение этого типа связи социумом.

Принципиально технической особенностью системы сотовой связи является эффективное использование выделяемой для работы системы области частот в различных «сотах» и применения различных методов доступа абонентов к ресурсам системы. Именно за счет этого удается одновременно обеспечить телефонной связью значительное число абонентов. В сотовой связи обслуживаемая территория разбивается на «соты» радиусом 0.5-10 км.

Вопрос о воздействии излучения мобильного телефона на организм человека в настоящее время является дискуссионным.

Наши исследования, выполненные в последнее время, по влиянию излучения мобильного телефона, антенн, сотовой связи на физические свойства природной воды свидетельствуют о том, что именно вода является на сегодня единственным высокочувствительным индикатором наличия в окружающей среде сверхслабых и слабых ЭМП. В свою очередь, это означает, что эти поля отрицательно влияют на любые живые организмы, в том числе и на организм человека, основой структуры и функциональной активности которых является вода внутри живой структуры.

С помощью физики сегодня можно и необходимо разрабатывать эффективные методы детектирования ЭМП сотовой связи и соответственно методики безопасности живых организмов природы.

Энергетика и электротранспорт . Сегодня электротранспорт стал неотъемлемой частью современной жизни, однако его воздействие на здоровье человека до недавнего времени не уделялось должного внимания. В большинстве случаев, пассажиры даже не задумываются о степени электромагнитной безопасности электротранспорта.

Напомним, что специалистами Балтийского государственного технического университета . «ВОЕНИСХ», Северо-западного научного центра гигиены и общественного здоровья, показано, что влияние электротранспорта существенно зависит от режима его эксплуатации [2]. Так значение магнитной индукции в диапазоне 0.01 -50Гц для режимов разгона и торможения составляют: в кабинах водителей троллейбусов — 49-325 мкТ, в кабинах водителей трамваев – 160-220 мкТ, в пассажирских салонах – до 265 мкТ, а в пригородных электропоездах до 75-85 мкТ.

Компьютерная и офисная техника . По степени вредного воздействия на организм человека персональные компьютеры (ПК) являются достойными соперниками сотовой связи. Исследования показывают, что после 45 минут работы на ПК , неоснащенном средствами защиты, у пользователей проявляются существенные перегрузки регуляторных систем организма.

Такие наборы технических средств как компьютер, ксерокс, телефон-факс, СВЧ –печь харакетрны для современного офиса. Однако, большинство сотрудников офисов не знают или не задумывались об этих источниках ЭМ опасности для их здоровья. Есть группы людей, которым ввиду физиологических и психологических особенностей в принципе не рекомендуется работа за компьютером, независимо от степени защиты пользования от его излучений, особенно детей на уроках информатики. Персональные компьютеры опасны не только для тех, кто сидит перед дисплеем. Электромагнитные излучения, особенно блока питания , монитора, распределяется во все стороны от компьютера. Радиус опасной ЭМ зоны может достигать 2.5 м.

Таким образом, безопасность компьютерного оборудования в настоящее время становится весьма существенным фактором общей ЭМ безопасности человека.

Кроме непосредственного влияния ЭМП компьютера на организм человека, существенно влияет на человека ионный состав воздуха и другие негативные влияния на здоровье человека.

Бытовая техника . Современная бытовая техника сегодня является наиболее характерным близким ЭМ спутником человека. Электрические плиты, мощные холодильники, морозильные камеры, СВЧ – печи вносят ощутимый вклад в эти ЭМ безопасность квартиры.

Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источником ЭМП.

Самыми мощными считаются СВЧ – печи, аэрогидрили, холодильники с системой «без инея», кухонные вытяжки, электроплиты.

Кроме СВЧ-печи, все бытовые приборы сегодня используют частоты ЭМП 50 Гц. В СВЧ –печах используются специальные генераторы СВЧ поля, рабочая частота которых составляет около 24 ГГц.

При приобретении электробытовой техники , ее эксплуатации всегда следует обращать внимание на соответствие санитарного паспорта прибора требованиям «Межгосударственных санитарных норм допускаемых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях» МСанПиН 001-96.

Ионизирующее излучение и человек [3]

Влияние ионизирующего излучения на организм человека сводится к цепочке обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом влияния являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях, в воде, составляющих основу живых организмов. Диссоциация сложных молекул в результате разрыва химических связей – является прямым действием радиации. Важную роль в формировании биологических эффектов играют радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды. Свободные радикалы водорода и гидроксильной группы , которые обладают высокой активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов, других элементов биологии, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. В результате этого нарушаются доменные процессы, прекращается или замедляется рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению деятельности отдельных функций и систем организма.

Химические реакции, индуцируемые свободными радикалами, развиваются с большим выходом , вовлекая в процесс сотни и тысячи молекул, не задетых излучением. В этом состоит основная специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, детерминированные пороговые эффекты и стохастические безпороговые эффекты.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма облучении всего тела и при поглощенной дозе выше 0.25 Гр. При дозе 0.25 -0.5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0.5 – 1.5 Гр возникает чувство усталости, менее, чем у 10% облученных наблюдается рвота, умеренные изменения в крови.

Легкая форма острой лучевой болезни наблюдается при дозе 1.5 — 2.0 Гр, при дозе 2.5 – 4.0 Гр — наблюдается лучевая болезнь средней тяжести. При дозе 4.0 – 6.0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50% случаев к смерти в течении первого месяца. При дозах выше 6.0 Гр развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая практически в 100% заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Если производится лечение противолучевыми средствами можно исключить летальный исход при дозах около 10Гр.

Степень воздействия радиации зависит от того, является ли облучение внешним или внутренним.

Напомним, что кальций, радий и стронций накапливается в костях, изотопы йода вызывают повреждения щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли печени. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа – излучающие изотопы полония и плутония.

Самое коварное свойство ионизирующего излучения состоит в способности вызывать отдаленные последствия – это лейкозы, злокачественные образования, ранее старение. Существуют нормы радиационной безопасности НРБ -96 и Гигиенические нормативы ГН2.6.1.1054-96, выполнение которых для различных категорий людей обеспечивают их здоровье.

Сегодня, благодаря в первую очередь аварии на Чернобыльской АЭС, сравнительно хорошо изучены последствия радиационного излучения на организм человека и разработаны различные медико-профилактические мероприятия по защите организма от неконтролируемого поступления в организм человека в основном с пищей различных радионуклидов.

Принципиально не решаемой пока проблемой является невозможность, с помощью существующих физических и химических методик, дезактивировать радиоактивные заряженные земли, а значит, и очищать земли, растительную продукцию и защищать все живое на Земле, в том числе и человека.

Определенных успехов можно достичь с использованием новых технологий, развиваемых в последние годы. Это так называемые ЕМ-технологии, основанные на использовании эффективных микроорганизмов. Такие технологии хорошо развиваются в Японии, Германии и их дальнейшее развитие, по-видимому, позволит человеку более надежно экологически защитить среду обитания.

Не исключено, что развитие новых физических принципов влияния на радиационные процессы в веществе приведут к созданию устройств , которые будут эффективны в борьбе с радиационными излучениями. Но, пока эти работы в зачаточном состоянии.

Свет – как экологический фактор

Свет как экологический фактор имеет важнейшее значение потому, что является источником энергии для процессов фотосинтеза, т.е. участвует в образовании органических веществ из неорганических составляющих. Он играет большую и разнообразную роль в различных жизненных процессах у животных, что определяется его физическими свойствами.

В экологии под термином «свет» подразумевается диапазон солнечного излучения, представляющий собой поток энергии в пределах длин волн от 100 до 3000 нм и более. Этот поток радиации распадается на несколько областей, отличающихся физическими свойствами и экологическим значением для живых организмов. Границы этих областей не четки; в общем виде их можно представить следующим образом: 150- 400 нм — ультрафиолетовая радиация (УФ); 400-800 нм – видимый свет (границы отличаются для развития организмов); 800-1000 нм – инфракрасная радиация (ИК). Не вся солнечная радиация достигает поверхности Земли.

При прохождении через атмосферу часть солнечной радиации рассеивается молекулами газов воздуха и водяными парами, часть отражается от облаков. Этот процесс связан и с изменением качественного состава радиации. Наиболее коротковолновая часть спектра ( с длиной волны примерно до 300 нм ) отражается озоновым экраном.

Ионизирующее излучение . Это излучение включает космические лучи, а также естественную и искусственную радиоактивность. На поверхности Земли эта форма воздействия на организмы связана главным образом с естественным радиоактивным фоном , а в наше время с резкими возрастаниями техногенного происхождения.

Биологическое действие радиации осуществляется в основном, на субклеточном уровне (ядра, митохондрии, микросомы). Известно влияние ионизирующей радиации на генетический аппарат (мутагенный эффект). Экологический аспект действия этой части спектра остается практически не изученным.

Ультрафиолетовые лучи . Наиболее коротковолновая зона (200-280 нм) зона этой части спектра («ультрафиолет С») активно абсорбируется кожей; по опасности УФ-С близок к ЛГ – лучам, но практически полностью поглощается озоновым экраном. Следующая зона – УФ – В, с длиной волны 280- 320 нм, наиболее опасная часть спектра УФ, обладающая канцерогенным действием. Механизм этого действия неизвестен; предполагают влияние через нарушение молекулы ДНК. Кроме того, эти лучи инактивируют в коже клетки Лангерганса, отвечающие за ее иммунитет, а также активируют некоторые микроорганизмы. Последнее свойственно только этой части спектра УФ; в других длинах волн УФ губителен для микробов. Большая часть зоны УФ-Б также поглощается озоновым экраном; до поверхности земли доходят лишь УФ – лучи с длиной волны примерно от 3000 нм. Эта часть спектра обладает большой энергией и оказывает на живые организмы главным образом химическое действие. В частности , УФ-лучи стимулируют процессы клеточного синтеза.

Под действием этих лучей в организме синтезируется витамин D, регулирующий обмен Са и Р, а соответственно нормальный рост и развитие скелета. Особенно велико значение этого витамина для растущего организма.

Зеленый лист поглощает в среднем 75% падающей на него лучистой энергии. Но коэффициент использования ее на фотосинтез невысок: около 10% при низкой освещенности и лишь 1-1,5% при высокой. Остальная энергия переходит в тепловую, которая затрачивается на транспирацию и другие процессы.

Наиболее важные внешние факторы, влияющие на уровень фотосинтеза, — температура, свет, диоксид углерода и кислород. На уровне самого растения на этот процесс влияют содержание хлорофилла и воды, особенности анатомии листа, концентрации ферментов.

Диоксид углерода в процессе фотосинтеза выступает как ресурс для синтеза углеводов. Норма содержания СО₂ в атмосфере составляет 0.57 мг/л. Повышение концентрации ведет к усилению фотосинтеза, но лишь до известных пределов; при концентрации 5-10% (против нормальной — 0.03%) фотосинтез ингибируется.

Вода, тоже участвующая в процессе фотосинтеза, редко его лимитирует. Непрямым путем, однако, недостаток воды (в частности, сезонный) может быть ограничителем. С физической точки зрения фотосинтез представляет сегодня интерес как механизм, с помощью которого можно создавать искусственные источники солнечной энергии на основе органических веществ.

Выводы

Физические поля, как экологический фактор среды окружения человека, сегодня наиболее важные и представляют интерес для исследователей различных профессий, это радиоактивные излучения, в том числе и космическое излучение, слабые и сверхслабые техногенные электромагнитные поля высокочастотного спектра излучения (десятки и сотни ГГц). Такие ЭМП крайне высоких частот с одной стороны сравнительно недавно изучаются человеком, а с другой , что самое главное, они весьма эффективны при воздействии на живые структуры как экологический фактор среды обитания человека. Это направление физической экологии человека , по существу, только начинает свое развитие.

Литература

1. Мишлав Дж. Корни сознания. Пер. с англ. София, Киев. 1995. 416 с.
2. Шевель Д.М. Электромагнитная безопасность. К., ВЕК + ,НТИ.2002.432с.
3. Радіаційна медицина . Під ред. А.П. Лазарева. Київ. Здоров’я. 1998.232с.