Виды и масштабы электромагнитного загрязнения окружающей среды

Природа не дает человеку в готовом виде всего того, что ему необходимо для удовлетворения его потребностей. Возникла необходимость в труде и производственной деятельности. Прогресс развития человечества, рост производства, образование инфраструктуры (транспорт, связь и т.п.) привели к резкому возрастанию обмена веществ и энергии между человеческим обществом и биосферой. Воздействия человека на окружающую среду – это антропогенное воздействие.

Одним из видов антропогенного воздействия является антропогенное загрязнение. Загрязнение вообще – это неблагоприятное изменение нашего окружения, являющееся полностью или в основном побочным результатом деятельности человека. Загрязнение, связанное с деятельностью человека, называют антропогенным загрязнением. Антропогенное загрязнение – это вещество и энергия либо вообще не характерные для биосферы, либо не характерны их концентрации и интенсивности. В виде энергии окружающая среда загрязняется теплом, ионизирующим излучением, электромагнитными полями (ЭМП), световой энергией (в том числе ультрафиолетовым и инфракрасным излучением), акустическим шумом, вибрацией, ультразвуком. С точки зрения экологии ЭМП – это один из видов энергетического загрязнения окружающей среды (рис. 1.1).

Энергетические загрязнители (кроме теплового и радиационного) не аккумулируются в природе, а оказывают влияние на биосферу лишь во время их производства. Аккумулирующееся загрязнение – это вредные вещества и некоторые виды энергии, способные в отличие от неаккумулирующихся накапливаться в окружающей среде и живых организмах. Согласно международной регламентации, электромагнитный спектр до 3 ТГц делится на 12 частотных диапазонов. Эти диапазоны обозначены номерами, как показано в табл. 1.1, в которой приведены только диапазоны используемые для телекоммуникаций.

Для того чтобы уменьшить взаимное влияние различных технических средств друг на друга, а также снизить уровень радиопомех, проведена международная регламентация каждого используемого диапазона. Для каждого типа излучающих технических средств отведены свои участки. Определенные поддиапазоны отведены для радиовещания, для телевидения, для различных видов радиосвязи, для радиолокации и т. д. Свои участки диапазона имеют технические средства военного назначения, отдельно выделены поддиапазоны для радиолюбителей. Установленные жесткие требования и ограничения на уровни, так называемых, внеполосных излучений позволяют обеспечить электромагнитную совместимость излучающих средств – возможность одновременной работы или работы по графику.

Подсчитано, что человечество использует миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, биомассы, атмосферного кислорода, а в полезный продукт переходит лишь один процент затраченных природных ресурсов. Это в полной мере относится и к электромагнитному полю. Приведем такой гипотетический пример. Технические средства радиосвязи, радиовещания и телевидения излучают огромное количество электромагнитной энергии. Мощности передатчиков изменяются от милливатт (например, мощность передатчика радиотелефонной трубки) до сотен киловатт и даже единиц мегаватт (радиовещательные передатчики НЧ и СЧ диапазонов).
Электромагнитная энергия, излучаемая телекоммуникационными средствами, имеет вполне определенное назначение – она должна воздействовать на входные цепи приемных устройств. Если предположить, что для нормальной работы каждого приемного устройства необходима мощность 1 мВт, то нетрудно подсчитать, что для полного изъятия из окружающей среды электромагнитной энергии одного передатчика мощностью 100 кВт необходимо иметь 100 млн. приемников. Таких передатчиков только в России сотни и даже тысячи...

Что же происходит с электромагнитной энергией? На что она расходуется? Как проявляется ее действие? Часть ее уходит в космическое пространство, а остальная рассеивается (поглощается) окружающей средой: атмосферой, окружающими предметами, в том числе и биологическими объектами. Следует учитывать, что электромагнитную энергию излучают и множество других технических средств, основные функции которых не связаны с преднамеренным процессом излучения, например, энергетические установки, электрифицированный транспорт, линии электропередач (ЛЭП), бытовые приборы, компьютеры и т.п.

Уровень электромагнитного загрязнения пока не приобрел глобально опасного характера, если не считать появившегося в последнее столетие и постоянно увеличивающегося уровня радиофона, под которым понимают суммарный эффект всех излучающих средств Земного шара. Электромагнитное излучение высокого уровня локализовано вблизи источников и существует только в периоды работы излучающих технических средств.

Источники и масштабы электромагнитного загрязнения

В последние несколько десятилетий применение устройств, которые излучают ЭМП, значительно возросло. Начало освоения человеком ЭМП связано с использованием диапазона длинных волн (длина волны 1…10 км), что было обусловлено развитием радиосвязи и радиовещания в этом диапазоне. Затем бурными темпами стало развиваться телевидение, и диапазон используемых длин волн стал расширяться в сторону их укорочения. С развитием радиолокации и радионавигации активно стали осваиваться диапазоны метровых, дециметровых и сантиметровых волн. В настоящее время трудно назвать такую область науки, техники, народного хозяйства, где бы ни использовалась радиоэлектронная аппаратура, в том числе излучающая ЭМП.

Приведем примерный перечень видов телекоммуникационной деятельности и оборудования, которые являются причиной насыщения окружающей среды электромагнитной энергией в различных диапазонах:
- до 300 Гц (до 1000 км) – статические поля различного происхождения, энергетические установки, линии электропередачи, видеодисплейные терминалы;
- 0,3...3 кГц (1000...100 км) – модуляторы радиопередатчиков, медицинские приборы, электрические печи индукционного нагрева, закаливания, сварки, плавления, очистки;
- 3...30 кГц (100...10 км) – средства связи на ОНЧ, системы радионавигации, модуляторы радиопередатчиков, медицинские приборы, электрические печи индукционного нагрева, закаливания, сварки, плавления, очистки, видеодисплейные терминалы;
- 30...300 кГц (10...1 км) – радиовещание, радионавигация, морская и авиационная связь, средства связи на НЧ, радиолокация, видеодисплейные терминалы, электрофорез, индукционный нагрев и плавление металла;
- 0,3...3 МГц (1...0,1 км) – радиовещание, связь, радионавигация, морская радиотелефония, любительская радиосвязь, индустриальные радиочастотные приборы, передатчики с амплитудной модуляцией, сварочные аппараты, производство полупроводниковых материалов, медицинские приборы;
- 3...30 МГц (100...10 м) – радиовещание, любительская радиосвязь, глобальная связь, ВЧ терапия, магнитные резонансные возбудители, диэлектрический нагрев, сушка и склейка дерева, плазменные нагреватели;
- 30...300 Мгц (10...1 м) – подвижная связь, нагрев, частотно-модулированное радиовещание, телевизионное вещание, скорая помощь, диэлектрический нагрев, магнитные резонансные возбудители, сварка пластмасс, плазменный нагрев;
- 0,3...3 ГГц (100...10 см) – радиорелейные линии, подвижная связь, радиолокация, радионавигация, телевизионное вещание, микроволновые печи, медицинские приборы, плазменный нагрев, ускорители частиц;
- 3...30 ГГц (10...1 см) – радиолокация, спутниковая связь, подвижная связь, метеорологические локаторы, радиорелейные линии, защитная сигнализация, плазменный нагрев, установки термоядерного синтеза;
- 30...300 ГГц (10...1 мм) – радиолокация, спутниковая связь, радиорелейные линии, радионавигация.
Приведенные данные показывают, что человечество использует практически весь частотный диапазон электромагнитного излучения. Созданная человеком электромагнитная обстановка состоит из полей, которые излучаются преднамеренно или являются продуктами использования других устройств.

В развитии излучающих электромагнитную энергию технических средств, существует три устойчивые тенденции, которые заставляют обращать пристальное внимание на вопросы электромагнитной экологии.

Первая – увеличение количества излучающих средств за счет технического освоения и более плотного заполнения частотных диапазонов, расширения сети радиосвязи и радиовещания, увеличения каналов телевизионного вещания и других служб.
Вторая – увеличение энергетических потенциалов технических средств путем увеличения мощностей приборов и передатчиков, увеличения эффективности передающих антенн средств телекоммуникаций и их территориальной концентрации.
Третья – внедрение сложной электронной бытовой техники, персональных компьютеров и других достижений новых технологий.

В настоящее время наблюдается ухудшение экологической ситуации по электромагнитному фактору. Это следует связывать, в первую очередь, с преобладанием ведомственных, чисто коммерческих и потребительских подходов к вопросам использования ЭМП. Излучающие технические средства и объекты размещаются на крышах жилых домов и вблизи зон массового пребывания людей без анализа уже существующей электромагнитной обстановки, прогнозирования ЭМП размещаемых средств. Как правило, для размещения излучающих технических средств используются одни и те же удобные с точки зрения массового обслуживания места установки антенн (мачты, башни, высотные здания и т.д.). Несмотря на регламентации и ограничения по использованию технических средств, излучающих в окружающую среду ЭМП, в коммерческих целях иногда реализуется не сертифицированная по гигиеническим параметрам и параметрам электромагнитной совместимости аппаратура.

Неблагоприятная ситуация с электромагнитным фактором связана также со слабой материально-технической базой экологического электромагнитного мониторинга окружающей среды в России. Нормативной документацией предписано, что каждый объект, предназначенный для излучения в окружающую среду электромагнитной энергии, должен иметь санитарный паспорт, в котором кроме прочих данных, приводятся расчетные и измеренные уровни ЭМП и границы санитарных зон этих объектов. Кроме того, эффективных приборов для измерения параметров ЭМП, выпускаемых отечественной промышленностью, практически нет, а зарубежные весьма дороги.

Не следует забывать о бедственном состоянии экологического воспитания, образования и просвещения населения и даже специалистов. Это относится и к изучению вопросов электромагнитной экологии. Даже в вузах радиотехнического профиля изучение вопросов оценки состояния окружающей среды по электромагнитному фактору носит фрагментарный характер. В справочной, учебной и методической литературе по экологии только констатируется факт наличия ЭМП, как физического фактора, загрязняющего окружающую среду.

Основным «поставщиком» ЭМП в окружающую среду являются радиотехнические системы телекоммуникаций. Это связано с тем, что излучение ЭМП – неотъемлемое явление для радиоканала. Излучающие технические средства радиосвязи, радиовещания и телевидения распределяются по территориям, как правило, равномерно. Это делается для того, чтобы создать необходимую интенсивность ЭМП в местах пребывания людей, (чтобы работали приемники). Исторически сложившаяся ситуация с размещением технических средств обостряет вопросы электромагнитной экологии, поскольку строили и размещали излучающие технические средства так, чтобы было удобно эксплуатировать, не задумываясь об экологических последствиях. Результат – излучающие технические средства попали в границы городов, телецентры – в самых населенных местах и т.д. Как следствие всего этого, под высокие уровни ЭМП попал не только обслуживающий персонал излучающих технических средств, но и население близлежащих территорий. Однако радиосвязь, радиовещание и телевидение – достижение цивилизации и никто не собирается отказываться от них.

Существуют также созданные человеком источники ЭМП, используемые не для целей телекоммуникаций. Как было перечислено выше, в промышленности, науке и медицине применяется оборудование для передачи и концентрации электромагнитной энергии в ограниченных рабочих областях для создания полезных для человека физических, химических и биологических эффектов. Частотные диапазоны, выделенные для этих целей, приведены в табл. 1.2. Однако в отдельных странах используются и дополнительные частоты для этого оборудования. Из-за несовершенств конструкций всегда существует утечка электромагнитной энергии от такого оборудования. Каждый генератор действует как источник ЭМП, способных стать причиной вредных эффектов, зависящих от уровней излученной мощности. Общее количество промышленных, научных и медицинских установок, излучающих ЭМП, в мире оценивается в несколько сотен миллионов, и их число постоянно увеличивается на 3...7 % в год.

Промышленные, научные и медицинские установки обычно проектируются с учетом минимальной стоимости при выполнении необходимого набора операций. Частотная стабильность и спектральная плотность мощности ЭМП, излучаемых в рабочие объемы, являются, как правило, не главными параметрами. При этом рабочее место оператора обычно находится в непосредственной близости от генератора или усилителя. Электромагнитная энергия излучается из оборудования главным образом из оконечных устройств и подходящих к ним проводников (например, радиочастотных кабелей). Количество излученной энергии зависит от особенностей конструкции устройств и размещения их на рабочем месте. Случайно излученные поля являются следствием токов, протекающих по поверхности оборудования и различным окружающим проводящим структурам.
 
Таблица 1.2

Центральные частоты и частотные диапазоны и выделенные для использования в промышленности, науке и медицине Все оборудование обычно действуют как своеобразная антенная система, состоящая из близко расположенных излучающих поверхностных элементов, резонирующих на некоторых частотах. Хотя эффективность
излучения такой системы весьма низкая, тем не менее, излученная мощность может быть значительной, если высока номинальная мощность установки. В последнее время все большее внимание привлекают еще две сферы деятельности, которые создают электромагнитное загрязнение – это энергетика и информатика. Электромагнитные поля, сопровождающие использование человеком электроэнергии промышленной частоты и компьютеров, вызывают определенное беспокойство у экологов, гигиенистов и т.д.

В последнее время появилось множество научных подтверждений явлению повышенной биологической активности магнитных полей промышленной частоты малых уровней [3, 4, 5]. Есть результаты научных исследований, позволяющие считать, что такие поля являются причиной некоторых видов онкологических заболеваний, особенно у детей. Очень тревожны тенденции резкого увеличения количества, видов и мощностей бытовой техники. Образ жизни цивилизованного человека предполагает, что на весьма ограниченной площади квартиры концентрируется большое количество всевозможной бытовой техники – от фенов и кофемолок до мощных стиральных и посудомоечных машин. Косвенно об увеличении ЭМП в нашем доме можно судить по тому факту, что за последние десять пятнадцать лет токовые номиналы плавких предохранителей и автоматов на входе силовой сети в квартирах увеличились с 5-6 до 20-25 ампер. Это означает увеличение потребляемой мощности в 10-25 раз и, как следствие, увеличение уровней ЭМП в квартирах в 5-6 раз. Кроме того, энергетика – это линии электропередач. Они проходят и по полям, лесам, рекам и под водой. Биологи показали, что ЭМП от линий электропередач влияют на поведенческие реакции насекомых (муравьи покидают прилегающие к ЛЭП участки леса), рыб (ЭМП от ЛЭП и подводных силовых кабелей, пересекающих водоемы, часто затрудняют миграцию рыб).

Массовая компьютеризация и производства, и быта привела к тому, что большое количество людей, в том числе дети, проводят длительное время у компьютера не только как источника информации, но и источника энергетического загрязнения, причем находясь в непосредственной близости от него.
Нельзя панически бояться ЭМП, но и не следует относиться к ним халатно. Биологическая активность ЭМП доказана и может быть очень высокой.

В проблемах электромагнитной экологии выделилось три направления:

- биофизическое, занимающееся вопросами исследования взаимодействия биологических тканей с ЭМП;
- медико-биологическое, которое занимается изучением и нормированием воздействующего фактора на окружающую среду и человека;
- научно-техническое, целью которого является разработка методов и средств анализа в окружающей среде ЭМП и защиты от них в случае необходимости.

К настоящему времени накоплен богатейший научный материал по первым двум направлениям. Об этом свидетельствуют многочисленные отечественные и зарубежные публикации, посвященные биологическим эффектам ЭМП и исследованиям причинно-следственных связей между биологическими объектами и ЭМП. Однако в последние годы возникла острая необходимость анализа распределения ЭМП различных технических средств и в первую очередь телекоммуникационных радиосредств в окружающей среде. Это связано с многочисленными экологическими и санитарно-гигиеническими
задачами, заключающимися в решении вопросов безопасного размещения излучающих объектов. При этом используются действующие нормативные и методические документы, в которых приведены предельно-допустимые уровни ЭМП для всех диапазонов частот.

Авторы: Сподобаев Ю.М. Кубанов В.П. "Основы электкромагнитной экологии", Москва, "Радио и связь", 2000 г.