Глобальные проблемы человечества: экология и радиация
Основные экологические проблемы городов и особенно мегаполисов. Экология и здоровье человека.
Научно-техническая революция была подготовлена выдающимися открытиями XX века и бурным развитием производственных. Это не только успехи ядерной физики, химии и т.д. , но и не прекращающийся рост числа крупных городов и городского населения. Объёмы промышленного производства увеличились в сотни раз, энерговооружённость человечества возросла более чем в 1000 раз, скорость передвижения ― в 400 раз, скорость передачи информации ― в миллионы раз и т. д. Такая активная деятельность человека не проходит для природы бесследно, поскольку ресурсы, необходимые для ускорения научно-технического прогресса, черпаются непосредственно из биосферы. Это лишь одна сторона экологических проблем большого города. Другая в том, что современный город с миллионным населением дает огромное количество отходов. Такой город ежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10―11 млн. т водяных паров, 1,5―2 млн. т пыли, 1,5 млн. т окиси углерода, 0,25 млн. т сернистого ангидрида, 0,3 млн. т окислов азота и большое количество других загрязнений, не безразличных для здоровья человека и окружающей его среды. Особенности нынешних экологических проблем больших городов в многочисленности источников воздействия на окружающую среду и их масштабность:
Промышленность и транспорт ― основные виновники загрязнения городской среды.
Изменился в наше время и характер отходов ― раньше практически все отходы были естественного происхождения (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бумага, навоз и т.д.), и они легко включались в кругооборот природы. Сейчас же значительная часть отходов ― синтетические вещества. Их минерализация в естественных условиях практически невозможна.
Другая проблема связана с интенсивным ростом нетрадиционных «загрязнений», имеющих квантовую и волновую природу. Усиливаются электромагнитные поля линий передач высокого напряжения, радиотрансляционных и телевизионных станций, а также большого числа электромоторов. Повышается общий фон и уровень шума (из-за высоких скоростей транспорта, из-за работы различных механизмов и машин). Ультрафиолетовая радиация, наоборот, понижается (из-за загрязнённости воздуха). Растут затраты энергии на единицу площади, и, следовательно, увеличиваются отдача тепла, тепловое загрязнение. Под влиянием огромных масс многоэтажных домов меняются свойства геологических пород, на которых стоит город. Последствия этих явлений для людей и окружающей среды изучен недостаточно. Но они не менее опасны, чем загрязнения водного и воздушного бассейнов и почвенно-растительного покрова. Для жителей крупных городов всё это в комплексе оборачивается большим перенапряжением нервной системы. Они быстро утомляются, подвержены различным заболеваниям и неврозам, страдают повышенной раздражительностью. Хронически плохое самочувствие значительной части городских жителей в некоторых западных странах считают специфическим заболеванием. Оно получило название «урбанит».
Одна из очень непростых современных экологических проблем связана с быстрым ростом городов, расширением их территории. Города меняются не только количественно, но и качественно. О появлении городских агломераций, мегаполисов, можно говорить как о качественно новом этапе во взаимоотношения города и природы. Городские агломерации, урбанизированные районы ― это весьма обширные территории, на которых природа глубоко изменена хозяйственной деятельностью. Причём коренные преобразования природы происходят не только в черте города, но и далеко за его пределами. Так, например, физико-геологические изменения почв, подземных вод проявляются в зависимости от конкретных условий на глубине до 800 м в радиусе 25―30 км. Это загрязнения, уплотнения и нарушения структуры почв и грунтов, образование воронок и пр. На больших расстояниях ощутимы биогеохимические изменения среды: обеднение растительного и животного мира, деградации лесов, закисление почв. Прежде всего от этого страдают люди, живущие в зоне влияния города или агломерации (дышат отравленным воздухом, пьют загрязнённую воду и т.д). Оздоровление городской среды ― одна из самых острых социальных задач. Первые действия при её решении ― создание прогрессивных малоотходных технологий, бесшумного и экологически чистого транспорта.
Экологические проблемы городов тесно связаны с проблемами градостроительства: планировка города, размещение крупных промышленных предприятий и иных комплексов с учётом их роста и развития, выбор транспортной системы.
Во многих городах воздух загрязнён на 92―95% по вине автомобильного транспорта. Автомобильные выхлопы в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне человеческого роста. И люди дышат этими концентрированными выбросами. Человек потребляет в сутки 12 куб. м воздуха, автомобиль ― в тысячу раз больше. Таким образом автомобильный транспорт поглощает кислорода во много раз больше, чем все население города. При безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживлённых трассах содержание кислорода в воздухе нередко снижается до 15% ― величины, близкой к критической, при которой люди начинают задыхаться, падать в обморок. Особенно это опасно для детей и людей со слабым здоровьем. Обостряются сердечно-сосудистые и лёгочные заболевания, развиваются вирусные эпидемии. Люди нередко даже не подозревают, что это связано с отравлением автомобильными газами.
Дозы облучения. Безопасные и летальные дозы для людей. Мощность дозы. Естественный радиационный фон.
В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским излучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры излучения многие годы применяли результат измерения ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Единицей таких измерений условились считать количество пар ионов, которые излучение образует в 1 см3 сухого воздуха, находящегося при атмосферном давлении. Позднее было установлено, что такой единице экспозиционной дозы, названной рентгеном, соответствует 2,08*109 пар ионов, т. е. примерно 2 млрд. пар ионов в 1 см3 воздуха.
Экспозиционная доза – количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р).
1Р=2*109 пар ионов/см3 воздуха
Доза 1Р накапливается за 1ч на расстоянии 1м от источника радия массой 1г, т. е. активностью примерно 1Кюри (Ки).
В качестве меры глубинных доз и радиационного воздействия проникающих излучений было предложено определять энергию, поглощенную облучаемым веществом. Поглощенная доза – количество энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества. Единицей поглощенной дозы является рад.
В системе СИ новой единицей поглощенной дозы является грэй (Гр).
1рад=100эрг/г
1Гр=100рад
Для мягких тканей в поле рентгеновского или гамма-излучения поглощенная доза 1рад примерно соответствует экспозиции 1Р, т. е. 1Р=0,88рад.
Поглощенная доза – характеризует результат взаимодействия поля ионизирующего излучения и среды, на которую оно воздействует, т. е. облучения. Чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект.
Действие ионизирующих излучений на живой организм сложнее, чем последствия облучения сравнительно простых неживых веществ. Радиобиологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облучаемому веществу, но и от других факторов.
При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы, которая равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества, определяемый отношением поглощенной дозы эталонного измерения к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же радиобиологический эффект. Мощность дозы=Р/мин 1Зв=100бэр
Единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр. В системе СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).
Анализ несчастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600±100 Р.
При дозах облучения более 25 бэр никаких изменений в органах и тканях организма человека не наблюдается. Незначительные кратковременные изменения состава крови возникают только при дозе облучения 50 бэр. Дозы облучения, например, единовременно 600 рад для человека, вызывают поражения или даже гибель организма.
Внутреннее облучение – это процесс, при котором источники излучения находятся внутри человеческого организма, попадая туда при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожного покрова.
Это отличие обусловливает ряд особенностей, которые делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее, при одних и тех же количествах радионуклидов.
Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в костях. Альфа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая радиоактивные частицы, приводила к образованию радиоактивных отложений в легких и способствовала развитию рака.
Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха. Радиоактивное вещество, поступающее таким путем в организм человека, исключительно быстро усваивается. Пылевые частицы, на которых сорбированы радионуклиды, при вдыхании воздуха проходят через верхние дыхательные пути и частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда они поступают в пищеварительный тракт. Остальные частицы вместе с воздухом попадают в легкие, где задерживаются легочными тканями.
Естественный радиационный фон Земли необходим для развития жизни, для роста организмов.
Клинические последствия радиоактивного облучения для человека в зависимости от дозы и характера воздействия радиации. Способы защиты от радиоактивных излучений.
Исследования относительной радиационной чувствительности различных участков кожного покрова человека, выполненные в 1898-99гг доктором Денло над собой, позволили установить первые закономерности немедленных (острых)реакций кожи на облучение. Пороговая эритемная доза – это наименьшее количество излучения данной степени жесткости, которое, воздействуя на кожу внутренней поверхности предплечья, вызывает у 80% облученных лиц покраснение на срок от 7 до 10 суток.
Когда экспозиционная доза превысит пороговую эритемную, на облученном участке кожи возникает легкое покраснение, проходящее примерно через сутки. Через 7-10 дней на этом месте развивается лучевая эритема, похожая при дозе 500-600Р на легкий солнечный ожог. Через несколько дней ожог исчезает.
При дозе 1500-1600Р развивается более тяжелая эритема с образованием пузырей, аналогичная ожогу 2 степени. В этом случае заживление также полное, но продолжается в течении 4-6 недель. При еще больших локальных дозах (3000-4000Р) возникает некроз тканей, подобный ожогу 3 степени, который не поддается лечению обычными средствами, в результате чего заживление происходит длительно и часто приводит к образованию рубцов, позднее к злокачественному поражению тканей.
Отдаленные последствия облучения: перерождение мелких кровеносных сосудов, зарастание их соединительной тканью, ухудшение кровоснабжения и как следствие – возникновение хронических изъявлений и раковых опухолей.
Прекращение работы с излучением не останавливает развития процесса перерождения тканей, который завершается через 6-30 лет образованием злокачественной опухоли и смертью ранее переоблученного человека.
Различают 3 возможных принципа защиты – временем, расстоянием и экранировкой. Защита временем – это ограничение продолжительности работы в поле излучения. Защита расстоянием – интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника по закону обратных квадратов (если расстояние в 2 раза, то интенсивность ¯ в 4 раза). Защита экранированием или поглощением – основан на использовании процессов взаимодействия фотонов с веществом.
Перемены в базисных отраслях промышленности. Новая техносфера и окружающая среда.
Эффективно стала использоваться электроэнергия: уменьшилась удельная электроемкость продукции и транспорта. В ближайшие десятилетия можно ждать практического освоения термоядерного производства энергии. Открыты новые, возобновляемые источники энергии – фотохимические, дающие “чистое” химическое топливо, так называемый синтез-газ: смесь водорода и угарного газа. Заметно снижаются выработка и использование стали – материала, требующего много сырья и энергии.
В телефонных проводах и других средствах связи металл заменяют стеклянные нити-световоды. Спутниковая связь, охватывающая всю планету, обходится вообще без каких-либо проводов.
В конечную продукцию от 20-30 т ежегодно добываемого сырья переходит лишь 3%. Еще не научились достаточно комплексно использовать минералы: примитивна технология, мало используются повторные циклы. Появились электростанции, эффективно использующие энергию топлива. Повышается коэффициент использования энергии газа и значительно меньше вредных веществ выбрасывается в окружающую среду и т.д.
При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru