Дипломная работа: Электромагнитное загрязнение окружающей среды

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электромагнитное загрязнение окружающей среды

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к выпускной квалификационной работе

(обозначение документа)

Уфа 2007

Содержание

Реферат

Введение

1. Современное состояние проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды

1.1 Электромагнитное излучение

1.1.1 Радиоволны

1.1.2 Оптическое излучение

1.1.3 Жёсткое излучение

1.2 Характеристика естественных источников ЭМП

1.2.1 Радиоизлучения Солнца и галактик

1.2.2 Геомагнитное поле

1.2.3 Электрическое поле Земли

1.3 Характеристика антропогенных источников ЭМП

1.3.1 Системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока

1.3.2 Функциональные передатчики

1.4 Гипомагнитное поле

1.5 Биологические эффекты электромагнитного загрязнения окружающей среды

1.5.1 Электромагнитный смог

1.5.2 Возможные механизмы биологического действия

1.5.2.1 Воздействие электромагнитного излучения на химические реакции

1.5.2.2 Воздействие электромагнитного поля на клетку

1.5.2.3 Воздействие электромагнитного поля на ткани

1.5.2.4 Воздействие электромагнитного поля на микроорганизмы

1.5.2.5 Воздействие электромагнитного поля на растения

1.5.2.6 Воздействие электромагнитного поля на насекомых

1.5.2.7 Воздействие электромагнитного поля на птиц и млекопитающих

1.5.2.8 Воздействие электромагнитного поля на человека

1.5.3 Воздействие электромагнитного поля на водные экосистемы

1.5.4 Воздействие электромагнитного поля на почвенные экосистемы

2. Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области электромагнитного загрязнения

2.1 Зарубежный и российский опыт правового регулирования уровней электромагнитного излучения

2.1.1 Критерии экологического нормирования

2.1.2 Концепции экологического нормирования электромагнитного излучения

2.2. Основные нормативно-правовые документы, регулирующие нормирование ЭМП в России

3. Расчет зоны ограничения застройки вокруг базовой станции сотовых средств связи

Выводы

Список использованной литературы

Реферат

АНТРОПОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭМП, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ, ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭМП, МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, МОБИЛЬНАЯ СВЯЗЬ, МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ, РАДИОЧАСТОТНЫЕ (РЧ) ИЗЛУЧЕНИЯ, ЭКОСИСТЕМА, ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

Объект исследования – электромагнитное излучение

Цель работы – изучение воздействия электромагнитного излучения на окружающую среду.

Задачи:

1) Произвести обзор существующих источников электромагнитного излучения.

2) Проанализировать биологические эффекты действия электромагнитного загрязнения на живые организмы и экосистемы.

3) Изучить зарубежный и российский опыт нормирования электромагнитного излучения, а также правовых основ обеспечения электромагнитной безопасности.

4) Произвести расчет зоны ограничения застройки вокруг базовой станции сотовых средств связи.

Пояснительная записка: 66 стр., 4 табл., 2 рис., 22 лит. ист.

Введение

Интенсивное использование электромагнитной и электрической энергии в современном информационном обществе привело к тому, что в последней трети XX века возник и сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды - электромагнитный. К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, некоторых видов транспорта, а также развитие ряда технологических процессов. В настоящее время мировой общественностью признано, что электромагнитное поле искусственного происхождения является важным значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.[14]

Проблема электромагнитной безопасности и защиты окружающей природной среды от воздействия ЭМП приобрела большую актуальность и социальную значимость, в том числе на международном уровне. Целью данной дипломной работы является изучение воздействия электромагнитного излучения на окружающую среду. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1) Произвести обзор существующих источников электромагнитного излучения.

3) Изучить зарубежный и российский опыт нормирования электромагнитного излучения.

4) Произвести расчет зоны ограничения застройки вокруг базовой станции сотовых средств связи.

Экономические аспекты. Новые промышленные технологии привели к созданию и повсеместному распространению источников электромагнитного излучения. Применение радиотехнических приборов и систем, новых технологических процессов приводит к излучению электромагнитной энергии в окружающую среду . В основном повышение уровня ЭМИ связано с ускоряющими темпами развития средств связи и информатизации, без которых дальнейший научно-технический прогресс стал невозможен.

С начала 90-х годов произошли изменения в структуре источников ЭМП, связанные с возникновением их новых видов (сотовой и других видов персональной и мобильной коммуникации), освоением новых частотных диапазонов теле- и радиовещания, развитием средств дистанционного наблюдения и контроля и т.д. Особенностью этих источников является создание равномерной зоны "радиопокрытия", что является ничем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде.

Анализ планов отраслей связи, передачи и обработки информации, транспорта и ряда современных технологий показывает, что в ближайшем будущем будет нарастать использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию в окружающую среду.

В условиях перехода к рыночной экономике крайне необходимо введение экономических механизмов регулирования ЭМИ Введение экологического налога за воздействие ЭМИ предусмотрено проектом соответствующей главы Налогового кодекса РФ.[13]

Экологические аспекты. Технологическое развитие информационного общества привело к тому, что в условиях постоянного воздействия ЭМП находится значительная часть экосистем, особенно в условиях городов, на прилегающих к городам территориях, а также локально в практически незаселенных условиях. Анализ опубликованных данных показывает наличие высоких уровней ЭМП, в том числе тепловых значений, в местах недоступных для человека, но заселенных представителями флоры и фауны. Однако нормирование ЭМП как физического фактора внешней среды проводится только с целью его санитарно-гигиенической оценки для человека, а экологические нормативы для источников ЭМП в нашей стране отсутствуют.[1] Проведенный анализ экспериментальных работ показывают, что ЭМП является весьма чувствительным фактором для всех элементов экосистем от человека до простейших.

Социально- политические аспекты. ХХI век характеризуется ведущей ролью научно-технического прогресса и интеллектуализацией всего процесса промышленного развития.

Загрязнение окружающей среды электромагнитным излучением приняло угрожающий характер и практически выходит из-под контроля. Если раньше воздействию гигиенически значимых уровней электромагнитного излучения подвергался ограниченный круг людей и это было в основном связано с их профессиональной деятельностью, то в настоящее время можно говорить о воздействии ЭМИ на все население. Возникла актуальная проблема определения оптимальных соотношений между последствиями научно-технического прогресса и правами человека на благоприятную окружающую среду. Действующие в России нормативные документы, регламентирующие воздействие ЭМИ различных источников, неадекватно отражают сущность произошедших перемен, являются по ряду вопросов спорными и противоречивыми.

Учитывая сказанное, одной из важнейших задач Правительства России на ближайшие годы должна быть разработка новых Санитарных норм и правил, регламентирующих воздействие ЭМИ. [20]

1 Современное состояние проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды

В последние годы на Земле сложились новые экологические условия, характеризующиеся термином "электромагнитное загрязнение среды", введенным в обиход Всемирной Организацией Здравоохранения.

В связи с этим в данной главе рассматриваются основные естественные и антропогенные источники электромагнитного излучения, а также биологические эффекты действия электромагнитного излучения на живые организмы.

1.1 Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей. Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения (фазовая) в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику, в том числе и через вакуум.[5]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам. Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E (t) и магнитного H (t) полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Таблица 1. Диапазоны электромагнитного излучения

Вид излучения	Длина волны, м	Частота волны, Гц
радиоволны	103 – 104	3·105 – 3·1012
световые волны: 1) Инфракрасное излучение 2) Видимый свет 3) Ультрафиолетовое излучение	5·10-4 – 8·10-7 8·10-7– 4·10-7 4·10-7 – 10-9	6·1011 – 3,75·1014 3,75·1014 – 7,5·1014 7,5·1014 – 3·1017
рентгеновское излучение	2·10-9 – 6*10-12	1,5·1017 – 5·1019
гамма-излучение	<6·10-12	>5·1019

Электромагнитные излучения различных частот (таблица 1) взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн можно описать с помощью соотношений электродинамики; а для волн оптического диапазона и жестких лучей необходимо учитывать их квантовую природу.[15]

1.1.1 Радиоволны

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.[22]

1.1.2 Оптическое излучение

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-жёлтым светом. Излучение оптического диапазона возникает при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота его излучения. При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие.[15]

Кроме теплового излучения источником и приёмником оптического излучения могут служить химические и биологические реакции. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии.

1.1.3 Жёсткое излучение

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц. Оно появляется и при торможении быстрых заряженных частиц.[15]

1.2 Характеристика естественных источников ЭМП

На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания – биосфере.

Основные естественные источники ЭМП : 1) атмосферное электричество; 2) радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной); 3) Электрическое и магнитное поля Земли (грозы - испускание низких ЭМИ). [12]

1.2.1 Атмосферное электричество

Атмосфериками называют ЭМП, создаваемые атмосферными разрядами. Частотный диапазон атмосфериков широк – от сотен герц до десятков мегагерц. Их интенсивность максимальна на частотах вблизи 10 кГц и убывает по мере возрастания частоты. В районах, близких к местам грозовых разрядов, напряжённости электрической составляющей ЭМП атмосфериков – порядка десятков, сотен и даже тысяч В/м на частотах, близких к 10 кГц.

Основными очагами атмосфериков являются континенты тропического пояса, а к высоким широтам интенсивность грозовой деятельности убывает.

Известна суточная и сезонная периодичность грозовой деятельности. Грозовая деятельность связана также с солнечной активностью: во время вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.

1.2.2 Радиоизлучения Солнца и галактик

Частотный диапазон радиоизлучения Солнца и галактик довольно широк – от 10 МГц до 10 ГГц. Интенсивность солнечного радиоизлучения напрямую связано с солнечной активностью. Поток радиоизлучений из галактик на частоте 100 МГц составляет по порядку величины Вт/м2/ МГц.

Интенсивность этих радиоизлучений изменяется с суточной периодичностью, что связано с вращением Земли относительно источников излучений. Кроме того, радиоизлучения изменяются по интенсивности с периодичностью 27-28 дней, связанной с вращением Солнца, и, наконец, с 11-летней периодичностью солнечной активности.[11]

1.2.3 Геомагнитное поле

Земля обладает магнитным полем, неоднородным по своей структуре и динамическим свойствам. По классификации Б.М.Яновского[1], геомагнитное поле является суммой нескольких полей:

– Поля, создаваемого однородной намагниченностью земного шара.

– Поля, создаваемого неоднородностью глубоких слоев земного шара, материкового поля.

– Поля, обусловленного различной намагниченностью верхних частей коры, аномального поля.

– Поля, источник которого находится вне Земли, внешнего поля.

– Поля вариаций, вызванного причинами, лежащими вне Земли.

Геомагнитное поле может искажаться, при этом возникают аномалии:

– Материковые, площадь которых сопоставима с континентами.

– Региональные, занимающие площадь в десятки или сотни квадратных километров.

– Локальные – возникают там, где магнитные породы залегают у поверхности Земли.

Геомагнитное поле состоит из постоянного и переменного полей. Переменное геомагнитное поле может изменяться – это спокойные и возмущенные вариации, амплитуды и фазы которых изменяются в течение суток и на протяжении года в зависимости от солнечной активности; это геомагнитные пульсации – электромагнитные волны очень низкой частоты, наблюдающиеся на поверхности Земли. Следовательно, магнитное поле Земли находится в непрестанном изменении, сложность которого отражают изменения различных параметров. Вопрос о биологической значимости геомагнитного поля дискуссионен. Исследования показали, что колебания функционально-динамических параметров живых организмов не случайны, а упорядочены. Сравнительный анализ обнаружил наличие синхронности и синфазности самых разнообразных проявлений жизнедеятельности в биосфере. [4]

1.2.4 Электрическое поле Земли

В атмосфере Земли существует электрическое поле (ЕЗ), направленное вертикально к земной поверхности так, что эта поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы – положительно. Напряжённость этого поля зависит от географической широты: она максимальна в средних широтах, а к экватору и полюсам убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли ЕЗ убывает примерно по экспоненциальному закону (около 5 В/м на высоте 9 км).[9]

Величина ЕЗ испытывает периодические годовые и суточные изменения. Суточные изменения носят как общепланетарный, так и местный характер. Над различными по широте областями океана и в полярных областях суточное изменение Ез происходит по единому универсальному времени и называется унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Над остальными областями суши суточное изменение Ез связано ещё и с местной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости от времени года. [13]

1.3 Характеристика антропогенных источников ЭМП

Антропогенные источники ЭМП можно разделить на следующие группы:

– системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0-3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, системы электроснабжения, бытовые приборы

– транспорт на электроприводе (0-3 кГц) : железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт - метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл.

– функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 - 300 кГц), средних частот (0,3 - 3 МГц), высоких частот (3 - 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 - 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т. п. [5]

1.3.1 Системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока

1) Линии электропередачи.

Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров.

Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии - например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы линии электропередачи.

Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля - 1 кВ/м.

К размещению воздушных линий ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.[20]

2) Бытовые электроприборы.

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой "без инея", кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа.

Все ниже приведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц.

Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора - чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м.[20]

1.3.2 Функциональные передатчики

1) Радары. Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин - излучение, 30 мин - пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд.[21]

Радары метрологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирование ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м2.

Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты: Иркутск, Сочи, Сыктывкар, Ростов-на-Дону и ряд других

2) Сотовая связь. Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне.

Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или "соты", радиусом обычно 0,5–10 километров.

Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.[20]

БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю.

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи "мобильный радиотелефон – базовая станция", т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека "откликается" на наличие излучения сотового телефона.[21]

3) Спутниковая связь. Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч - главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м2. Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.[9]

4) Теле- и радиостанции. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части.

Первая часть зоны - это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны - это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.

Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и московском регионе характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. [21]

Высокие уровни ЭМП наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты. Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует о ее крайней сложности, связанной с индивидуальным характером интенсивности и распределения ЭМП для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.

Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.

Сравнительный анализ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ "старой постройки" с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят "уголковые" трех- и шестиэтажные антенны ОВЧ-вещания. [5]

5) Радиостанции ДВ (частоты 30 - 300 кГц).

В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное - выше 1,2 А/м.

6) Радиостанции СВ (частоты 300 кГц - 3 МГц).

Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м - 25 В/м, на расстоянии 30 м - 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).

7) Радиостанции КВ (частоты 3 - 30 МГц).

Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10- 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.[21]

8) Телевизионные передатчики.

Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.[20,21]

1.4 Гипомагнитное поле

Гипомагнитные поля создаются искусственно путем экранирования естественного геомагнитного поля. Это имеет место в некоторых производственных помещениях, самолетах, космических кораблях и др. Такие поля - биологически активный фактор, вызывающий ряд изменений на физиологическом, биохимическом и морфологическом уровнях функционирования организма. Длительное воздействие этих полей на человека приводит к снижению его работоспособности, негативно отражается на его здоровье. [7]

1.5 Биологические эффекты электромагнитного загрязнения окружающей среды

Электромагнитное загрязнение – это разновидность антропогенного или природного физического загрязнения, возникающего при модификации электромагнитных свойств среды (под действием линий электропередач высокого напряжения, работы некоторых промышленных установок, природных явлений – магнитных бурь и других источников ЭМИ). В результате многочисленных исследований, показано, что электромагнитные волны оказывают существенное воздействие на биологические объекты, проявляющиеся в многообразии индуцированных эффектов.

1.5.1 Электромагнитный смог

Электромагнитные излучения техногенного происхождения являются, источниками физического загрязнения окружающей среды. Возрастание уровня электромагнитного загрязнения в последнее время говорит об электромагнитном смоге (по аналогии с химическим смогом). Электромагнитное загрязнение окружающей среды и химическое загрязнение имеют общие черты: и тот и другой вид предполагает более или менее постоянные уровни, и оба смога могут оказать неблагоприятное влияние на людей, животный и растительный мир.

Электромагнитный смог-это загрязнение среды обитания человека неионизирующими излучениями от устройств использующих, передающих и генерирующих электромагнитную энергию и возникающие из-за несовершенства техники и/или нерационального ее применения.[3]

Электромагнитный смог можно классифицировать на три вида:

– смог открытой местности (уличный),

– смог в помещениях (от осветительной системы),

– смог от устройств мобильной связи.

Электромагнитное загрязнение открытой местности возможно от различных передающих радиотехнических объектов (ПРТО), высоковольтных линий электропередачи, от использования неоновой и иной рекламы, проводов электротранспорта, электрифицированных железных дорог. Чтобы создать достаточно высокие уровни поля на открытой местности, необходимы очень мощные источники. Другое дело, если источником излучения являются антенны с очень узким "коэффициентом направленности действия" и высокой энергией.

Электромагнитный смог от функциональных передатчиков отличается по источнику и по действию, основным источником являются средства сотовой связи – сотовые телефоны и базовые станции связи.

Причиной внутреннего смога в помещениях являются паразитарные наслоения на синусоиду тока промышленной частоты. Известно, что в нашей стране используется две системы электроснабжения: промышленная, трехфазная (380 В), и осветительная, двухфазная (220 В). Правила эксплуатации, соответствующие стандарты требуют заземления всех элементов силовой промышленной сети. Для осветительной сети требование заземления или зануления распространяется только на распределительные устройства – от подстанций 0,4 кВ до распределительных коробок. Розетки, выключатели, большинство приборов не подлежат этому заземлению, и они становятся излучателями паразитарных токов, а практически, источниками электромагнитного смога.[14]

Существующая в нашей стране осветительная сеть до сих пор рассчитана на "линейных" потребителей, которые не требуют каких-либо особых устройств, отводящих лишнюю энергию – она у них не образуется. К категории "линейный потребитель" следует отнести устройства с медленным нагревом и относительным постоянством потребления энергии: ламповые приемники, электрические плитки, утюги и т.д. С конца 50-60-х годов прошлого века в стране появляются "импульсные потребители" – газоразрядные лампы, компьютеры, сканеры и другая оргтехника. Этот вид приборов и устройств отличается тем, что они потребляют электроэнергию импульсами. При этом каждый импульс вызывает ответные возмущения в самой осветительной сети, что и приводит к паразитарным наслоениям на синусоиду электрического тока.

Характерной чертой электромагнитного загрязнения городов становиться его многочастотность и многофакторность [3], когда на определенный участок городской территории оказывают воздействие несколько источников излучения с разными частотами, интенсивностью и местами расположения. Имеющаяся в распоряжении специализированных подразделений санэпидемнадзора измерительная аппаратура обладает существенным недостатком - ее применении в случае многочастотного воздействия весьма проблематично. Проведение достоверных измерений становится возможным лишь при отключении всех ПРТО за исключением контролируемого, что в пределах крупного урбанизированного центра практически невозможно.

Недооценка электромагнитных полей, как загрязняющего окружающую среду фактора, привела к ухудшению экологической ситуации в стране, что следует связывать также: с недостаточностью до 1994–1996 гг. научно обоснованной нормативно-методической базы оценки степени загрязнения окружающей среды электромагнитными полями; с преобладанием ведомственных, коммерческих и потребительских подходов к использованию технических средств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду; со слабой материально-технической базой электромагнитного мониторинга; с отсутствием должного внимания к экологическому воспитанию, образованию и просвещению не только населения, но и специалистов.[9]

1.5.2 Возможные механизмы биологического действия

Проведенный анализ литературы показал, что до настоящего времени в РФ не проводилось комплексных и методически грамотных исследований воздействия ЭМП различных источников на окружающую среду. Как правило, в работах изучается реакция отдельных особей или различных видов живых организмов на воздействие ЭМП.

Основное внимание в проведенных исследованиях уделялось изучению непосредственного влияния электромагнитного излучения на биологические объекты и обработке данных медицинской статистики в районах повышенного электромагнитного риска, но нет работ по изучению состояния и функционирования экосистем в целом в условиях действия ЭМП.. Комплексным оценкам влияния "вклада" каждого конкретного источника электромагнитного загрязнения с учетом экологической, ландшафтной, демографической, градостроительной и иных особенностей должного внимания не уделялось. А именно эти оценки позволяют определить зоны воздействия каждого конкретного источника загрязнения, возможный экономический ущерб, разработать комплекс мер по его предотвращению, что отвечает условиям дальнейшей экологизации социально-экономических отношений. [1]

Механизм действия электромагнитного излучения на живые организмы до сих пор окончательно не расшифрован. Существует несколько гипотез, объясняющих биологическое действие электромагнитного поля. В основном они сводятся к индуцированию токов в тканях и непосредственному воздействию поля на клеточном уровне, в первую очередь с его влиянием на мембранные структуры. Предполагается, что под действием электромагнитного поля может изменяться скорость диффузии через биологические мембраны, ориентация и конформация биологических макромолекул, кроме того, состояние электронной структуры свободных радикалов. По-видимому, механизмы биологического действия электромагнитного поля имеют, в основном, неспецифический характер и связаны с изменением активности регуляторных систем организма.

В мировой практике исследований различают два вида воздействия электромагнитных полей на биологические объекты:

– тепловое действие, к которому относят потери на токи проводимости и смещения в тканях организма, обладающих конечным удельным сопротивлением, отражение на границах раздела и, в частности, на границе "воздух – ткань", глубину проникновения в ткани, стоячие волны в замкнутых объемах, перераспределение энергии через кровь;

– специфическое действие, которое проявляется во множестве явлений и эффектов, например, резонансное поглощение электромагнитной энергии белковыми молекулами (это объясняет мутагенные явления), прямое и непрямое воздействие на центральную нервную систему, нервно-мышечные эффекты, явление "жемчужной нити" (выстраивание суспензированных молекул параллельно силовым линиям поля, что приводит к разрывам молекулярных связей), поляризация молекул и др.

Известно, что биологическая активность электромагнитных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к большей "агрессивности" действия полей радиочастот по сравнению с полями промышленной частоты.[20]

Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При этом следует ожидать, что биологическая активность ЭМП будет различной в отношении экосистем, обладающих различной устойчивостью (толерантностью) к действию этого фактора. Известно, что существуют природные экосистемы с очень хрупкой организацией, когда малейшее вмешательство человека вызывает серьезные нарушения в функционировании сообщества, и на восстановление гомеостаза требуется длительное время.. В этом случае техногенные ЭМП могут оказаться лимитирующим для экосистемы фактором и сильно изменить ее свойства.

При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. Поглощение ЭМП в тканях организма связано с преобразованием электромагнитной энергии в тепловую. Но заметный нагрев тканей возможен лишь при достаточно высоких напряженностях ЭМП - более 10 мВт/см2. Однако реакция живых организмов регистрируется при более низких интенсивностях ЭМП, которую нельзя объяснить с энергетических позиций. При относительно низком уровне ЭМП принято говорить об информационном воздействии. Понятие информационное воздействие означает формирование биологического эффекта за счет энергии самого организма, внешнее воздействие дает только толчок "информацию" для развития реакции организма. [14]

1.5.2.1 Воздействие электромагнитного излучения на химические реакции

Живые организмы представляют собой сложные гетерогенные системы, в которых биоколлоидам и физико-химическим реакциям принадлежит ведущая роль. На основании непрерывных многолетних исследований несколькими учеными было показано, что скорость реакций в коллоидных системах зависит от солнечной активности и расположения относительно геомагнитных полюсов, причем основная причина этого – изменение под влиянием электромагнитного поля свойств воды – общего компонента реакций в живых и неживых объектах.

Снижение биохимических реакций, нарушение метаболизма, снижение энергетического потенциала во всех жизненно важных системах организма происходит при воздействии сотового телефона, компьютера и других современных радиоэлектронных средств на различные организмы как в рабочем, так и в выключенном состоянии.[1]

1.5.2.2 Воздействие электромагнитного поля на клетку

Мишенью для инициации любого адаптирующего эффекта, в первую очередь, являются мембраны, плазматические и внутриклеточные, ограничивающие различные органеллы и внутриклеточные компоненты. Известна большая чувствительность клеточных мембран к действию самых различных химических и физических агентов, в том числе к облучению. Морфологические и функциональные нарушения мембран обнаруживаются практически сразу после облучения и при очень малых дозах. Изменение ионного состава, возникающее при этом, может инициировать в клетке пролиферативные процессы. Помимо изменения проницаемости биологических мембран и ускорения активного транспорта катионов натрия, под влиянием электромагнитного излучения происходит активация перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот и разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях.

Электромагнитное поле воздействует на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля на уровне клетки преобразуется в другие виды энергии.

Цитогенетические исследования (выход хромосомных аббераций) показали достоверное увеличение клеток с нарушениями в экспериментальной группе по сравнению с контролем. Увеличение хромосомных аббераций было также обнаружено при облучении ЭМП воздушно-сухих семян и проростков салата (несущая частота 1,2 ГГц, частота модуляции 0,12 Гц, длительность импульса 16мс, ППЭ – 0,5;5,0; 25 мВт/см 2 , облучение проводили повторно в течение 4 суток по 30 мин.). Цитогенетический анализ клеток крови коров с фермы расположенной вблизи РЛС, показал повышенное количество генетических повреждений и случаев аномального гематопоэза.[1]

1.5.2.3 Воздействие электромагнитного поля на ткани

Слабые электромагнитные поля при интенсивности менее порога теплового эффекта также влияют на изменения в живой ткани. Исследования по биологическому влиянию сотового телефона, компьютерного блока и других электронных средств проведены в ряде российских научных центров, в том числе – и на биологическом факультете Московского государственного университета. В ходе этих исследований было выяснено, что влияние этих источников проявляется в ухудшении регенерации тканей.

Атомы и молекулы в электрическом поле поляризуются, полярные молекулы ориентируются по направлению распространения магнитного поля.

В электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, после воздействия внешнего поля возникают ионные токи.

Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей живых организмов как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилий, хрящей, костей), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект есть следствие поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время воздействия, тем сильнее выражены указанные эффекты (табл.1). До величины J = 10 мВт/м, условно принятой за тепловой порог, избыточное тепло отводится за счет механизма терморегуляции. Кроме того, чувствительность органов к перегреву определяется их строением. Наиболее чувствительны к перегреву органы зрения, мозг, почки, желчный и мочевой пузырь. [8]

1.5.2.4 Воздействие электромагнитного поля на микроорганизмы

Подавляющее большинство исследований обнаруживает высокую чувствительность различных микроорганизмов к достаточно слабым полям. Однако нет систематических и крайне мало достоверных данных о наличии эффектов, направлению реакций и последующих изменений в связи с параметрами действующих ЭМП. По данным исследований, влияние различных источников ЭМП на микроорганизмы проявлялось в снижении двигательной активности и выживаемости микроорганизмов; в увеличении смертности микроорганизмов.

В результате исследования, проведенного В.И. Рыбниковой (1982) о влиянии СВЧ электромагнитных волн интенсивностью 20-40 мВт/см 2 на некоторые биологические объекты микроорганизмов (сальмонелл, золотистого стафилококка), установлено, что у облученных микроорганизмов изменяются морфологические признаки, которые передаются по наследству, биохимические свойства. Следовательно, микроволны могут действовать подобно мутагенному фактору.

1.5.2.5 Воздействие электромагнитного поля на растения

В результате многочисленных исследований выяснено, что электромагнитные волны оказывают существенное воздействие на биологические объекты, проявляющиеся в многообразии индуцированных эффектов. Как слабые, так и сильные ЭМП оказывают достаточно выраженное влияние на морфологические, физиологические, биохимические и биофизические характеристики многих растений. Влияют на рост, развитие и размножение растительных объектов. Что касается истинно генетических последствий, то однозначного ответа на этот вопрос пока нет.[11]

В районе действия электрического поля ЛЭП у растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки.

Теоретически уровни электрического поля регистрируемые вблизи воздушных линий (ВЛ) достаточны для повреждения листьев растений. Проведенные наблюдения и эксперименты по влиянию ЭМП линий электропередачи на растения показали, что наблюдается уменьшение сухого веса надземной массы растений овса, подсолнечника растущих под ВЛ, по сравнению с контролем. Отмечено отрицательное действие ЭМП на величину потенциальной нитрогеназной активности почвенной ризосферной популяции, длину проростков растений. В некоторых исследованиях, например А. Г. Карташева, Г. Ф. Плеханова (1982) отмечается стимуляция роста и прорастания сухих семян креписа при воздействии ПеЭМП 40 кВ/м.

Широкое распространение источников РЧ излучений, ставит задачу оценки экологической защищенности различных экосистем в целом и их компонентов.

Анализ состояния компонентов экосистемы проводился по морфогенетическим и физиологическим показателям. Обнаружено изменение общего состояния березы повислой, как по показателям стабильности развития, так и по показателям эффективности фотосинтеза. Изменение фотосинтетической активности является физиологической реакций, которая может исчезать с течением времени, изменение же морфологии листа, происходящее в период его формирования, сохраняется в течение всего вегетационного периода.

При дендроэкологическом анализе рассматривали срезы сосен в возрасте 60-100 лет. Оказалось, что толщина прироста деревьев значительно уменьшалась в годы электромагнитного воздействия (уменьшение стало статистически достоверным на 3-5 год работы радиолокационной станции).

1.5.2.6 Воздействие электромагнитного поля на насекомых

Действие ЭМП на насекомых свидетельствует о том, что этот фактор может вызывать изменения в поведении, действуя на уровни информационных отношений между особями, может оказывать чисто физическое действие в силу особенностей строения тела и жизнедеятельности насекомых; может также оказывать на некоторые физиологические характеристики (обмен веществ, рост и развитие). Возможно также некоторое действие ЭМП на генетическом уровне.

Необходимо подчеркнуть, что значительная часть представителей фауны, в отличие от человека, обладает прямыми рецепторами ЭМП и использует естественные ЭМП для поддержания нормальной жизнедеятельности.

По мнению авторов, такие виды являются наиболее уязвимыми в ситуации электромагнитного загрязнения.[1]

В районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля. [20]

Наиболее распространенными реакциями насекомых (таких как стрекоз, бабочек, майских жуков, шмелей) на электромагнитное поле ЛЭП являются избегание подлета на близкое расстояние к низко расположенным проводам линии электропередачи, временная потеря ориентации и координации в пространстве вплоть до падения. При облучении полем ЛЭП сверхвысокого напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) гусениц китайского дубового шелкопряда было зарегистрировано замедление темпов роста и развития у гусениц младшего возраста, которое компенсировалось уже у гусениц третьего. Увеличение в 2-6 раз численности особей некоторых насекомых (жука-кузьки, шпанской мушки, тли, имаго) под проводами воздушных линий (ВЛ) было зарегистрировано В.В. Аникиным, Г.В. Шляхтиным (2000), что может быть объяснено уменьшением под ВЛ численности естественных врагов и более богатым запасом пищевых ресурсов. Очень чувствительными к действию ЭМП являются пчелы. В исследовании влияния ЭМП от ВЛ-765 (60 МГц, 7 кВ/м) на пчел были обнаружены следующие эффекты: увеличение двигательной активности, аномальное отложение прополиса у входа в улей, снижение пищедобывательной мотивации, повышенный уровень смертности маток улья.

В двухлетнем полевом эксперименте проводилось облучение вегетирующих растений в течение световых дней двух летних месяцев (июнь-июль) с помощью СВЧ-установок с длиной волны 3 и 10 см и различными уровнями ППЭ от 0,15 до 1,3 мВт/см 2 при λ =3 см и от 4,8 до 12,8 мВт/см 2 λ =10 см. ППЭ в зависимости от расстояния от источника излучения, составляла: на длине волны 3 см – 0,15-1,3 мВт/см 2 , а на длине волны 10 см – 4,8-12,8 мВт/см 2 . Оказалось, что используемые в эксперименте мощности СВЧ-излучения достаточны, чтобы вызвать летальный исход у всех исследованных насекомых под лучом. Облучение сельскохозяйственных растений (картофель, пшеница) с аналогичными энергетическими характеристиками не вызывало их поражения и потерь урожая. Следовательно, отдельные виды насекомых оказываются значительно менее резистентны к тепловому СВЧ-воздействию по сравнению с сельскохозяйственными растениями.

При воздействии поля микроволнового СВЧ поля, также отмечали нарушение поведения муравьев, которые теряли способность "информировать" собратьев об источнике пищи.[12]

1.5.2.7 Воздействие электромагнитного поля на птиц и млекопитающих

В районах с повышенным уровнем ЭМП возникают изменения в жизни животных, связанные прежде всего с нарушениями функционирования центральной нервной системы. Факт корреляции изменений естественных ЭМП и биологических процессов ставит проблему экологической значимости ЭМП. Ее поддерживают палеонтологические сведения о смене видового состава глубоководной фауны Атлантического океана во время инверсии магнитных полюсов земли и другие данные палеонтологических исследований. [ ]

Лабораторные исследования А. Г. Карташева, Г. Ф. Плеханова[ ] по выяснению биотропности поля ЛЭП сверхвысокого напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) показали, что у белых мышей (экспозиция 5, 10 и 20 суток) наблюдалось развитие анемии (30 %) на 10-е сутки, которая компенсировалась развивающимся ретикулоцитозом к 20-м суткам. Биотропность поля существенно зависела от стадии онтогенеза, уровня организации и экологических особенностей биообъектов, что необходимо учитывать при экологическом нормировании электромагнитного излучения.[20]

Анализ результатов эксперимента по изучению влияния на животных (крысы-самцы) ЭП (50 Гц) напряженностью от 100 до 5000 В/м при круглосуточном воздействии фактора позволил установить, что наблюдаются изменения общего состояния организма животных, нарушения метаболизма (белкового, углеродного и энергетического обменов и их регуляция) и процессов нейрогуморальной регуляции, кроме того при длительном непрерывном воздействии электромагнитного поля (напряженность 1-5 кВ/м) возникают изменения генеративной функции подопытных животных и их потомства (нарушения внутриутробного и постнатального его развития). При влиянии длительного прерывистого также установлены нарушения генеративной функции (напряженности поля 10-15 кВ/м), выражавшиеся в снижении плодовитости подопытных самок и изменениях внутриутробного развития потомства. Эти данные подтверждаются результатами В.Д. Дышловой, С.М. Пилявской и др. (1982), которые обнаружили после 3-4 месячного облучения мышей линии Вистар ЭМП ПЧ 15-25 кВ/м в семенниках животных морфологические и биохимические изменения интерстициальной ткани, характер которых зависел от напряженности ЭМП промышленной частоты (ПЧ). Самцы, подвергавшиеся ежедневному 5-часовому воздействию ЭМП ПЧ напряженностью 15 кВ/м, оказались бесплодными, несмотря на высокую сексуальную активность. При воздействии электромагнитного поля напряженностью 10 кВ/м самцы потомство дали, но оно развивалось хуже, чем в контроле (повышение частоты врожденных аномалий и постэмбриональной гибели, снижение интенсивности роста тела). В потомстве от самок, подвергавшихся воздействию ЭМП ПЧ напряженностью 10 и 15 кВ/м, наряду с указанными выше нарушениями, отмечено ухудшение развития шерстяного покрова. На основании полученных данных о влиянии ЭМП ВЛ на репродуктивную систему животных, можно ожидать в природных экосистемах нарушение количественного соотношения особей некоторых видов, что нарушает устойчивость экосистемы.[10]

Результаты нескольких исследований сельскохозяйственных животных (овцы, ягнята), постоянно подвергающихся облучению ЭМП ВЛ показали, что существенных отличий по сравнению с контролем не наблюдалось в следующих показателях: продуктивности, уровнях заболеваемости и смертности. Но были обнаружены статистически достоверное снижение иммунной активности (интерлейкин-1) при продолжительном облучении.

В лабораторных исследованиях обнаружено, что облучение (60 Гц, 30 кВ/м) свиней в период сна вызывало у них беспокойство и дискомфорт, в то время как в период активности таких реакций не возникало. В исследованиях по изучению влияния ЭМП ЛЭП-345, 500, 760 (напряженность 2-15 кВ/м) на коров, было зарегистрировано увеличение случаев рождения телят с аномалиями и среднего процента смертности телят с 3,4% до 5,85%. В то же время у взрослых коров не было зарегистрировано изменений в продуктивности и биохимическом составе молока.[8]

Проведенное Г.И. Евтушенко (1982) исследование влияния магнитного поля промышленной частоты на нервную, сердечно-сосудистую, гемато-иммунологическую, эндокринную системы животных показало, что прерывистые и непрерывные МП 7500 А/м являются биологически активными, поскольку вызвали достоверные изменения во всех показателях. Биоэффекты действия МП напряженностью 750 А/м и 75 А/м характеризовались меньшими изменениями и восстанавливались в период последействия. Результаты эксперимента Б.М. Савина с сотрудниками (1987) подтвердили высокую чувствительность иммунной системы к действию ЭП 50 Гц напряженностью 1000-50 В/м при различных режимах облучения.

Серьезные изменения в иммунологических и морфологических показателях состояния организма были выявлены у всех исследованных видов млекопитающих (рыжей и серой полевок, полевой и лесной мышей, обыкновенной бурозубки). Причем физиологические реакции имели обратимый характер и исчезали через несколько дней после завершения облучения, в то время как морфологические изменения были необратимыми.

Наблюдения за гнездовьями птиц, показали, что заселенность птицами территории, прилегающей к РЛС достоверно ниже по сравнению с контрольной территорией.

Исследования проведенные Ч. Асабаевым, Т.Ю. Бончковской (1973) позволили им сделать вывод о высокой чувствительности птиц (попугаев) к СВЧ полю – порог чувствительности птиц располагался ниже 2 мкВт/см 2 [20]

1.5.2.8 Воздействие электромагнитного поля на человека

Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, для того чтобы эта реакция переросла в патологию и привела к заболеванию необходимо совпадение ряда условий – в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. [2]

Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.

С начала 60-х годов в СССР были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с ЭМП на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем . Было предложено выделить самостоятельное заболевание — радиоволновая болезнь . Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания:

– астенический синдром;

– астеновегетативный синдром;

–гипоталамический синдром. [9]

Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМИ на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы , проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМ-излучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются, как правило, нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, наклонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМ-излучения с достаточно большой интенсивностью. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память . Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость .

Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых ЭМ-излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам .

Большое число исследований, выполненных в России, и сделанные монографические обобщения, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. На уровне нервной клетки, структурных образований по передачи нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают существенные отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. Изменяется высшая нервная деятельность, память у людей, имеющих контакт с ЭМП. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций. Определенные структуры головного мозга имеют повышенную чувствительность к ЭМП. Изменения проницаемости гематоэнцефалического барьера может привести к неожиданным неблагоприятным эффектам. Особую высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона. [3]

В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. Результаты исследований ученых России дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения.

Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса — течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией . основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляц ии аутоиммунной реакции в организме беременной самки. [9]

В работах ученых России еще в 60-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. Исследования показали, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающей в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение.

Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем. С этим связаны результаты работы по изучению состояния гонадотропной активности гипофиза при воздействии ЭМП. Многократное облучение ЭМП вызывает понижение активности гипофиза [2]

Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов.

Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя периоды максимальной чувствительности к ЭМП имеются. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза. [20]

Было высказано мнение о возможности специфического действия ЭМП на половую функцию женщин, на эмбрион. Отмечена более высокая чувствительность к воздействию ЭМП яичников нежели семенников.

Установлено, что чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма, а внутриутробное повреждение плода ЭМП может произойти на любом этапе его развития. Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволят сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск развития врожденных уродств. [12]

У некоторых людей возникают проблемы со здоровьем при контакте с источниками ЭМП (ЛЭП, бытовыми приборами, видеодисплейными терминалами, мобильными телефонами и базовыми станциями). Уровни ЭМП, вызывающие реакцию организма у гиперчувствительных людей, значительно ниже уровней обычно вызывающих неблагоприятные последствия для здоровья. Например, Генеральный директор ВОЗ Гро Харлем Брутленд является гиперчувствительной. У нее возникают сильные головные боли, не только при разговоре по сотовому телефону, но и при нахождении сотового телефона на расстоянии ближе 4 метров. При посещении ее кабинета сотрудники ВОЗ отключают свои телефоны, чтобы не создавать ей дискомфорт.

Симптомы, наиболее часто возникающие у гиперчувствительных людей:

– Нервная система (усталость, напряжение, нарушения сна)

– Кожа (покалывание, жжение, высыпания)

– Тело (ломота и боль в мышцах)

– Глаза (жжение)

– Различные менее общие симптомы, которые затрагивают уши, нос, горло, а также расстройства желудка. [9]

По данным обзора Медицинских центров профессионального здоровья распространенность гиперчувствительности среди населения составляет несколько человек на миллион. Кроме того, существует географическая зональность в распространении гиперчувствительности и обнаруженных симптомов. Люди с гиперчувствительностью чаще встречаются в Швеции, Германии и Дании по сравнению с Великобританией, Австрией и Францией.

Современное состояние научного знания о биологическом действии сотовой связи позволяет утверждать, что использование сотового телефона детьми до 16 лет может оказывать негативное действие на их здоровье. Такой вывод сделан на основании результатов многих исследований. Детский организм по сравнению с взрослым имеет некоторые особенности, например, отличается большим соотношением длины головы и тела, большей проводимостью мозгового вещества. Из-за меньших размеров и объема головы ребенка удельная поглощенная мощность больше, по сравнению со взрослой и излучение проникает глубже в те отделы мозга, которые у взрослых, как правило, не облучаются. С ростом головы и утолщением костей черепа уменьшается содержание воды и ионов, а значит и проводимость. Доказано, что растущие и развивающиеся ткани наиболее подвержены неблагоприятному влиянию электромагнитного поля, а активный рост человека происходит с момента зачатия примерно до 16 лет. В эту группу риска попадают также и беременные женщины, поскольку ЭМП биологически активно в отношении эмбрионов. При разговоре беременной женщины по сотовому телефону практически все ее тело подвергается воздействию ЭМП, включая развивающийся плод. Чувствительность эмбриона к повреждающим факторам значительно выше, чем чувствительность материнского организма. Установлено, что внутриутробное повреждение плода ЭМП может произойти на любом этапе его развития: во время оплодотворения, дробления, имплантации, органогенеза. Однако периодами максимальной к ЭМП чувствительности являются ранние стадии развития зародыша - имплантация и ранний органогенез. [3]

1.5.3 Воздействие электромагнитного поля на водные экосистемы

Влияние ЭМП ВЛ на водные экосистемы. Исследования воздействия ЭМП на гидрофауну и флору очень малочисленны. Проведенные модельные эксперименты В.Г. Дувинг, Ю.А. Малининой (2000) о влиянии электромагнитного поля ЛЭП 50 Гц напряжением до 500 кВ на гидробионтов Daphnia magna и Scenedesmus quadricauda показали их высокую чувствительность и возможность их использования в качестве тест-систем [20]

1.5.4 Воздействие электромагнитного поля на почвенные экосистемы

В структуре сообществ почвенной фауны (микроартоподы-сапрофаги и гамазовые клещи) и их распределении по почвенным горизонтам не было выявлено существенных изменений под действием ЭМП.

Важнейшей составной частью агроценозов является биосистема свободно живущих в почве микроорганизмов, деятельность которых определяет плодородие почв и доступность растениям питательных веществ. Комплекс почвенных микроорганизмов – это сложнейшая биосистема, обладающая рядом особенностей, которые позволяют ее отнести к довольно устойчивым системам. Однако воздействие какого-либо сильного внешнего фактора может значительно изменить соотношение определенных групп почвенных микроорганизмов или их физиологическую активность, что может привести к нарушению внутреннего равновесия системы (гомеостаза), вплоть до необратимых изменений, а в конечном итоге потере урожайности. Полученные данные позволяют предположить, что хроническое СВЧ-облучение почвы ведет к частично стерилизующему эффекту, который выражается в снижении уровня азотфиксации. Четкой дозовой зависимости не обнаружено. Снижение уровня азотфиксации может происходить за счет снижения активности фермента нитрогеназы, ответственного за фиксацию атмосферного азота, либо за счет уменьшения числа азотфиксирующих микроорганизмов.[20]

2 Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области электромагнитного загрязнения

Проблема биологического действия ЭМП, оценки опасности для человека и окружающей среды занимает важное место, как в деятельности важнейших международных организаций, так и в работе соответствующих государственных органов промышленно развитых стран.

2.1 Зарубежный и российский опыт правового регулирования уровней электромагнитного излучения

На международном уровне основным органом комплексной координации проблемы обеспечения безопасности биосистем в условиях воздействия ЭМП является Всемирная организация здравоохранения. С 1995 года в ВОЗ действует долгосрочная программа WHO EMF Project , основная задача которой является координация соответствующих исследований и обобщение их результатов с целью выработки глобальных оценок и рекомендаций по проблеме биологического действия ЭМП. Начиная с 1998 года, программа ВОЗ включает в сферу своих интересов проблему воздействия ЭМП на окружающую среду и элементы экосистем (ICNIRP , 2000).

Важным органом практической реализации обеспечения электромагнитной безопасности играет Международная Комиссия по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP). Но до настоящего времени ее деятельность направлена, прежде всего, на обеспечение электромагнитной безопасности человека.[20]

По отдельным направлениям проблемы ВОЗ сотрудничает с другими международными организациями – Международным агентством по изучению рака, Международной электротехнической комиссией, Международным радиотехническим союзом и другими.

Вопросы регулирования загрязнения окружающей среды электромагнитным полем и контролем источников обычно решают профильные государственные учреждения, ведающие связью, телекоммуникациями, энергетикой и природоохранные организации. Так в США это Агентство по охране окружающей среды (US Environment Protection Agency), в Германии – Министерство по охране окружающей среды и ядерной безопасности ( Bundes Ministerium fur Umwelt , Naturschutz und Reaktorsicherheit ), в Нидерландах Министерство строительства, территориального планирования и охраны окружающей среды ( Department of Housing , Spatial Planning and the Environment ) и другие.

Отдельными вопросами регулирования уровня ЭМП в окружающей среде занимаются органы по ионизирующим излучениям (специальный департамент в системе Агентства по охране окружающей среды США ( US Environment Protection Agency ), Национальный совет по радиационной защите Великобритании ( National Radiological Protection Board ), Департамент по радиационной защите Швеции ( Swedish Radiation Protection Authority ), Федеральное агентство по радиационной защите Германии ( German Federal Office for Radiation Protection )

Во многих странах имеются долгосрочные международные и национальные программы по оценке опасности ЭМП для населения. Например, Международный проект ВОЗ "ЭМП и здоровье", программа ЕС COST , Национальная программа исследований США электрических и магнитных полей и распространения общественной информации ( EMF RAPID ). Свои программы также имеют: Швеция, Финляндия, Франция, Великобритания, Австралия, Япония, Германия, Дания, Канада.

Однако необходимо подчеркнуть, что основной целью большинства проводимых научно-исследовательских программ является оценка последствий и опасности влияния ЭМП разных источников применительно к человеку. [20]

2.1.1 Критерии экологического нормирования

В соответствии со статьей 25 Федерального закона "Об охране окружающей природной среды" от 19 декабря 1991 г. № 2060-1, нормирование качества окружающей среды проводится с целью установления предельно допустимых значений факторов воздействия на окружающую среду, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранения генетического фонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.[16] Основным критерием экологического нормирования ЭМП может служить положение, в соответствие с которым безопасным для экосистемы считается ЭМП такой интенсивности, при которой возможна потеря отдельной особи при обязательном условии сохранения стабильности экосистемы. При экологическом нормировании ПДУ ЭМП имеет смысл верхнего предела устойчивости организма, при превышении которого ЭМП становится лимитирующим фактором окружающей среды (см. рис. 1).

Рисунок 1 - Условная кривая изменений показателей жизнедеятельности организма от интенсивности воздействующего ЭМП

Безопасность экосистемы определяется близостью ее состояния к границам устойчивости. Ключевым требованием является: сохранение размера и биомассы экосистемы, постоянство видового состава, численных соотношений между видами и функциональными группами организмов. От этого зависит стабильность трофических связей, внутренних взаимодействий между структурными компонентами экосистемы и ее продуктивность.[20]

2.1.2 Концепции экологического нормирования электромагнитного излучения

До настоящего времени ПДУ для оценки воздействия ЭМП на окружающую среду в целом не разработаны ни в одной стране мира. Имеются лишь разрозненные результаты отдельных исследований воздействия ЭМП на компоненты экосистем.[14]

Единственным объектом живой природы, для которого разработаны и внедрены соответствующие ПДУ как в Российской Федерации, так и во многих государствах за рубежом, является человек. К вопросу нормирования ЭМП для окружающей среды возможны несколько подходов:

– За ПДУ принимается интенсивность ЭМП естественного происхождения. При таком походе разработка нормативов является простой задачей и сводится к обобщению имеющихся данных по интенсивности естественного электромагнитного фона в интересующем диапазоне частот (0–300 ГГц). Данный подход не оправдан ни с экономической, ни с экологической точки зрения, т. к. его реализация потребует почти полного прекращения функционирования объектов-источников ЭМП, а также проведения чрезвычайно дорогостоящих защитных мероприятий.

– За ПДУ принимается технически минимально достижимая интенсивность ЭМП , которая обеспечивает бесперебойную работу технических устройств. Подход является техническим, и вопрос нормирования рассматривается в отрыве от воздействия ЭМП на живые организмы. Установленные при таком подходе ПДУ могут быть в несколько раз выше пороговых значений, обоснованных биологическими исследованиями.

– За ПДУ принимаются ПДУ, разработанные для человека . Перенесение требований нормативных документов, разработанных для человека, на экосистемы в целом представляется чрезмерно грубым приближением, даже при условии введения соответствующих поправочных коэффициентов, т. к. характер воздействия ЭМП определенного типа на представителей флоры и фауны может радикально отличаться от характера его воздействия человека. Особенно это различие может наблюдаться у организмов, так или иначе использующих ЭМП естественного происхождения для обеспечения своего процесса жизнедеятельности.

– За ПДУ принимаются биологически обоснованные уровни, установленные в результате физических, физиологических, клинических, биохимических и других исследований на биологических объектах.[1]

В России в качестве ПДУ ЭМП принимаются такие значения, которые при ежедневном облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывает у населения без ограничения пола и возраста заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения или в отдаленные сроки после его прекращения.

Основной критерий определения уровня воздействия ЭМП как предельно допустимого - воздействие не должно вызывать у человека даже временного нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также напряжения защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени. Это означает, что в качестве ПДУ принимается дробная величина от минимального уровня электромагнитного поля, способного вызвать какую либо реакцию.

В зависимости от места нахождения человека относительно источника ЭМП он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющей поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне - воздействию сформированной электромагнитной волны. По этому признаку определяется необходимый критерий контроля безопасности.

В части требований ГОСТов и СанПиН по проведению контроля записано, что контроль уровней ЭП осуществляется по значению напряженности ЭП - Е, В/м. Контроль уровней МП осуществляется по значению напряженности МП - Н, А/м или значению магнитной индукции - В, Тл. В зоне сформировавшейся волны контроль осуществляется по плотности потока энергии (ППЭ), Вт/м2.

В России установлены самые жесткие в мире предельно допустимые уровни облучения населения электромагнитными полями.[1]

Для сравнения возьмем нормирование ЭМИ радиочастот в России и за рубежом. В подавляющем большинстве развитых зарубежных стран, прежде всего в США, государствах-членах ЕС, Великобритании, Японии, принято считать биологически действующим ЭМП такой интенсивности, воздействие которого приводить к научно доказанным опасным для функционирования человеческого организма последствиям, в том числе обратимым.

Так как, в свою очередь, к научно доказанным последствиям относят исключительно результаты электромагнитного воздействия т. н. теплового уровня, то основным критерием для определения предельно допустимого значения интенсивности ЭМП в рабочем для системы сотовой радиосвязи диапазоне частот является увеличение температуры тела человека вследствие влияния ЭМП на 1 °С.

В связи с этим, предельно допустимые значения идентичных нормируемых величин, например ППЭ, гораздо выше в зарубежных нормативных документах по сравнению с российскими.

В качестве основного критерия нормирования воздействия ЭМП в Российской Федерации принято положение, в соответствие с которым безопасным для человека считается ЭМП такой интенсивности, которое не приводит к даже временному нарушению гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также к напряжению защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени.

Зарубежные нормативно-методические документы, регламентирующие в т. ч. электромагнитное воздействие элементов системы сотовой радиосвязи, имеют как обязательный, так и рекомендательный статус (см. таблицу 5).

Таблица 5. Зарубежные нормативно-методические документы, регламентирующие воздействие ЭМП, создаваемого элементами системы сотовой радиосвязи.

Страна (страны) действия документа	Наименование документа	Статус документа
Международный	ICNIRP "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz)"	рекомендательный
ЕС	CENELEC ENV 50166-2 "Human exposure to electromagnetic fields. High frequency (10 kHz to 300 GHz)"	обязательный
США	IEEE Std C95.1, 1999 Edition "IEEE Standard for safety levels with respect to human exposure to radio frequency electromagnetic fields, 3 kHz to 300 GHz"	рекомендательный
Япония	ARIB STD-38 "Radiofrequency -exposure protection ARIB standard"	рекомендательный

Основным (базовым) нормируемым параметром в зарубежных нормативно-методических документах для рабочего диапазона частот системы сотовой радиосвязи является средняя удельная поглощенная мощность (англ. SAR Specific Absorption Rate), измеряемая в Вт/кг. Эта величина представляет собой мощность, поглощаемую биологической тканью определенной массы за некоторый период времени. Обычно SAR определяют для ткани массой 1 или 10 граммов за интервал 6 минут.

В качестве предельно допустимой для условий профессионального воздействия принято значение SAR, равное 0,4 Вт/кг для тотального воздействия на тело реципиента и 10 Вт/кг для локального воздействия на его голову и торс. Для условий непрофессионального воздействия 0,08 Вт/кг и 2 Вт/кг соответственно.

Контролируемым параметром ЭМП при тотальном воздействии, например, при нахождении человека в зоне действия БС, служит ППЭ эквивалентной плоской волны. В зависимости от стандарта и частоты предельно допустимые значения ППЭ для условий профессионального воздействия изменяются от 1000 до 10000 мкВт/см2, для условий непрофессионального воздействия от 200 до 2000 мкВт/см2 (см. рис. 2).

По стандарту CЕNELEC ENV 50166-2 уровень SAR для абонентских аппаратов не должен превышать 2 Вт/кг, что, например, в диапазоне 900 МГц соответствует 450—500 мкВт/см2. Принятый в соответствии со стандартом CЕNELEC ENV 50166-2 уровень SAR не имеет строгого научного обоснования. В основном он был определен исходя из реально достигнутых технических возможностей сотовой связи.

Рисунок 2. Предельно допустимое значение ППЭ для условий профессионального и непрофессионального воздействия, установленные за рубежом.

Предельно допустимое значение ППЭ для условий профессиональого и непрофессионального воздействия, установленные за рубежом - Вредное воздействие мобильников

При локальном воздействии ЭМП, например, в случае воздействия на пользователя РТ, измеряют или рассчитывают значения УПМ на соответствующем фантоме модели головы, что является довольно сложной инженерно-технической задачей, требующей значительных материальных и временных затрат.

В соответствии с требованиями СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 96 контролируемым параметром интенсивности ЭМП в диапазоне частот 300 МГц 300 ГГц, включающим рабочий диапазон частот сотовой радиосвязи (300 МГц 3 ГГц), является среднее значение плотности потока энергии (ППЭ) эквивалентной плоской волны, выраженная в мкВт/см2. Величина ППЭ определяется по значениям напряженности электрического поля Е или напряженности магнитного поля Н, используя их соотношение для дальней (волновой) зоны ЭМП, в условиях свободного пространства, т. е. когда на измерительной площадке отсутствует искажение ЭМП, вносимое различными близко расположенными предметами.

Для условий профессионального воздействия оцениваемой характеристикой ЭМП служит энергетическая экспозиция (энергетическая нагрузка) интегральное (за целый рабочую смену) произведение ППЭ на время воздействия Т. Единица измерений энергетической экспозиции мкВт ч/см2. Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции в диапазоне частот 300 МГц 300 ГГц в соответствии с СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 96 200 мкВт ч/см2. Предельно допустимое значение ППЭ на конкретном рабочем месте оценивается в зависимости от времени воздействия по формуле ППЭ = 200/Т (см. рис. 1). При этом независимо от продолжительности воздействия ППЭ не должна превышать 1000 мкВт/см2.

Оцениваемым параметром для условий непрофессионального воздействия, в т. ч. для населения, проживающего на территориях, прилегающих к БС, являются значения ППЭ вне зависимости от времени воздействия. Предельно допустимое значение ППЭ при этом составляет 10 мкВт/см2.

Рисунок 3. Предельно допустимое значение ППЭ в зависимости от времени контакта с источником ЭМП в условиях профессионального воздействия.

Предельно допустимое значение ППЭ в зависимости от времени контакта с источником ЭМП в условиях профессионального воздействия - Вредное воздействие мобильников

Исходя из предположения, что пользователь РТ тратит на телефонные разговоры в среднем не более 2 часов в день, для этой категории населения установлен предельно допустимый уровень ППЭ, равный 100 мкВт/см2 (ГН 2.1.8./2.2.4.019-94).

Подчеркнем, что ПДУ, установленные для Москвы, – самые жесткие в мире. Для сравнения: в США ПДУ, в зависимости от частоты излучения, составляет 300 – 1000 мкВт/см2, общероссийские нормы предусматривают предельно допустимый уровень 10 мкВт/см2[22], а вот московские городские нормы – только 2 мкВт/см2.[11]

Можно выделить следующие виды условий облучения, на которые для населения установлены специально разработанные Санитарно - гигиенические нормы: элементы систем сотовой связи и других видов подвижной связи, все типы стационарных радиотехнических объектов (включая радиоцентры, радио- и телевизионные станции, радиолокационные и радиорелейные станции, земные станции спутниковой связи, объекты транспорта с базированием мобильных передающих радиотехнических средств при их работе в штатном режиме в местах базирования), видеодисплейные терминалы и мониторы персональных компьютеров, СВЧ - печи, индукционные печи.

На иные условия облучения, где в качестве источников выступает бытовая потребительская техника, включая телевизоры, в настоящее время используются межгосударственные российско-белорусские санитарные нормы, устанавливающие требования только к электрической составляющей диапазона 50 Гц и уровню электростатического поля.

При определении конкретного значения уровня ПДУ разработчики руководствуются либо результатами специально выполненных работ (н.р. печи СВЧ и индукционные печи), либо результатами общих медико-биологических исследований (системы сотовой связи, радиотехнические объекты, ПК).

В случае отсутствия на конкретный вид продукции отдельного норматива, санитарно-гигиенические требования к этой продукции предъявляются на основе ПДУ, установленного в общих стандартах.[1]

2.2 Основные нормативно-правовые документы, регулирующие нормирование ЭМП в России

Российское законодательство в сфере электромагнитных излучений основывается на следующих нормативно-правовых документах:

– Конституция РФ. Статья 42. Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду.[6]

– Федеральный закон " Об охране окружающей среды".

Устанавливает принципы хозяйственной и иной деятельности, в их числе – обеспечение снижения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в соответствии с нормативами в области охраны окружающей среды. В статье 16 сказано, что загрязнение окружающей среды электромагнитными и другими видами физических воздействий является платным.

Нормативы допустимых физических воздействий на окружающую среду устанавливаются для каждого источника такого воздействия исходя из нормативов допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду, нормативов качества окружающей среды и с учетом влияния других источников физических воздействий.[16]

– Федеральный закон "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения". Жилые помещения по уровням неионизирующих излучений должны соответствовать санитарным правилам в целях обеспечения безопасных и безвредных условий проживания независимо от его срока.

В документе указаны санитарно-эпидемиологические требования к условиям работы с источниками физических факторов воздействия на человека. Условия работы с машинами, механизмами, установками, устройствами, аппаратами, которые являются источниками физических факторов воздействия на человека, в том числе неионизирующего излучения, не должны оказывать вредное воздействие на человека.

Критерии безопасности и (или) безвредности условий работ с источниками физических факторов воздействия на человека, в том числе предельно допустимые уровни воздействия, устанавливаются санитарными правилами.

Использование машин, механизмов, установок, устройств и аппаратов, а также производство, применение (использование), транспортировка, хранение и захоронение радиоактивных веществ, материалов и отходов, являющихся источниками физических факторов воздействия на человека, указанных в пункте 1 настоящей статьи, допускаются при наличии санитарно-эпидемиологических заключений о соответствии условий работы с источниками физических факторов воздействия на человека санитарным правилам.

Органы государственной власти, органы местного самоуправления, юридические и физические лица при осуществлении хозяйственной и иной деятельности обязаны принимать необходимые меры по предупреждению и устранению негативного воздействия электромагнитных, магнитных полей на окружающую среду в городских и сельских поселениях, зонах отдыха, местах обитания диких зверей и птиц, в том числе их размножения, на естественные экологические системы и природные ландшафты.

При планировании и застройке городских и сельских поселений, проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации производственных объектов, создании и освоении новой техники, производстве и эксплуатации транспортных средств должны разрабатываться меры, обеспечивающие соблюдение нормативов допустимых физических воздействий.

Запрещается превышение нормативов допустимых физических воздействий.[18]

– Федеральный закон "О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств"

– Федеральный закон "О связи". В данном документе говорится о регулировании использования радиочастотного спектра, о распределении радиочастотного спектра, о выделении полос радиочастот и присвоении (назначении) радиочастот или радиочастотных каналов, а также о контроле за излучениями радиоэлектронных средств и (или) высокочастотных устройств. [19]

– Национальная система стандартов (ГОСТ, СанПиН).

Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов электромагнитной безопасности.

Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы, ограничивающие уровни электрических полей , магнитных полей и электромагнитных полей различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней воздействия для различных условий облучения и различных контингентов.

В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных стандартов (ГОСТ) и Санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России.

Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей (таблица 2) входят в группу Системы стандартов безопасности труда - комплекс стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат:

– требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов;

– предельно допустимые значения параметров и характеристик;

– общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты работающих.[1]

Таблица 2. Государственные стандарты РФ в области электромагнитной безопасности

Обозначение	Наименование
ГОСТ 12.1.002-84	Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования к проведению контроля
ГОСТ 12.1.006-84	Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля
ГОСТ 12.1.045-84	Система стандартов безопасности труда. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля

Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также к отдельным видам продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В частности для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального облучения типичным является общее облучение. ПДУ для профессионального (таблица 3) и непрофессионального (таблица 4) воздействия различны.[20]

Таблица 3. Санитарные нормы и правила для условий профессионального облучения электромагнитными полями

Обозначение	Наименование
СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96	Санитарные правила и нормы. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона.
СанПиН 2.2.2.542-96	Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы
ГН 2.1.8./2.2.4.019-94	Гигиенические нормативы. Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой связи
ОБУВ № 5060-89	Ориентировочные безопасные уровни воздействия переменных магнитных полей частотой 50Гц при производстве работ под напряжением на воздушных линиях электропередачи напряжением 220-1150 кВ
СН № 5802-91	Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц)
СанПиН 2.2.4.723-98	Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях
ПДУ № 3206-85	Предельно-допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц
ПДУ № 1742-77	Предельно-допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами

Таблица 4.Санитарные нормы и правила для условий непрофессионального облучения (население)

Обозначение	Наименование
ГН 2.1.8./2.2.4.019-94	Гигиенические нормативы. Временные допустимые уровни воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой связи
СН № 2971-84	Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты
СанПиН 2.2.2.542-96	Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы
МСанПиН 001-96	Межгосударственные санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях
СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96	Санитарные правила и нормы. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона
СН № 2666-83	Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами
СН № 2550-82	Предельно допустимые нормы напряженности электромагнитного поля, создаваемого индукционными бытовыми печами, работающими на частоте 20 - 22 кГц
СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03	Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи.

3 Расчет зоны ограничения застройки вокруг базовой станции сотовых средств связи

Параметры безопасности по ЭМИ базового оборудования ССС .

Расчет проведен по методике, предложенной Для базовых станций (БС) ССС нормируются два значения плотности потока энергии (ППЭ)[ ]

– ППЭ1 для воздействия на производственный персонал

– ППЭ2 для воздействия на население.

Уровень ППЭ1 определяется как ППЭ1 = 200/Т, мкВт/см2; где Т – время воздействия ЭМИ, ч. При 8- часовом рабочем дне ППЭ1 = 25 мкВт/ см2. Для населения ППЭ1 = 10 мкВт/см2 .

Схема расположения излучателя А базовой станции и типичных точек измерения ППЭ в зоне обслуживания М1 … M4 показана па рис. 1. Точка М1 на высоте h1 = 2 м соответствует границе R1 санитарно-защитной зоны, определяемой согласно СапПиН 2.2.4/2.18.055-96 (Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона) [ ]. Точка М2 па высоте h2 Точка М3 соответствует зоне ограничения застройки на высоте h3, соизмеримой с высотой Н4 расположения излучателя А над поверхностью почвы [4]. Наконец, точка М4 на высоте h4 ,НА рассматривается, если определяют уровни ППЭ1 для производственного персонала. Из рис. 1 следует, что при известных НА , hi, Ri, где i - номер точки [1, 4], легко вычислить расстояние r , необходимое для определения уровня ППЭ в любой точке М:

ППЭ = (30РАGAηФk2П/r2ZC)F2(Δ;φ), (1)

где РА – мощность сигнала, излучаемого А;

GA- коэффициент усиления А относительно изотропного излучателя;

ηФ – КПД антенно-фидерного тракта;

kП – интерференционный множитель, учитывающий влияние подстилающей поверхности; ZC – волновое сопротивление окружающей среды;

F2(Δ;φ) – значение характеристики направленности А по ППЭ для точки М с угловыми координатами Δ, φ в системе сферических координат с центром, совмещенным с серединой А.

Для типовых станций BTS-902F стандарта GSM РА = 20 Вт;

GA = 65 (для антенны ETEL) и 13 (для штыревой антенны);

ηФ = 0,25; кроме того, kП = 1,15...1,3 (принимается равным 1,2);

ZC = 377 Ом (для свободного пространства).

Тогда, допуская, что максимальный уровень бокового излучения А (с учетом затенения и взаимного влияния излучателей) не превышает –30 дБ, получаем из (1) координату зоны ограничения застройки на высоте h3 = HA

R0 = (30РАGAηФ/ППЭ2ZC)1/2 kП (2)

R0 = 19,З м и 8,6 м

соответственно для антенны ETEL и штыревой антенны. Санитарно-защитная зона на высоте h1 = 2 м в этом случае отсутствует: ограничение по R начинается с высоты

hm = HA – (30РАGAηФ/ППЭ2ZC)1/2 kПFm ≈ HA ,

поскольку с учетом изложенного уровень бокового излучения А Fm<<1.

Рисунок 4 . Схема расположения излучателя А базовой станции сотовой связи и типичных точек измерения ППЭ в зоне обслуживания

Рисунок 5. Ограничение застройки вокруг антенны базовой станции сотовой связи.

Из рисунка 5 видно, что рациональнее размещать антенны базовых станций на более высоких зданиях, так как ограничение застройки начинается с высоты, на которой расположена антенна.

Выводы

В дипломной работе проведен анализ существующих данных о воздействии электромагнитного излучения на окружающую среду. В результате:

1) Произведен обзор существующих источников электромагнитного излучения. Источники электромагнитного излучения подразделяются на естественные и антропогенные. К естественным источникам относятся: атмосферное электричество, радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной), электрическое и магнитное поля Земли. К антропогенным источникам относятся: системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (электростанции, линии электропередачи , трансформаторные подстанции, системы электроснабжения, бытовые приборы), транспорт на электроприводе (железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт - метрополитен, троллейбусы, трамваи), функциональные передатчики (радиовещательные станции низких частот (30 - 300 кГц), средних частот (0,3 - 3 МГц), высоких частот (3 - 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 - 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции )

2) Проанализированы возможные механизмы биологического действия электромагнитного излучения. Выяснено, что существует два вида воздействия электромагнитных полей на биологические объекты: тепловое и информационное. Выяснено, что биологическая активность электромагнитных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к большей "агрессивности" действия полей радиочастот по сравнению с полями промышленной частоты.

3) Проанализированы биологические эффекты действия электромагнитного загрязнения на живые организмы и экосистемы. Выяснено, что электромагнитное излучение оказывает воздействие на рост, развитие и размножение живых организмов.

4) Изучен зарубежный и российский опыт нормирования электромагнитного излучения. Выяснено, что в России установлены самые жесткие в мире предельно допустимые уровни облучения населения электромагнитными полями

5) Рассчитана зона ограничения застройки вокруг базовой станции сотовых средств связи с двумя типами антенн – ETEL и штыревая антенна. Расчет показал: радиус зоны ограничения застройки на высоте антенны составляет 19,З м и 8,6 м соответственно для антенны ETEL и штыревой антенны.

Список использованной литературы

1. Антипов В.В, Давыдов Б.И., Тихончук В.С. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений. М.: Энергоатомиздат, 2002. - 177 с.

2. Госьков П.И Информационно-энергетическое воздействие токов промышленной частоты на здоровье человека /П.И. Госьков, В.Н. Беккер, Ю.А. Шамов. http://astu.secna.ru/~sua/goskov.htm

3. Грачев Н.Н. Средства и методы защиты от электромагнитных и ионизирующих излучений.М., изд-во МИЭМ, 2005.– 215 с.

4. Григорьев Ю.Г. Человек в электромагнитном поле (существующая ситуация, ожидаемые биоэффекты и оценки опасности). // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. T37. No.4. С.690 - 702.

5. Дубров А.П. Геомагнитное поле и жизнь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 175 с.

6. Кленов Г.Е., Ломов О.П., Бубнов В.А., Свядощ Е.А. Электромагнитная экологическая обстановка крупного промышленного города // Конференция "Электомагнитное загрязнение окружающей среды" (Санкт-Петербург, 21-25 июня 1993 г.). Тезисы докладов. Санкт-Петербург: Ленинградский союз специалистов по безопасности деятельности человека, 1993. С.7 - 8.

7. Конституция Российской Федерации

8. Копанев В.И., Шакула А.В. Влияние гипогеомагнитного поля на биологические объекты. М.: Наука, 1995. 73 с.

9. Леднев В.В. Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и переменных магнитных полей. Биофизика. М: Наука, 1996, Т.41, Вып.1. С.224.

10. Любимов В.В. Искусственные и естественные электромагнитные поля в окружающей человека среде и приборы для их обнаружения и фиксации. Препринт No.11 (1127) Троицк: ИЗМИРАН, 1999. - 28 с.

11. Любимов В.В. Биотропность естественных и искусственно созданных электромагнитных полей. Аналитический обзор. Препринт No.7 (1103) М.: ИЗМИРАН, 1997. - 85 с.

12. Постановление Правительства Москвы от 1 апреля 1997 г. № 244

13. Пресман А.С. Электромагнитная сигнализация в живой природе. М.:Наука, 2004. – 143 с.

14. Пресман А.С. Электромагнитное поле и жизнь. М.: Наука 2003. - 215 с.

15. Современные проблемы изучения и сохранения биосферы. Свойства биосферы и ее внешние связи. – С.-Пб: Гидрометеоиздат. 1992. Т.1. 288 с.

16. Сомов А.Ю., Макаров В.З., Пролеткин И.В., Чумаченко А.Н.. Проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды // http://www.sgu.ru/ogis/gis_otd/publ54.htm

17. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов. – 7-е изд., стер.- М.: Высш. Шк., 2003.- 541 с.

18. Федеральный закон " Об охране окружающей среды" от 19 декабря 1991 г. № 2060-1.

19. Федеральный закон "О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств"

20. Федеральный закон "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30 марта 1999 года N 52-ФЗ

21. Федеральный закон "О связи".

22. Электромагнитные поля и здоровье // http://www.pole.com.

23. Электромагнитные поля радиочастот // http://www.vrednost.ru/

24. Электромагнитное загрязнение атмосферы // http://ecoera.ucoz.ua/publ/5