яя я яяя я яяя я я яяя я ввввв яяяя ввввв яяяяя в ввя

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Годы

Рис. 2.1. Виды и число крупнейших бедствий в год (1950—2000): В — одно бедствие

Рис. 2.2. Экономические потери от стихийных бедствий (1950—2000): ° — реальный ущерб события; — — осредненное значение ущерба

ной пожаров, механических повреждений оборудования, нарушений на линиях связи и энергоснабжения и взрывов технологического обо­рудования.

Источники природных чрезвычайных ситуаций, их поражающие факторы и номенклатура поражающих воздействий приведены в ГОСТ Р. 22.0.06.95 БЧС.

Виды и число крупнейших стихийных бедствий в мире с 1950 по 2000 г. приведены на рис. 2.1, экономические потери от них — на рис. 2.2.

2.2. ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ

Элементы техносферы создают техногенные опасности, возни­кающие при загрязнении окружающей среды различными отходами и потоками энергий. Зоны действия техногенных опасностей распро­страняются на регионы техносферы и примыкающие к ним природ­ные зоны, на территории и помещения объектов экономики, на транспортные, городские и селитебные зоны. В отдельных случаях техногенные опасности проявляются на межрегиональном и глобаль­ном уровнях.

Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит не­которое количество примесей, поступающих от естественных и тех­ногенных источников. К числу примесей, выделяемых естественны­ми источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающую при эрозии почвы, час- j тицы морской соли); туман; дым и газы от лесных и степных пожаров;

газы вулканического происхождения; различные продукты расти­тельного, животного происхождения и др.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределен­ными, например выпадение космической пыли, либо локальными, например лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоно­вым и мало изменяется с течением времени.

Основное техногенное загрязнение атмосферного воздуха созда­ют автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности (табл. 2.1).

Самыми распространенными токсичными веществами, загряз­няющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы S0₂, оксиды азота N0*, углеводороды С_йН_т и пыль. Основные источ­ники примесей атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в табл. 2.2 и 2.3.

Кроме приведенных выше веществ и пыли, в атмосферу выбрасы­ваются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары пла­виковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органиче­ские растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличи­вается.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от промышленных источников в РФ в 2003 г. в млн т следующие: пыль —2, 3, диоксид серы—4, 6, оксид углерода —4, 9, оксиды азота—1, 4, углеводоро­ды — 1, 2.

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется прежде
всего составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних. В настоящее время эко­логические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехими­ческого производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Необходимые сведения можно найти в работах [3, 10]. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборострое­ния, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1 -го и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свин­ца и т. п.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воз­духе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсич­ных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в упрощенном виде может быть представлена реакциями

N0₂ + hv -> NO + О О + 0₂ -> 0₃

С_пн_т + О С_пн_т + О;

}

ПАН (пероксиацилнитраты)

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно нахо­дятся в пределах: 0₃ — 60...75 %, ПАН, Н₂0₂, альдегиды и др.— 25...40 %.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необхо­димо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в ат­мосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное распределение фотохимического смога по времени суток показано на рис. 2.3.

4 3 2 10 12 14 16 18

Рис. 2.3. Относительные кон­центрации N0₂ и 0₃ в атмо­сферном воздухе (г. Лос-Андже- лес, 19.07.65 г.)

с/с фон р _хтгл ^

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах XX в. в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во мно­гих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 25 лет назад.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: S0₂, NO_x, H₂S. Кислотные дожди воз­никают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмо­сфере. Например, концентрация S0₂ (мкг/м³) обычно такова: в горо­де 50... 1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50, в радиусе около 150 км 0, 1...2, над океаном 0, 1.

Основными реакциями в атмосфере являются: I вариант: S0₂ + ОН-» HS0₃; HS0₃ + ОН H₂S0₄ (молекулы в атмосфере бы­стро конденсируются в капли); II вариант: S0₂ + hv -» SO*₂(SO*₂— активированная молекула диоксида серы); S0₂ + 0₂ -» S0₄; S0₄ + + 0₂ S0₃ + 0₃; S0₃ + Н₂0 -» H₂S0₄. Реакции обоих вариантов в ат­мосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция H₂S + 0₂ -» S0₂ + Н₂0 и далее I или II вариант реакции.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу явля­ются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроор­ганизмов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) 59...69 %; всего поступает 91...112 млн т в год.

Концентрации соединений азота (мкг/м³) составляют: в городе 10... 100, на территории около города в радиусе 50 км 0, 25...2, 5, над океаном 0, 25.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и N0₂. В атмосфере возникают реакции: 2NO + 0₂ -»2N0₂, N0₂ + ОН -» HN0₃. Источниками соединений азота являются: есте­ственные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) 37 %; всего поступает 51...61 млн т в год.

Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде ту­мана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В го­родах их концентрация достигает 2 мкг/м³.

Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в хи­мическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно в течение 2 и 8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпа­дают с осадками на земную поверхность.

Различают два вида седментации: влажную и сухую. Влажная — это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возника- ет при влажности воздуха 100, 5 %; сухая реализуется в тех случаях, ко­гда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром око­ло 0, 1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнару­жены даже на Северном полюсе).

В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5, 5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблаго­получны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Воло­гда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км² • год), зарегистрирована в 22 городах страны, а более 8... 12 т/(км² • год) в городах Алексин, Новомосковск, Но­рильск, Магнитогорск.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу те­плоты, дж/год: теплота от солнечной радиации составляет 25 • 10²³(99, 8 %), теплота от естественных источников (из недр Земли, от животных и др.) —37, 46 • Ю²⁰(0, 18 %), теплота от антропогенных источников (энергоустановок, пожаров и др.) — 4, 2 • 10²°(0, 02 %).

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15°С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура поверхности Земли составляла бы приблизительно - 15°С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли энергия — в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучи­стой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества мно­гоатомных минигазов (С0₂, Н₂0, СН₄, 0₃ и др.) и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое про­странство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет пар­никового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреона- ми, озоном, оксидом азота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9 мкм, а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту кон­центраций С0₂, СН₄, N₂0 и других газов в атмосфере. Так, рост кон­центраций С0₂ в атмосфере выглядит следующим образом:

Годы........................................ 1850 1900 1970 1979 1990 2000 2030 2050

Концентрация С0₂, млн^-1.. 260 290 321 335 360 380 450...600 700...750

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озо­на и других газов. Рост концентраций С0₂ в атмосфере происходит вследствие уменьшения растительности на Земле и увеличения тех­ногенных поступлений.

Источниками техногенных парниковых газов являются: тепло­энергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют С0₂; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступление СН₄; холодиль­ное оборудование, бытовая химия — фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность — оксидов азота и т. п.

В результате в биосферу дополнительно поступает теплота поряд­ка 70 • Ю²⁰ Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится, %: С0₂ —50, фреонов —15, 0₃ —5, СН₄ —20, N₂0₂ —10. Доля парнико­вого эффекта в нагреве биосферы в 16, 6 раза больше доли других ис­точников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как следствие, по­вышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0, 4°С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1, 5...4, 5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, рас­положенных ниже уровня моря. По прогнозам ученых, к 2050 г. уро­вень моря может повыситься на 25...40 см, а к 2100 г.— на 2 м, что при­ведет к затоплению 5 млн км² суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожай­ных земель планеты.

Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в круп­ных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из косми­ческого пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных дви­жениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются призем­ной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультра­фиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник кан- церогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных забо­леваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, явля­ются соединения хлора, азота. По оценочным данным, один атом хлора может разрушить до 10⁵ молекул озона, одна молекула оксидов азота — до 10 молекул.

Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в вы­хлопных газах которых содержатся до 0, 1 % общей массы газов соеди­нения N0 и N0₂; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора. Состав выхлопных газов космических систем (т) на вы­соте 0...50 км приведен ниже:

Космические системы Соединения Оксиды Пары воды, Оксиды уг- Оксиды

хлора азота водород лерода алюминия

«Энергия» и «Буран», СССР 0 0 740 750 0

«Шаттл», США.............. 187 7 378 512 177

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, продолжительность жизни которых достигает 100 лет. Источниками поступления фреонов являются: холодильники при нарушении гер­метичности контура переноса теплоты; технологии с использовани­ем фреонов; бытовые баллончики для распыления различных ве­ществ и т. п.

По оценочным данным, техногенное разрушение озонового слоя к 1973 г. достигло 0, 4... 1 %; к 2000 г.-З %, к 2050 г. ожидается 10 %. Ядерная война может истощить озоновый слой на 20...70 %. Замет­ные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озонового слоя на 8... 10 % общего запаса озона в атмосфере, состав­ляющего около 3 млрд т. Заметим, что один запуск космической сис­темы «Шаттл» сопровождается разрушением около 0, 3 % озона, что составляет около 10⁷ т озона.

В результате техногенного воздействия на атмосферу возможны следующие негативные последствия:

108. превышение ПДК многих токсичных веществ (СО, N0₂, S0₂, C„H_W, бенз(а)пирена, свинца, безнола и др.) в городах и населенных пунктах;

109. образование смога при интенсивных выбросах NO*, C„H_m;

110. выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах

SO* NO,;

111. появление парникового эффекта при повышенном содержа­нии С0₂, NO*, 0₃, СН₄, Н₂0 и пыли в атмосфере, что способствует по­вышению средней температуры Земли;

112. разрушение озонового слоя при поступлении N0* и соедине­ний хлора в него, что создает опасность УФ-облучения.

Загрязнение гидросферы. Потребление воды [8] в РФ в 2000 г. дос­тигло 85, 9 км³, в том числе на нужды, %:

113. производственные —57, 9;

114. хозяйственно-питьевые —20, 3;

115. орошение — 13, 7;

116. сельскохозяйственное водоснабжение—2, 1;

117. прочие —6, 0.

При использовании воду, как правило, загрязняют, а затем сбра­сывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными во­дами различных отраслей промышленности (металлургической, неф­теперерабатывающей, химической и др.), сельского и жилищно-ком­мунального хозяйства, а также поверхностными стоками. Основны­ми источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на биологические (органические микроор­ганизмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие химический состав воды; физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, меди­ко-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности. На­пример, целлюлозно-бумажный комбинат загрязняет воду так же, как город с населением 0, 5 млн чел.

Биологические загрязнения оценивают биохимическим потреб­лением кислорода — БПК. БПК₅ — это количество кислорода, по­требляемое за 5 сут микроорганизмами — деструкторами для полной минерализации органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Нормативное значение БПК₅ = 5 мг/л. Реальные загрязнения сточ­ных вод таковы, что требуют значений БПК на порядок больше.

Химические загрязнения поступают в водоемы с промышленны­ми, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся: нефте­продукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобре­ния, пестициды, моющие средства. Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий (табл. 2.4).

Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленны­ми стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистра- лей, за счет осаждения атмосферной пыли. Всего в 2000 г. в водоемы страны сброшено 55, 6 км³ сточных вод, из них 20, 3 км³ загрязненных (табл. 2.5).

В результате техногенной деятельности многие водоемы мира и нашей страны крайне загрязнены. Уровень загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает 10 ПДК. Наиболее высокий уровень загрязненности воды наблюдается в бассейнах рек Днестр, Печора, Обь, Енисей, Амур, Северная Двина, Волга, Урал. Воздейст­вие на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

118. снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируе­мых водоемов имеют загрязнения, превышающие 10 ПДК);

119. изменяются состояние и развитие фауны и флоры водоемов;

120. нарушается круговорот многих веществ в биосфере;

121. снижаются биомасса планеты и, как следствие, воспроизвод­ство кислорода.

Опасны не только первичные загрязнения поверхностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций ве­ществ в водной среде. Так, при одновременном попадании весной 1990 г. в р. Белая фенолов и хлоридов образовались диоксины, содер­жание которых в 147 тыс. раз превысило допустимые значения.

Большую опасность загрязненные сточные воды представляют в тех случаях, когда структура грунта не исключает их попадание в зону залегания грунтовых вод. В ряде случаев до 30...40 % тяжелых метал­лов из почвы поступает в грунтовые воды.

1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г. 1 I Российская Промышленность Федерация Рис. 2.4. Динамика образования токсичных отходов в Российской Федерации, млн т

Загрязнение земель. Нарушение верхних слоев земной коры про­исходит при: добыче полезных ископаемых и их обогащении; захоро­нении бытовых и промышленных отходов; проведении военных уче­ний и испытаний и т. п. Почвенный покров существенно загрязняется осадками в зонах рассеивания различных выбросов в атмосфере, па­хотные земли — при внесении удобрений и применении пестицидов.

Ежегодно из недр страны извлекается огромное количество гор­ной массы, вовлекается в оборот около трети, используется в произ­водстве около 7 % объема добычи. Большая часть отходов не исполь­зуется и скапливается в отвалах.

Примерами значительного накопления отходов, связанных с до­бычей полезных ископаемых, могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче руд. Наиболее остро стоит вопрос утилизации отходов в угольной промышленности, поскольку на некоторых шахтах добыча 1 тыс. т угля сопровождается подъемом из шахт до 800 т породы.

Оценивая динамику изменения количества образовавшихся ток­сичных отходов (рис. 2.4), можно сделать вывод о постоянном росте данного показателя в промышленности и, как следствие, в целом по России: с 82, 6 млн т в 1996 г. до 132, 5 млн т в 2000 г. Практически весь объем образующихся токсичных отходов (95 %) имеет промышлен­ное происхождение, а остальные 5 % отходов этой категории распре­деляются почти поровну между сельским хозяйством (3, 7 млн т) и ЖКХ (3, 4 млн т). По данным Госкомстата России, к 2000 г. в России накоплено 2 млрд т токсичных отходов.

Среди отраслей промышленности наибольшие объемы образова­ния отходов отмечены в металлургии, на химических и нефтехимиче­ских производствах, в угольной промышленности (табл. 2.6).

В настоящее время одной из самых острых проблем является ути­лизация и захоронение радиоактивных отходов и, прежде всего, отхо­дов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственного про­изводства — навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

В настоящее время в России ежегодно образуется около 150 млн м³ (30 млн т) твердых бытовых отходов (ТБО). По прогнозам, к 2006 г. ежегодное накопление ТБО увеличится до 200 млн м³, что объясняет­ся увеличением доли тары и упаковки в массе продуктов и товаров. К твердым бытовым отходам относятся: бумага и картон, полимерные материалы, стекло, древесина, металлы и др.

Эффективность использования и обезвреживания отходов со­ставляет около 40 % (ТБО —3 %). В России имеется 2, 9 тыс. мест за­хоронения токсичных отходов общей площадью 22 тыс. га.

В связи с недостаточным количеством полигонов для складирова­ния и захоронения промышленных и бытовых отходов широко рас­пространена практика размещения их в местах неорганизованного складирования отходов, что представляет особую опасность для ок­ружающей среды.

Существенно загрязнение земель в результате седиментации ток­сичных веществ из атмосферы. Наибольшую опасность представляют предприятия цветной и черной металлургии. Зоны загрязнений их выбросами имеют радиусы около 20...50 км, а превышение ПДК дос­тигает 100 раз. К загрязнителям относятся высокотоксичные свинец, бенз(а)пирен, ртуть и др.

На европейской территории России [8] за 2000 г. с осадками вы­пало: оксидов серы и азота —2, 4 млн т, свинца и его соединений — 2, 739 тыс. т, ртути —68, 8 т, бенз(а)пирена —80 т.

Опасны выбросы мусоросжигающих заводов, содержащие тетра- этилсвинец, ртуть, диоксины, бенз(а)пирен и т. п. Выбросы ТЭС со­держат бенз(а)пирен, соединения ванадия, радионуклиды, кислоты и другие токсичные вещества. Зоны загрязнения почвы около трубы имеют радиусы 5 км и более.

Интенсивно загрязняются пахотные земли при внесении удобре­ний и использовании пестицидов. В последние годы многие страны стремились к сокращению применения пестицидов. Так, в США их использование с 1976 по 1993 г. сократилось на 60 %, в России — со 150 тыс. т в 1980 г. до 43, 7 тыс. т в 1993 г., однако в 1987 г. около 30 % продуктов питания в РФ содержали концентрацию пестицидов, опасную для здоровья человека.

Внесение удобрений компенсирует изъятие растениями из почвы азота, фосфора, калия и других веществ. Однако вместе с удобрения­ми, содержащими эти вещества, в почву вносятся тяжелые металлы и их соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Выведение этих примесей из удобрений — трудоемкий и дорогой процесс. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

В табл. 2.7 приведены основные источники и наиболее распро­страненные группы веществ химического загрязнения почвы.

Техногенное воздействие на почву сопровождается: — отторжением пахотных земель или уменьшением их плодоро­дия. По данным ООН, ежегодно выводится из строя около 6 млн га > плодородных земель;

122. чрезмерным насыщением токсичными веществами растений, что неизбежно приводит к загрязнению продуктов питания раститель­ного и животного происхождения. В настоящее время до 70 % токсич­ного воздействия на человека приходится на пищевые продукты;

123. нарушением биоценозов вследствие гибели насекомых, птиц, животных, некоторых видов растений;

124. загрязнением грунтовых вод, особенно в зоне свалок и сброса сточных вод.

Энергетические загрязнения техносферы. К зонам со значительны­ми техногенными опасностями относятся транспортные магистрали, зоны излучения радио- и телепередающих систем, промышленные зоны и т. п. Возможно проявление опасности при использовании че­ловеком на производстве и в быту технических устройств: электриче­ских сетей и приборов, станков, ручного инструмента, газовых балло­нов и газовых сетей, оружия и т. п. Возникновение опасности в таких случаях связано, как правило, с наличием неисправностей в техни­ческих устройствах или неправильными действиями человека при их использовании. Уровень опасности при этом определяется энергети­ческими показателями технических устройств, которые существенно возросли в XX столетии, поскольку человек получил в свое распоря­жение мощную технику, огромные запасы углеводородного сырья, химических и бактериологических веществ.

Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического за­грязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и при­родных зон. К энергетическим загрязнениям относят вибрационное и акустическое воздействия, электромагнитные поля и излучения, воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений.

Вибрации в городской среде и жилых зданиях, источниками кото­рых являются технологическое оборудование ударного действия, рельсовый транспорт, строительные машины и тяжелый автотранс­порт, распространяются по грунту. Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах оно не­сколько больше). Чаще всего на расстоянии 50...60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибраций около кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами с облегчен­ными фундаментами, значительно больше и могут иметь радиус до 150...200 м. Значительные вибрации и шум в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты, трансформаторы и т. п.).

Шум в городской среде и жилых зданиях создается транспортны­ми средствами, промышленным оборудованием, санитарно-техниче- скими установками и устройствами и др. На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70...80 дБА, а в отдельных случаях 90 дБА и более. В районе аэропортов уровни звука еще выше.

Источники инфразвука могут быть как естественного происхож­дения (обдувание ветром строительных сооружений и водной поверх­ности), так и техногенного (подвижные механизмы с большими по­верхностями — виброплощадки, виброгрохоты; ракетные двигатели, ДВС большой мощности, газовые турбины, транспортные средства). В отдельных случаях уровни звукового давления инфразвука могут достигать нормативных значений, равных 90 дБ, и даже превышать их на значительных расстояниях от источника.

Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) ра­диочастот являются радиотехнические объекты (РТО), телевизион­ные и радиолокационные станции (PJIC), термические цехи и участ­ки (в зонах, примыкающих к предприятиям). Воздействие ЭМП про­мышленной частоты чаще всего связано с высоковольтными линия­ми (BJI) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с по­вышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и PJIC, имеют размеры до 100... 150 м. При этом даже внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.

ЭМП промышленной частоты в основном поглощаются почвой, поэтому на небольшом расстоянии (50... 100 м) от линий электропере­дач электрическая напряженность поля падает с десятков тысяч вольт на метр до нормативных уровней. Значительную опасность представ­ляют магнитные поля, возникающие в зонах около ЛЭП токов про­мышленной частоты, и в зонах, прилегающих к электрифицирован­ным железным дорогам. Магнитные поля высокой интенсивности обнаруживаются и в зданиях, расположенных в непосредственной близости от этих зон.

В быту источниками ЭМП и излучений являются телевизоры, дисплеи, печи СВЧ и другие устройства. Электростатические поля в условиях пониженной влажности (менее 70 %) создают паласы, на­кидки, занавески и т. д.

Микроволновые печи в промышленном исполнении не пред­ставляют опасности, однако неисправность их защитных экранов может существенно повысить утечки электромагнитного излуче­ния. Экраны телевизоров и дисплеев как источник электромагнит- ного излучения в быту не представляют большой опасности даже при длительном воздействии на человека, если расстояния от экра­на превышают 30 см. Однако служащие отделов ЭВМ испытывают недомогание при регулярной длительной работе в непосредственной близости от дисплеев.

Воздействие ионизирующего излучения на человека может про­исходить в результате внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение вызывают источники рентгеновского и у-излучения, пото­ки протонов и нейтронов. Внутреннее облучение вызывают а- и (3-частицы, которые попадают в организм человека через органы ды­хания и пищеварительный тракт.

Основные источники ионизирующего облучения человека в ок­ружающей среде и средние эквивалентные дозы облучения приведе­ны ниже (в скобках указаны дозы для населения РФ на равнинной местности):

мкЗв/год

Естественный фон:

космическое облучение................................................... 320(300)

облучение от природных источников:

внешнее................................................................................. 3590(320)

внутреннее........................................................................... 2000(1050)

Техногенные источники:

медицинское обслуживание................................................... 400...700(1500)

ТЭС в радиусе 20 км......................................................... 3...5

АЭС в радиусе 10 км......................................................... 1, 35

радиоактивные осадки (главным образом, последствия ис­пытаний ядерного оружия в атмосфере) 75...200

телевизоры, дисплеи......................................................... 4...5[6] при 1=2 и

керамика, стекло................................................................ 10

авиационный транспорт на высоте 12 км................................. 5 мкЗв/ч

Для человека, проживающего в промышленно развитых регио­нах РФ, годовая суммарная эквивалентная доза облучения из-за вы­сокой частоты рентгенодиагностических обследований достигает 3000...3500 мкЗв/год (средняя на Земле доза облучения равна 2400 мкЗв/год). Для сравнения предельно допустимая доза для про­фессионалов (категория А) составляет 50 • 10³ мкЗв/год.

Доза облучения, создаваемая техногенными источниками (за ис­ключением облучений при медицинских обследованиях), невелика по сравнению с естественным фоном ионизирующего облучения, что достигается применением средств коллективной защиты. В тех случа­ях, когда на объектах экономики нормативные требования и правила радиационной безопасности не соблюдаются, уровни ионизирующе­го воздействия резко возрастают.

Рассеивание в атмосфере радионуклидов, содержащихся в выбро­сах, приводит к формированию зон загрязнения около источника вы­бросов. Обычно зоны облучения жителей, проживающих вокруг предприятий по переработке ядерного топлива на расстоянии до 200 км, колеблются от 0, 1 до 65 % естественного фона излучения.

Миграция радионуклидов в водоемах и грунте значительно слож­нее, чем в атмосфере. Это обусловлено не только параметрами про­цесса рассеивания, но и склонностью радионуклидов к концентра­ции в водных организмах, к накоплению в почве. Распределение (%) отдельных радиоизотопов между составляющими пресноводного во­доема выглядит таким образом:

Эти данные свидетельствуют о том, что вода, составляющая 85 % массы Земли, содержит лишь 27 % радиоизотопов, а биомасса, со­ставляющая 0, 1 %, накапливает до 28 % радиоизотопов.

Миграция радиоактивных веществ в почве определяется в основ­ном ее гидрологическим режимом, химическим составом почвы и ра­дионуклидов. Меньшей сорбционной емкостью обладают песчаная почва, большей — глинистая, суглинки и черноземы. Высокой проч­ностью удержания в почве обладают ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Ориентировочные значения радиоактивного загрязнения сухой массы культурных рас­тений следующие (Бк/кг):

Эти загрязнения, обусловленные глобальными поступлениями радиоактивных веществ в почву, не превышают допустимые уровни. Опасность возникает лишь в случаях произрастания культур в зонах с повышенными радиоактивными загрязнениями.

Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС показывает, что ведение сельскохозяйственного производства недо­пустимо на территориях при плотности загрязнения выше 80 Ки/км², а на территориях, загрязненных до 40...50 Ки/км², необходимо огра­ничивать производство семенных и технических культур, а также кормов для молодняка и откормочного мясного скота. При плотно­сти загрязнения 15...20 Ки/км² по ¹³⁷Cs сельскохозяйственное произ­водство вполне допустимо.

Уровень радиоактивности в жилом помещении зависит от строи­тельных материалов: в кирпичном, железобетонном, шлакоблочном доме он всегда в несколько раз выше, чем в деревянном. Газовая пли­та привносит в дом не только токсичные газы N0*, СО и др., включая канцерогены, но и радиоактивные газы. Поэтому уровень радиоак­тивности на кухне может существенно превосходить фоновый при работающей газовой плите.

В закрытом, непроветриваемом помещении человек может под­вергаться воздействию радона-222 и радона-220, которые непрерыв­но высвобождаются из земной коры. Поступая через фундамент, пол, из воды или иным путем, радон накапливается в изолированном по­мещении. Средние концентрации радона обычно составляют (кБк/м³): в ванной комнате 8, 5, на кухне 3, в спальне 0, 2. Концентра­ция радона на верхних этажах зданий обычно ниже, чем на первом этаже. Избавиться от избытка радона можно проветриванием поме­щения.

В этом отношении поучителен опыт Швеции: с начала 50-х годов в стране проводится кампания по экономии энергии, в том числе пу­тем уменьшения проветривания помещений. В результате средняя концентрация радона в помещениях возросла с 43 до 133 Бк/м³ при снижении воздухообмена с 0, 8 до 0, 3 м³/ч. По оценкам, на каждый 1 ГВт/год электроэнергии, сэкономленной за счет уменьшения про­ветривания помещений, шведы получили дополнительную коллек­тивную дозу облучения в 5600 чел • Зв.

Из рассмотренных энергетических загрязнений в современных Условиях наибольшее негативное воздействие на человека оказывают Радиоактивное и акустическое загрязнения.

2.3. АНТРОПОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ

Деятельность человека является важным, необходимым звеном, обеспечивающим взаимосвязь технических систем. При этом чело­век, оперируя энергетическими и информационными потоками, ре­шает задачи, состоящие из ряда этапов: восприятие информации; ее оценка, анализ и обобщение на основе заранее заданных и сформули­рованных критериев, принятие решения о дальнейших действиях, исполнение принятого решения. Однако на всех этапах деятельности возможны ошибочные действия человека.

Анализ данных по техногенным авариям и катастрофам показы­вает, что значительная доля опасностей возникает в результате оши­бочных, неправильно принятых человеком решений, когда он сам становится источником опасности. По статистике около 45 % ава­рийных ситуаций на АЭС, свыше 60 % аварий на объектах с повы­шенным риском, 80 % авиакатастроф и катастроф на море, а также 90 % автомобильных аварий происходит из-за неправильных дейст­вий людей.

Ошибка определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение человеком запрещенного действия), которое может явиться причиной тяжелых последствий — травм, гибели людей, по­вреждения оборудования или имущества либо нарушения нормаль­ного хода запланированных операций. Ошибки по вине человека мо­гут происходить в различных сферах и условиях его жизнедеятельно­сти:

125. на отдыхе, во время путешествия, при занятии спортом: при управлении автотранспортом; неосторожном обращении с огнем, острыми предметами, оружием; при купании в водоемах; во время пу­тешествия в горах; на тренировках и соревнованиях по различным видам спорта;

126. в быту: при использовании электроприборов, бытового газа, открытого огня, ядохимикатов, инструмента и приспособлений; при обращении с бытовыми отходами, кипящими жидкостями, с предме­тами, содержащими ртуть; потреблении недоброкачественных про­дуктов, алкоголя, медикаментов и т. д.;

127. в сфере производственной деятельности: при нарушении уста­новленного режима работы и бездействии в момент, когда его участие в процессе деятельности необходимо;

128. в чрезвычайных ситуациях естественного и техногенного про­исхождения, связанные, как правило, с неподготовленностью людей к действиям в ЧС; с неумением их предвидеть, например при обраще- нйй с горючими и взрывчатыми веществами или управлении слож­ными техническими системами; при сходе лавин, селей и т. п.;

129. при общении людей между собой: источниками ошибок могут быть непорядочность, небрежность, месть, ревность, оскорбления, религиозные и национальные конфликты и т. п.;

130. при управлении экономикой и государственной деятельно­сти — ошибки часто обусловлены стремлением людей нарушить за­коны природы: например, строительство ЦБК на оз. Байкал, проекты поворота Северных рек на юг и др.

Свойство человека ошибаться является функцией его психологи­ческого состояния, и интенсивность ошибок во многом зависит от состояния окружающей среды и действующих на человека нагрузок. Установлено, что зависимость частоты появления ошибок от дейст­вующих нагрузок является нелинейной. Так, при очень низком уров­не нагрузок большинство операторов работают неэффективно (зада­ние кажется скучным и не вызывает интереса), и качество работы не соответствует должному. При умеренных нагрузках качество работы оператора оказывается оптимальным, поэтому умеренную нагрузку можно рассматривать как условия, достаточные для обеспечения внимательной работы человека-оператора. Но при дальнейшем уве­личении нагрузок качество работы человека ухудшается, что объяс­няется, главным образом, такими проявлениями физического стрес­са, как страх, беспокойство, учащение пульса и частота дыхания, по­вышение температуры, выброс в кровь адреналина и т. п.

В системе «человек — среда обитания» человек является самой изменчивой составляющей. Его поведение определяется массой ин­дивидуальных факторов. Часто разные операторы аналогичные зада­ния выполняют неодинаковыми действиями.

Основные особенности личности и состояния организма челове­ка, толкающие его к совершению ошибок, можно разделить на врож­денные особенности и временные состояния.

К врожденным особенностям относятся физиологические харак­теристики человека и его наследственности, в том числе органы чувств (слух, зрение, обоняние, осязание, вкус), опорно-двигатель­ная (мышечная сила, скорость движения, координация и т. п.) и пси­хомоторная системы (рефлексы, реакции и т. д.), интеллект (уровень знаний, способность ориентироваться).

Временные состояния, такие как физическая и психологическая усталость, приводящие к снижению внимания и мышечной силы, Ухудшению состояния здоровья и работоспособности, способствуют возникновению ошибок. В качестве факторов, отвлекающих внима­ние, могут быть временные функциональные нарушения организма (например, неожиданно появившаяся острая головная боль, голово­кружение, судорога мышцы и т. п.), временное переключение вни­мания на какое-то событие или предмет, не связанные с работой; утомление, внезапное внешнее воздействие (шум или яркая вспыш­ка света).

Причины ошибок подразделяют на непосредственные, главные и способствующие.

Непосредственные причины ошибок зависят от психологической структуры действий оператора (ошибки восприятия — не узнал, не обнаружил; ошибки памяти — забыл, не запомнил, не сумел восста­новить; ошибки мышления — не понял, не предусмотрел, не обоб­щил; ошибки принятия решения, ответной реакции и т. п.) и вида этих действий, т. е. от психологических закономерностей, опреде­ляющих оптимальную деятельность — несоответствие психическим возможностям переработки информации (объем или скорость посту­пления информации, отношение к порогу различения, малая дли­тельность сигнала и т. д.) от недостатка навыка (стандартные дейст­вия при нестандартной ситуации) и структуры внимания (не сосредо­точился, не собрался, не переключился, быстро устал).

Главные причины связаны с рабочим местом, организацией труда, подготовкой оператора, состоянием организма, психологической ус­тановкой, психическим состоянием организма.

Способствующие причины зависят от особенностей личности (ха­рактера, темперамента, коммутативных особенностей), состояния здоровья, внешних условий, профессионального отбора, обучения и тренировки.

Причины ошибок можно также классифицировать, используя кибернетическую схему. Это ошибки:

131. в ориентации (неполучение информации);

132. в принятии решения (неправильные решения);

133. в выполнении действий (неправильные действия).

Ошибки в ориентации наиболее распространенные и возникают

обычно из-за отсутствия сигнала, слабого сигнала или множества од­новременных сигналов.

Ошибки в принятии решения могут возникать и в том случае, ко­гда получена вся необходимая достоверная информация и в достаточ­ном объеме, но процесс анализа, переработки и осмысления ее был неверным, или из-за неадекватной оценки ситуации, неприспособ­ленности к работе из-за недостатка знаний, опыта.

Иногда информация и принятое решение могут быть правильны­ми, но ответное действие ошибочным. Неправильное действие может проявляться и в бездействии оператора в тот момент, когда его дейст- вне необходимо (неспособность к действию, нарушение последова­тельности действий) или в неправильном выборе действий (неадек­ватное расположение приборов, недостаточность внимания, уста­лость и т. д.).

Виды ошибок, допускаемых человеком на различных стадиях соз­дания и использования технических систем, можно классифициро­вать следующим образом:

134. ошибки проектирования — обусловлены неудовлетворитель­ным качеством проектирования. Например, управляющие устройст­ва и индикаторы могут быть расположены настолько далеко друг от друга, что оператор будет испытывать затруднения при одновремен­ном пользовании ими;

135. ошибки изготовления и ремонта — например, неправильной сварки, неправильного выбора материала, изготовления изделия с отклонениями от конструкторской документации;

136. ошибки технического обслуживания в процессе эксплуатации вследствие недостаточной подготовленности обслуживающего пер­сонала, неудовлетворительного оснащения необходимой аппарату­рой и инструментами;

137. ошибки обращения возникают вследствие неудовлетвори­тельного хранения изделий или их транспортировки с отклонениями от рекомендаций изготовителя;

138. ошибки в организации рабочего места — теснота рабочего по­мещения, повышенная температура, шум, недостаточная освещен­ность и т. п.;

139. ошибки в управлении коллективом — недостаточное сти­мулирование специалистов, их психологическая несовместимость и т. п.

Перечень допускаемых человеком типичных ошибок не может быть точным и неоспоримым, поскольку свойство человека ошибать­ся является функцией его психофизиологического состояния, а час­тота появления ошибок во многом определяется состоянием внеш­ней среды и интенсивностью действующих нагрузок.

При оценке роли антропогенных опасностей в их общей совокуп­ности следует понимать, что во многих случаях они играют роль «спускового механизма» — инициатора возникновения многих тех­ногенных, а иногда и естественных опасностей. Так, неправильная оценка водителем дорожной ситуации может привести к потере управления автомобилем, а затем и к взрыву и пожару последнего с непредсказуемыми последствиями. Решение о строительстве ЦБК на оз. Байкал привело в дальнейшем к техногенному загрязнению озера отходами комбината. Принятие решений о проведении подземных испытаний ядерного оружия может при их реализации привести к значительным изменениям в земной коре и стать инициатором зем­летрясений и т. д.

Контрольные вопросы к главе 2

1. Перечислите естественные опасности.

2. Назовите причины появления и роста техногенных опасностей в среде обитания.

3. Как возникают кислотные дожди?

4. Опишите явление, которое называют «парниковый эффект».

5. Какие вещества загрязняют гидросферу?

6. Перечислите виды энергетических загрязнений техносферы.

7. Назовите причины возникновения и виды ошибок оператора.

Глава 3

ЗОНЫ С ВЫСОКОЙ СОВОКУПНОСТЬЮ ОПАСНОСТЕЙ В ТЕХНОСФЕРЕ

Зонами повышенной опасности в техносфере являются: индуст­риально развитые регионы, промышленные и селитебные зоны круп­ных городов: производственная среда объектов экономики; зоны воз­действия стихийных природных явлений и техногенных аварий на объектах экономики и на транспорте. В этих зонах на людей воздей­ствуют, как правило, совокупности опасностей.

3.1. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА РЕГИОНОВ И КРУПНЫХ

ГОРОДОВ

По регионам России выбросы и сбросы загрязняющих веществ распределяются неравномерно. Ниже приведены данные по выбро­сам и сбросам в регионах России, %:

, 9

Регион

Северный

Северо-Западный

Калининградская область

Центральный

Центрально-Черноземный

Волго-Вятский

Поволжский

Северо-Кавказский

0, 2 6, 7 2, 9 2, 3

6, 8 2, 8

Доля сбросов

5, 8

8, 4

0, 7 20, 6 2, 4 4, 4

9, 6

15, 5

Регион Доля выбросов Доля сбросов

Уральский 22, 6 12, 0

Западно-Сибирский 17, 4 6, 0

Восточно-Сибирский 18, 2 9, 3

Дальневосточный 4, 9 5, 3

Наибольшие загрязнения поступают в Уральский, Центральный, Северный, Восточно-Сибирский и Западно-Сибирский регионы. Более полное представление о состоянии окружающей среды дают сведения о загрязнениях по отдельным городам и промышленным центрам. Список городов с максимальными концентрациями загряз­няющих веществ в атмосферном воздухе выше 10 ПДК в 2000 г. состо­ял из 40 городов, где проживают 23, 3 млн чел.

Практически все города с населением более 1 млн человек, а так­же Санкт-Петербург и Москва должны быть отнесены к I или II кате­гории экологического неблагополучия, которые оцениваются как «наиболее высокое» и «очень высокое». Как правило, это крупные промышленные центры с такими отраслями производства, как ме­таллургия, химия и нефтехимия (табл. 3.1).

Чрезвычайно высокая насыщенность крупных городов транспор­том вносит очень весомый вклад в их загрязнение. Доля выбросов ав­тотранспорта в загрязнении воздушного бассейна, как правило, со­ставляет 40...50 % и более, в Москве приближается к 90 %. В связи с бурным развитием автомобилизации в последние годы проблема за­грязнения воздушного бассейна обостряется. Большая интенсив­ность движения транспортных потоков в улично-дорожной сети го­родов, достигающая 1000...3000 авт/ч и более, при несовершенстве и чрезвычайной загруженности улично-дорожной сети определяет по­вышенное загрязнение основными компонентами автомобильных выбросов — оксидами азота, бенз(а)пиреном, оксидом углерода.

С негативным воздействием транспорта связано и шумовое за­грязнение городов. Около 40...50 % населения крупных городов жи­вут в условиях акустического дискомфорта. На наиболее загружен­ных городских магистралях, вдоль железных дорог и в зонах влияния аэропортов допустимые уровни шума превышаются на 30...40 дБ, что представляет опасность для здоровья населения.

К наиболее загрязненным почвам металлами относятся террито­рии и примыкающие к ним зоны следующих городов России: Но­рильск, Мончегорск, Санкт-Петербург, Белово, Кировград, Рудная Пристань и др. Загрязнение почв Санкт-Петербурга в долях от ПДК составляет:

Загрязняющее вещество Зоны

отдыха селитебная промышленная

Никель.................................. 1, 5 1, 5 2, 6

Медь...................................... 1, 6 1, 8 4, 2

Ртуть..................................... 0, 2 0, 1 0, 2

Свинец.................................. 3, 0 3, 6 5, 5

Процесс урбанизации «наградил» крупные города и другими фак­торами неблагополучия. Прежде всего, это нарушения микроклима­тического режима, изменения режима подземных вод и определяе­мые этим процессы подтопления городских территорий, загрязнение подземных и поверхностных вод.

В результате значительных техногенных нагрузок в большинстве городов происходит дальнейшая деградация растительности, что ухудшает состояние городской среды.

3.2. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СРЕДА

Производственная среда — это часть техносферы, обладающая по­вышенной совокупностью негативных факторов. Основными носи­телями травмирующих и вредных факторов в производственной сре­де являются машины и другие технические устройства, химически и биологически активные предметы труда, источники энергии, нерег- ламентированные действия работающих, нарушения режимов и ор­ганизации деятельности, а также отклонения от допустимых пара­метров микроклимата рабочей зоны.

Травмирующие и вредные факторы подразделяют на физические, химические, биологические и психофизиологические. Физические факторы — движущиеся машины и механизмы, повышенные уровни шума и вибраций, электромагнитных и ионизирующих излучений, недостаточная освещенность, повышенный уровень статического электричества, повышенное значение напряжения в электрической цепи и др.; химические — вещества и соединения, различные по аг­регатному состоянию и обладающие токсическим, раздражающим, сенсибилизирующим, канцерогенным и мутагенным воздействием на организм человека и влияющие на его репродуктивную функцию; биологические — патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы и др.) и продукты их жизнедеятельности, а также животные и растения; психофизиологические — физические перегрузки (статические и ди­намические) и нервно-психические (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Травмирующие и вредные факторы производственной среды, ха­рактерные для большинства современных производств, приведены в табл. 3.2.

Конкретные производственные условия характеризуются сово­купностью негативных факторов, а также различаются по уровням вредных факторов и риску проявления травмирующих факторов.