15.2. Источники и масштабы электромагнитного загрязнения

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

Приведем примерный перечень видов телекоммуникационной деятельности и оборудования, которые являются причиной насыщения окружающей среды электромагнитной энергией в различных диапазонах:

- до 300 Гц (до 1000 км) – статические поля различного происхождения, энергетические установки, линии электропередачи, видеодисплейные терминалы;

- 0,3...3 кГц (1000...100 км) – модуляторы радиопередатчиков, медицинские приборы, электрические печи индукционного нагрева, закаливания, сварки, плавления, очистки;

- 3...30 кГц (100...10 км) – средства связи на ОНЧ, системы радионавигации, модуляторы радиопередатчиков, медицинские приборы, электрические печи индукционного нагрева, закаливания, сварки, плавления, очистки, видеодисплейные терминалы;

- 30...300 кГц (10...1 км) – радиовещание, радионавигация, морская и авиационная связь, средства связи на НЧ, радиолокация, видеодисплейные терминалы, электрофорез, индукционный нагрев и плавление металла;

- 0,3...3 МГц (1...0,1 км) – радиовещание, связь, радионавигация, морская радиотелефония, любительская радиосвязь, индустриальные радиочастотные приборы, передатчики с амплитудной модуляцией, сварочные аппараты, производство полупроводниковых материалов, медицинские приборы;

- 3...30 МГц (100...10 м) – радиовещание, любительская радиосвязь, глобальная связь, ВЧ терапия, магнитные резонансные возбудители, диэлектрический нагрев, сушка и склейка дерева, плазменные нагреватели;

- 30...300 Мгц (10...1 м) – подвижная связь, нагрев, частотно-модулированное радиовещание, телевизионное вещание, скорая помощь, диэлектрический нагрев, магнитные резонансные возбудители, сварка пластмасс, плазменный нагрев;

- 0,3...3 ГГц (100...10 см) – радиорелейные линии, подвижная связь, радиолокация, радионавигация, телевизионное вещание, микроволновые печи, медицинские приборы, плазменный нагрев, ускорители частиц;

- 3...30 ГГц (10...1 см) – радиолокация, спутниковая связь, подвижная связь, метеорологические локаторы, радиорелейные линии, защитная сигнализация, плазменный нагрев, установки термоядерного синтеза;

- 30...300 ГГц (10...1 мм) – радиолокация, спутниковая связь, радиорелейные линии, радионавигация.

Приведенные данные показывают, что человечество использует практически весь частотный диапазон электромагнитного излучения. Созданная человеком электромагнитная обстановка состоит из полей, которые излучаются преднамеренно или являются продуктами использования других устройств.

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

Первая тенденция– увеличение количества излучающих средств за счет технического освоения и более плотного заполнения частотных диапазонов, расширения сети радиосвязи и радиовещания, увеличения каналов телевизионного вещания и других служб.

Не трудно вспомнить, что крупные города где-то 10…15 лет назад обеспечивались эфирным телевидением по нескольким программами (две-три). В настоящее время в каждом городе таких программ, как правило, более десятка. Активно осваивается диапазон дециметровых волн. Аналогичная ситуация наблюдалась и в развитии частотно-модулированного радиовещания. Вместо двух программ в диапазоне 66…74 МГц в каждом городе сейчас работает более двух десятков программ, причем освоен частотный диапазон 90…108 МГц.

И, конечно же, отметим бурное развитие систем подвижной связи. С позиций электромагнитной экологии системы подвижной связи следует рассматривать как весьма проблемного «поставщика» электромагнитной энергии, во-первых, для окружающей среды. Количество базовых станций в городах исчисляется сотнями и даже тысячами. Тысяча базовых станций по 100 Вт каждая – это 100 кВт мощности электромагнитной энергии равномерно распределяемой по территориям, где находится человек. Еще порядка 100 кВт равномерно распределенной мощности – это один миллион радиотелефонных трубок. Количество этой мощности непрерывно увеличивается.

Во-вторых, сотовые телефоны – это сравнительно мощный источник ЭМП, располагающейся в непосредственной близости от мозга человека, создающий серьезные санитарно-гигиенические проблемы для всего человечества.

Вторая тенденция – увеличение энергетических потенциалов технических средств путем увеличения мощностей приборов и передатчиков, увеличения эффективности передающих антенн средств телекоммуникаций и их территориальной концентрации.

Естественное желание каждого владельца радиостанции или оператора – высококачественный сигнал, что во многом определяется излучаемой мощностью и коэффициентом усиления антенны. Мощности передатчиков телевизионного и радиовещания последние годы постоянно увеличивались и сейчас достигают десятков киловатт, причем антенные системы, как правило, представляют собой громоздкие многоэтажные конструкции, обеспечивающие предельно возможное усиление.

Третья тенденция – внедрение сложной электронной бытовой техники, персональных компьютеров и других достижений новых технологий.

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

Неблагоприятная ситуация с электромагнитным фактором связана также со слабой материально-технической базой экологического электромагнитного мониторинга окружающей среды в России. Нормативной документацией предписано, что каждый объект, предназначенный для излучения в окружающую среду электромагнитной энергии, должен иметь санитарный паспорт, в котором кроме прочих данных, приводятся расчетные и измеренные уровни ЭМП и границы санитарных зон этих объектов. Для составления санитарного паспорта должны выделяться средства на приобретение программного обеспечения, вычислительной техники, организацию и проведение работ, что зачастую делается без энтузиазма и некачественно. Кроме того, эффективных приборов для измерения параметров ЭМП, выпускаемых отечественной промышленностью, практически нет, а зарубежные весьма дороги.

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

Основным «поставщиком» ЭМП в окружающую среду, все-таки, являются радиотехнические системы телекоммуникаций.

Это связано с тем, что, во-первых, излучение ЭМП – неотъемлемое явление для радиоканала, его обязательный технологический процесс. Отказавшись от излучения, человек должен отказаться от радиовещания, эфирного телевидения, радиосвязи. Во-вторых, излучающие технические средства радиосвязи, радиовещания и телевидения распределяются по территориям, как правило, равномерно. Это делается для того, чтобы создать необходимую интенсивность ЭМП в местах пребывания людей, (чтобы работали приемники). В-третьих, исторически сложившаяся ситуация с размещением технических средств обостряет вопросы электромагнитной экологии, поскольку строили и размещали излучающие технические средства так, чтобы было удобно эксплуатировать, не задумываясь об экологических последствиях. Результат – излучающие технические средства попали в границы городов, телецентры – в самых населенных местах и т.д. Как следствие всего этого, под высокие уровни ЭМП попал не только обслуживающий персонал излучающих технических средств, но и население близлежащих территорий. Однако радиосвязь, радиовещание и телевидение – достижение цивилизации и никто не собирается отказываться от них.

С точки зрения воздействия на окружающую среду и человека можно выделить два вида излучающих технических средств телекоммуникаций.

Первый из них – это технические средства, обеспечивающие доставку населению массовых услуг телекоммуникаций (телевидение, радиовещание, связь). Передающие антенны таких технических средств направляются на зону обслуживания, которая включает и селитебные территории. При этом принимаются меры, чтобы основная часть мощности равномерно покрывала зоны обслуживания. Исключением являются только системы радиовещания в диапазоне высоких частот, где используется механизм ионосферного рассеяния.

Кроме этого, существует множество излучающих технических средств, целью которых является передача сигнала между отдельными пунктами (станциями). К ним относятся радиорелейные, спутниковые и тропосферные системы передачи. Передающие антенны этих систем направляются на антенны соседних станций, основная часть излучаемой мощности сосредотачивается в узком секторе углов открытого пространства. На селитебные территории может попадать электромагнитная энергия, количество которой определяется уровнем бокового и заднего излучения антенн.

Очевидно, технические средства, обеспечивающие доставку населению массовых услуг телекоммуникаций, с точки зрения воздействия на окружающую среду и человека значительно опаснее.

Особо следует остановиться на развитие систем сухопутной подвижной связи, которое сопровождается, с одной стороны, тем, что у каждого абонента появляется свой источник излучения – мобильный телефон, которым он пользуется по своему усмотрению. Количество абонентов этого вида связи непрерывно растет, причем темпы этого увеличения иногда перекрывают самые смелые прогнозы. С другой стороны, развитие систем сухопутной подвижной связи сопровождается увеличением количества базовых станций, которые равномерно покрывают территории. В развитых странах количество базовых станций систем сухопутной подвижной связи исчисляется десятками тысяч.

Несмотря на то, что мощности, как мобильных телефонов, так и передатчиков базовых станций сравнительно небольшие, их огромное количество в перспективе существенно изменяет электромагнитную ситуацию в биосфере. Конечно же, это не может оставаться незаметным и для человека, и для биосферы в целом.

Существуют также созданные человеком источники ЭМП, используемые не для целей телекоммуникаций. Как было перечислено выше, в промышленности, науке и медицине применяется оборудование для передачи и концентрации электромагнитной энергии в ограниченных рабочих областях для создания полезных для человека физических, химических и биологических эффектов.

Из-за несовершенств конструкций всегда существует утечка электромагнитной энергии от такого оборудования. Каждый генератор действует как источник ЭМП, способных стать причиной вредных эффектов, зависящих от уровней излученной мощности.

Общее количество промышленных, научных и медицинских установок, излучающих ЭМП, в мире оценивается в несколько сотен миллионов, и их число постоянно увеличивается на 3...7 % в год.

Промышленные, научные и медицинские установки обычно проектируются с учетом минимальной стоимости при выполнении необходимого набора операций. Частотная стабильность и спектральная плотность мощности ЭМП, излучаемых в рабочие объемы, являются, как правило, не главными параметрами. При этом рабочее место оператора обычно находится в непосредственной близости от генератора или усилителя.

Электромагнитная энергия излучается из оборудования главным образом из оконечных устройств и подходящих к ним проводников (например, радиочастотных кабелей). Количество излученной энергии зависит от особенностей конструкции устройств и размещения их на рабочем месте. Случайно излученные поля являются следствием токов, протекающих по поверхности оборудования и различным окружающим проводящим структурам.

Все оборудование обычно действуют как своеобразная антенная система, состоящая из близко расположенных излучающих поверхностных элементов, резонирующих на некоторых частотах. Хотя эффективность излучения такой системы весьма низкая, тем не менее, излученная мощность может быть значительной, если высока номинальная мощность установки.

В последнее время все большее внимание привлекают еще некоторые сферы деятельности, которые создают электромагнитное загрязнение – это энергетика, электротранспорт и информатика. Электромагнитные поля, сопровождающие использование человеком электроэнергии промышленной частоты и компьютеров, вызывают определенное беспокойство у экологов, гигиенистов и т.д.

В последнее время появилось множество научных подтверждений явлению повышенной биологической активности магнитных полей промышленной частоты малых уровней. Есть результаты научных исследований, позволяющие считать, что такие поля являются причиной некоторых видов онкологических заболеваний, особенно у детей. Очень тревожны тенденции резкого увеличения количества, видов и мощностей бытовой техники. Образ жизни цивилизованного человека предполагает, что на весьма ограниченной площади квартиры концентрируется большое количество всевозможной бытовой техники – от фенов и кофемолок до мощных стиральных и посудомоечных машин. Косвенно об увеличении ЭМП в нашем доме можно судить по тому факту, что за последние пятнадцать двадцать лет токовые номиналы плавких предохранителей и автоматов на входе силовой сети в квартирах увеличились с 5-6 до 35-40 ампер. Это означает увеличение потребляемой мощности в 50-70 раз и, как следствие, увеличение уровней ЭМП в квартирах в 5-8 раз.

ЭМП в помещениях можно классифицировать следующим образом. Во-первых, это поля, создаваемые домовыми распределительными сетями и электрооборудованием дома – это электропроводка, силовые кабели, встроенные трансформаторные подстанции, распределительные устройства и прочее. Электромагнитная обстановка от этих источников отличается сравнительной устойчивостью и прогнозируемостью.

Во-вторых, свой вклад в общую электромагнитную обстановку помещений вносят бытовая и офисная техника, которые отличаются большим разнообразием не только выполняемых функций, но и потребляемыми мощностями, спектральным разнообразием излучаемых полей, условиями размещения и прочее.

В-третьих, через оконные проемы и стены в помещения проникают поля самых разнообразных внешних источников. Это и ЭМП излучающих телекоммуникационных технических средств вещания и связи, и поля ЛЭП и электротранспорта, и многие многие другие.

В-четвертых, особо следует отметить ЭМП, создаваемые различными металлоконструкциями и трубопроводами зданий, гальванически связанными с занулением или заземлением системы энергоснабжения.

Такое разнообразие источников ЭМП в помещениях и, как следствие, широкий частотный спектр излучения, в значительной степени затрудняют электромагнитный мониторинг в помещениях.

ЛЭП и понижающие трансформаторные подстанции являются основой систем энергоснабжения. ЛЭП и большое количество трансформаторных подстанций создают значительные уровни ЭМП в окружающей среде, в том числе и на селитебных территориях, и вносят свой вклад в общее электромагнитное загрязнение. В последнее время силовые трансформаторы распределительных сетей стали размещаться непосредственно в зданиях, что обострило электромагнитную обстановку для людей, находящихся в смежных или близлежащих помещениях.

Существует множество доказательств отрицательного воздействия ЭМП от ЛЭП на компоненты различных природных экосистем. Миллионы километров ЛЭП проходят и по полям, лесам, рекам и под водой. Биологи показали, что ЭМП от ЛЭП влияют на поведенческие реакции насекомых - муравьи покидают прилегающие к ЛЭП участки леса, и рыб - ЭМП от ЛЭП и подводных силовых кабелей, пересекающих водоемы, часто затрудняют миграцию рыб.

Миллионы людей ежедневно пользуются услугами электротранспорта, не подозревая, что на остановке и внутри электротранспорта магнитные поля значительно превышают поля в обычных условиях. На рис.15.2…15.4 приведены характерные распределения магнитных полей контактных сетей трамвая, троллейбуса и метро. Очевидно, что для человека, стоящего на остановке транспорта, подвергается воздействию магнитных полей, причем на остановке троллейбуса уровень значительно меньше, чем, например, на остановке трамвая.

Массовая компьютеризация всех сфер человеческой деятельности привела к тому, что большое количество людей, в том числе дети, проводят длительное время у компьютера не только как источника информации, но и источника энергетического загрязнения, причем находясь в непосредственной близости от него.

Рис.15.2. Магнитные поля контактной сети трамвая

Рис.15.3. Магнитные поля контактной сети троллейбуса

Рис.15.4. Магнитные поля контактной сети метро

Таким образом, в результате постоянного увеличения в окружающей среде антропогенных источников электромагнитной энергии самого различного характера и с самыми разнообразными спектрами излучаемых полей электромагнитная обстановка в биосфере, как электромагнитный фон, стремится к квазинепрерывному характеру.

Нельзя панически бояться ЭМП, но и не следует относиться к ним халатно. Биологическая активность ЭМП доказана и может быть очень высокой.

В проблемах электромагнитной экологии выделилось четыре направления:

- медицинское, которое занимается всеми аспектами воздействия ЭМП на организм человека;

- биофизическое, занимающееся вопросами исследования взаимодействия биологических тканей с ЭМП;

- медико-биологическое, которое занимается изучением и нормированием воздействующего фактора на окружающую среду и человека;

- научно-техническое, целью которого является разработка методов и средств анализа в окружающей среде ЭМП и защиты от них в случае необходимости.

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