Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 1
Эти вещества, как правило, чужды
30
лрйродной среде, окружающей живые организмы. Они получили
название ксенобиотики (от греч. xenos — чужой и bios — жизнь).
Эволюция жизни на Земле происходила в отсутствие этих веществ.
Например, до возникновения металлургии и других отраслей про-
мышленности в природе практически не было свободных метал-
лов, множества химических соединений (фрёонов, пестицидов,
нефтепродуктов). Присутствие ксенобиотиков ведет к несовмес-
тимости среды с жизнедеятельностью организма, что вызывает его
заболевание и гибель. Наличие в атмосферном воздухе соедине-
ний фтора, никеля, кобальта, серы нарушает фотосинтез и разру-
шает фотосинтезирующий аппарат растений. В результате гибнут
леса, снижается продуктивность сельскохозяйственных насажде-
ний, вырождается животноводство.
Ряд веществ, не являющихся ксенобиотиками, в результате
деятельности человека накапливается в окружающей среде в кон-
центрациях, значительно превышающих естественные (озон, фе-
нол, диоксид углерода, соединения азота, серы, фосфора и др.),
что также нарушает экологическое равновесие.
С качеством окружающей среды непосредственно связано здо-
ровье человека. По определению Всемирной организации здраво-
охранения здоровье человека — это «состояние полного физическо-
го, психического и социального благополучия, а не просто отсутствие
болезней».
Не меньшее влияние, чем природные факторы, на заболевае-
мость оказывает социальная среда человека (рис. 1.7).
Установлено, что на 60 % здоровье среднестатистического че-
ловека зависит от образа жизни, на 20 % — от биологических и на-
следственных факторов и на 20 % — от природно-климатических
условий. Таким образом, здоровье человека воспроизводится на
наследственном уровне, формируется образом жизни, потребля-
ется в процессе труда и восстанавливается в результате отдыха. В
настоящее время установлено, что уровень жизни человека прямо
зависит от экологической ситуации. Если под уровнем жизни че-
ловека понимать комплекс факторов: здоровье, продолжитель-
ность жизни, материальное обеспечение и др., то при развитии об-
Щества изменение уровня жизни индивидуума происходит случай-
ным образом. При этом установлено, что основными принципами
НоРМальной жизнедеятельности является активность (движение)
и конкуренция. С большой степенью вероятности можно утвер-
ждать, что слишком высокий уровень жизни и слишком малый по
Равнению со средним реализуется крайне редко, то есть уровень
Изн Сгруппируется в основном вблизи некоторого наиболее
31
Проиродно-клима-
тические и геогра-
фические условия
Биологические
факторы, включая
наследственность
Окружающая
среда и ее охрана
Образ
жизни
Уровень развития
производительных
сил
Питание
Жилище
Отдых
Условия труда
Уровень медицин-
ского обслуживания
Рис. 1.7. Взаимосвязь факторов окружающей природной и социальной сред,
влияющих на здоровье человека
вероятного значения. Пусть есть некая «моментальная» фотогра-
фия уровня жизни Ждля некоторого времени t конкретного обще-
ства.
W
О ANW W
Если бы все значения ^были равновероятны, точки распреде-
лялись бы по оси Неравномерно, чего, как мы знаем, не бывает. На
практике W определяется уровнем развития общества, и чем он
выше, тем больше вправо смещается отрезок W, сохраняя при этом
закономерность распределения точек по оси Ж Пусть &NW— чис-
ленность членов данного общества, попадающих в интервал A W.
Если общество не сотрясают революции, перестройки, войны,
кризисы, стихийные бедствия, то оно находится в равновесном со-
стоянии (с неизменяющимися параметрами) и распределение чле-
нов общества N по доказывается неизменным, при этом плот-
¦ 32 .... ........ •
яость точек определяется как AN^A W. При одинаковом характере
распределения плотность точек должна быть пропорциональна N.
j4a основании изложенного выше введем функцию распределе-
ния:
f{W) = {\\/N)(ANw/AW). A.8)
Зная вид/(И0, можно найти АЛ^из общего числа N, Wkoto-
рых имеет значение от Wjyo W+ AW. Сумма ANW, взятых по всем
интервалам, равна полному числу N. Отсюда, на основании теории
вероятностей, вытекает основное свойство функции распределе-
ния:
то есть поскольку Wчеловека имеет вполне определенное значе-
ние, то это есть вероятность достоверного события, которая равна
единице. Используя теорию Максвелла, можно найти явный вид
A.9)
f(W) = Ae H W2
где А — нормировочный множитель. В нашем случае в показателе
степени е стоит взятое со знаком минус отношение степени загряз-
нения биосферы, в конкретном регионе (ЕЖ2), обусловленной
уровнем развития данного общества, к степени загрязнения био-
сферы в целом (Н), обусловленной взаимовлиянием различных
регионов.
Поскольку множитель при возрастании W убывает быстрее,
чем растет множитель W2, функция, начинаясь в нуле (из-за W2),
достигает max, а затем асимптотически стремится к нулю.
Площадь под кривой/( W) должна быть равна 1, что позволяет
вычислить множитель А (рис. 1.8):
Ale H W2dW =1 (условие нормировки). A-Ю)
о
Решив задачу на нахождение max/( W), найдем наиболее веро-
ятный уровень жизни. Для этого продифференцируем выражение
f(W) no W и приравняем полученное выражение к нулю:
dW I ~ ir I A-11)
3-5023 .¦:¦.¦\". ¦ . .,.¦.¦..\' 33
•\'AW) к
0,5
W
Рис. 1.8. Схема функции распределения зависимости от уровня жизни
Если обращается в нуль выражение, стоящее в скобках, то по-
лучаем искомое:
A.12)
Увеличение степени загрязнения биосферы, например выра-
женное в появлении «озоновой дыры» над конкретным регионом,
приводит к смещению максимума влево, то есть уровень жизни
при прочих равных условиях снижается. Обычно величина Я из-
меняется незначительно, показатель Е — существенно. Он по сути
характеризует степень экологического неблагополучия общества и
зависит от энергетических затрат для обеспечения нормальной
жизнедеятельности (например, чем больше производство, тем
больше загрязнения атмосферы, больше расходы на ликвидацию
ущерба и больше величина Е). Так или иначе, мы имеем дело с дву-
мя конкурирующими процессами.
1. Улучшение условий жизнедеятельности W2,
2. Загрязнение окружающей среды e~aW.
Другими словами, если растет уровень загрязнения биосфе-
ры, то увеличиваются и затраты на ликвидацию загрязнения; в то
же время, чем больше эффект очистки, тем больше затраты на
очистку.
Рассмотрим общую закономерность влияния нарушения эко-
логического равновесия (загрязнения) на затраты, связанные с ли-
квидацией загрязнения (рис. 1.9).
34
Уровень загрязнения
Рис. 1.9. Схема влияния загрязнения на затраты:
— затраты на ликвидацию ущерба от загрязнения; 2 — затраты на очистку; 3 -
затраты
¦ суммарные
Уровень загрязнения обратно пропорционален состоянию
экологической ситуации, предусматривающему чистоту биосфе-
ры, здоровье, продолжительность жизни, уровень благосостояния.
На рис. 1.9 кривая 3 представляет суммарные затраты (время,
энергия, опыт, деньги) от уровня загрязнения; минимум этой кри-
вой соответствует экологически оптимальным условиям жизни.
Для достижения высокой эффективности необходимо минимум
кривой 3 сдвигать влево и вниз. Это можно сделать, изменяя поло-
жения кривых / и 2, за счет разработки новых высокоэффектив-
ных процессов и методов, замены дорогостоящих реагентов на бо-
лее дешевые и эффективные, использования малоотходных техно-
логий и др.
§ 1.5. ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПОЛЕЙ В БИОПРОЦЕССАХ
Многообразие сил, с которыми мы сталкиваемся в окружаю-
щем мире, определяется четырьмя типами взаимодействий: грави-
тационные, электромагнитные, ядерные и слабые. Последние два
типа взаимодействий отвечают за такие важные процессы, как ра-
диоактивность, взаимные превращения элементарных частиц и
ДР- и характеризуются короткодействующими силами, которые
Роявляются в масштабах атомных ядер или элементарных частиц
Микромир).
\" макромире преобладают гравитационные и электромагнит-
Ые взаимодействия.
Определяющая роль электромагнитных воздействий в биопро-
сах может быть понята исходя из абсолютной величины элек-
3»
35
трической силы по сравнению с силами другой природы, в частно
сти силой тяготения. Электрическая сила между двумя покоящи-
мися заряженными телами чрезвычайно похожа на силу тяготе-
ния: в обоих случаях модули сил определяются своей константой,
умноженной соответственно на величины зарядов или масс, и об-
ратно пропорциональны квадрату расстояния.
30
лрйродной среде, окружающей живые организмы. Они получили
название ксенобиотики (от греч. xenos — чужой и bios — жизнь).
Эволюция жизни на Земле происходила в отсутствие этих веществ.
Например, до возникновения металлургии и других отраслей про-
мышленности в природе практически не было свободных метал-
лов, множества химических соединений (фрёонов, пестицидов,
нефтепродуктов). Присутствие ксенобиотиков ведет к несовмес-
тимости среды с жизнедеятельностью организма, что вызывает его
заболевание и гибель. Наличие в атмосферном воздухе соедине-
ний фтора, никеля, кобальта, серы нарушает фотосинтез и разру-
шает фотосинтезирующий аппарат растений. В результате гибнут
леса, снижается продуктивность сельскохозяйственных насажде-
ний, вырождается животноводство.
Ряд веществ, не являющихся ксенобиотиками, в результате
деятельности человека накапливается в окружающей среде в кон-
центрациях, значительно превышающих естественные (озон, фе-
нол, диоксид углерода, соединения азота, серы, фосфора и др.),
что также нарушает экологическое равновесие.
С качеством окружающей среды непосредственно связано здо-
ровье человека. По определению Всемирной организации здраво-
охранения здоровье человека — это «состояние полного физическо-
го, психического и социального благополучия, а не просто отсутствие
болезней».
Не меньшее влияние, чем природные факторы, на заболевае-
мость оказывает социальная среда человека (рис. 1.7).
Установлено, что на 60 % здоровье среднестатистического че-
ловека зависит от образа жизни, на 20 % — от биологических и на-
следственных факторов и на 20 % — от природно-климатических
условий. Таким образом, здоровье человека воспроизводится на
наследственном уровне, формируется образом жизни, потребля-
ется в процессе труда и восстанавливается в результате отдыха. В
настоящее время установлено, что уровень жизни человека прямо
зависит от экологической ситуации. Если под уровнем жизни че-
ловека понимать комплекс факторов: здоровье, продолжитель-
ность жизни, материальное обеспечение и др., то при развитии об-
Щества изменение уровня жизни индивидуума происходит случай-
ным образом. При этом установлено, что основными принципами
НоРМальной жизнедеятельности является активность (движение)
и конкуренция. С большой степенью вероятности можно утвер-
ждать, что слишком высокий уровень жизни и слишком малый по
Равнению со средним реализуется крайне редко, то есть уровень
Изн Сгруппируется в основном вблизи некоторого наиболее
31
Проиродно-клима-
тические и геогра-
фические условия
Биологические
факторы, включая
наследственность
Окружающая
среда и ее охрана
Образ
жизни
Уровень развития
производительных
сил
Питание
Жилище
Отдых
Условия труда
Уровень медицин-
ского обслуживания
Рис. 1.7. Взаимосвязь факторов окружающей природной и социальной сред,
влияющих на здоровье человека
вероятного значения. Пусть есть некая «моментальная» фотогра-
фия уровня жизни Ждля некоторого времени t конкретного обще-
ства.
W
О ANW W
Если бы все значения ^были равновероятны, точки распреде-
лялись бы по оси Неравномерно, чего, как мы знаем, не бывает. На
практике W определяется уровнем развития общества, и чем он
выше, тем больше вправо смещается отрезок W, сохраняя при этом
закономерность распределения точек по оси Ж Пусть &NW— чис-
ленность членов данного общества, попадающих в интервал A W.
Если общество не сотрясают революции, перестройки, войны,
кризисы, стихийные бедствия, то оно находится в равновесном со-
стоянии (с неизменяющимися параметрами) и распределение чле-
нов общества N по доказывается неизменным, при этом плот-
¦ 32 .... ........ •
яость точек определяется как AN^A W. При одинаковом характере
распределения плотность точек должна быть пропорциональна N.
j4a основании изложенного выше введем функцию распределе-
ния:
f{W) = {\\/N)(ANw/AW). A.8)
Зная вид/(И0, можно найти АЛ^из общего числа N, Wkoto-
рых имеет значение от Wjyo W+ AW. Сумма ANW, взятых по всем
интервалам, равна полному числу N. Отсюда, на основании теории
вероятностей, вытекает основное свойство функции распределе-
ния:
то есть поскольку Wчеловека имеет вполне определенное значе-
ние, то это есть вероятность достоверного события, которая равна
единице. Используя теорию Максвелла, можно найти явный вид
A.9)
f(W) = Ae H W2
где А — нормировочный множитель. В нашем случае в показателе
степени е стоит взятое со знаком минус отношение степени загряз-
нения биосферы, в конкретном регионе (ЕЖ2), обусловленной
уровнем развития данного общества, к степени загрязнения био-
сферы в целом (Н), обусловленной взаимовлиянием различных
регионов.
Поскольку множитель при возрастании W убывает быстрее,
чем растет множитель W2, функция, начинаясь в нуле (из-за W2),
достигает max, а затем асимптотически стремится к нулю.
Площадь под кривой/( W) должна быть равна 1, что позволяет
вычислить множитель А (рис. 1.8):
Ale H W2dW =1 (условие нормировки). A-Ю)
о
Решив задачу на нахождение max/( W), найдем наиболее веро-
ятный уровень жизни. Для этого продифференцируем выражение
f(W) no W и приравняем полученное выражение к нулю:
dW I ~ ir I A-11)
3-5023 .¦:¦.¦\". ¦ . .,.¦.¦..\' 33
•\'AW) к
0,5
W
Рис. 1.8. Схема функции распределения зависимости от уровня жизни
Если обращается в нуль выражение, стоящее в скобках, то по-
лучаем искомое:
A.12)
Увеличение степени загрязнения биосферы, например выра-
женное в появлении «озоновой дыры» над конкретным регионом,
приводит к смещению максимума влево, то есть уровень жизни
при прочих равных условиях снижается. Обычно величина Я из-
меняется незначительно, показатель Е — существенно. Он по сути
характеризует степень экологического неблагополучия общества и
зависит от энергетических затрат для обеспечения нормальной
жизнедеятельности (например, чем больше производство, тем
больше загрязнения атмосферы, больше расходы на ликвидацию
ущерба и больше величина Е). Так или иначе, мы имеем дело с дву-
мя конкурирующими процессами.
1. Улучшение условий жизнедеятельности W2,
2. Загрязнение окружающей среды e~aW.
Другими словами, если растет уровень загрязнения биосфе-
ры, то увеличиваются и затраты на ликвидацию загрязнения; в то
же время, чем больше эффект очистки, тем больше затраты на
очистку.
Рассмотрим общую закономерность влияния нарушения эко-
логического равновесия (загрязнения) на затраты, связанные с ли-
квидацией загрязнения (рис. 1.9).
34
Уровень загрязнения
Рис. 1.9. Схема влияния загрязнения на затраты:
— затраты на ликвидацию ущерба от загрязнения; 2 — затраты на очистку; 3 -
затраты
¦ суммарные
Уровень загрязнения обратно пропорционален состоянию
экологической ситуации, предусматривающему чистоту биосфе-
ры, здоровье, продолжительность жизни, уровень благосостояния.
На рис. 1.9 кривая 3 представляет суммарные затраты (время,
энергия, опыт, деньги) от уровня загрязнения; минимум этой кри-
вой соответствует экологически оптимальным условиям жизни.
Для достижения высокой эффективности необходимо минимум
кривой 3 сдвигать влево и вниз. Это можно сделать, изменяя поло-
жения кривых / и 2, за счет разработки новых высокоэффектив-
ных процессов и методов, замены дорогостоящих реагентов на бо-
лее дешевые и эффективные, использования малоотходных техно-
логий и др.
§ 1.5. ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПОЛЕЙ В БИОПРОЦЕССАХ
Многообразие сил, с которыми мы сталкиваемся в окружаю-
щем мире, определяется четырьмя типами взаимодействий: грави-
тационные, электромагнитные, ядерные и слабые. Последние два
типа взаимодействий отвечают за такие важные процессы, как ра-
диоактивность, взаимные превращения элементарных частиц и
ДР- и характеризуются короткодействующими силами, которые
Роявляются в масштабах атомных ядер или элементарных частиц
Микромир).
\" макромире преобладают гравитационные и электромагнит-
Ые взаимодействия.
Определяющая роль электромагнитных воздействий в биопро-
сах может быть понята исходя из абсолютной величины элек-
3»
35
трической силы по сравнению с силами другой природы, в частно
сти силой тяготения. Электрическая сила между двумя покоящи-
мися заряженными телами чрезвычайно похожа на силу тяготе-
ния: в обоих случаях модули сил определяются своей константой,
умноженной соответственно на величины зарядов или масс, и об-
ратно пропорциональны квадрату расстояния.
