Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Московский государственный университет путей сообщения
Институт управления и информационных технологий
Кафедра “Вычислительные системы и сети”
Доклад
По дисциплине “Экология”
Электромагнитное загрязнение окружающей среды
Выполнил: Меркулов С.Р УВМ - 411
В связи со стремительным развитием научно-технического прогресса, особенно за последние сто лет, все большее внимание привлекает проблема воздействия плодов этого процесса на жизнедеятельность человеческого организма. Огромную актуальность приобретает проблема воздействия на человека электромагнитных полей различного диапазона.
В радиодиапазоне электромагнитных волн, с момента изобретения радио, излучение нашей планеты выросло на несколько порядков и теперь, с позиции внешнего наблюдателя, мы выглядим как звезда, с возрастающей мощностью излучения. По объективным причинам человеческий организм не в состоянии адаптироваться к техногенному электромагнитному излучению и, возможно, не имеет соответствующих адаптационных механизмов. Эта проблема уже получила название электромагнитного смога. Широкое распространение индивидуальной мобильной связи безусловно придает этой проблеме особую актуальность.
Особенность мобильных телефонов, как генераторов электромагнитного излучения, состоит в том, что они находятся в непосредственном контакте с человеческим организмом как во время передачи полезного сигнала и его приема, так и в режиме ожидания. Причем контакт этот довольно глубокий, т.к. осуществляется с клетками головного мозга, на них соответственно и воздействуя в первую очередь. Вопрос о влиянии излучения мобильных телефонов в частности, а техногенных излучений в более широком аспекте вообще на человеческий организм как биологическую гиперкомплексную систему теперь исключительно актуален и имеет выраженный коммерческий оттенок. Если выпущенное на рынок устройство генерирует вредные для организма электромагнитные колебания, то оно, несомненно, должно быть запрещено и производитель, естественно, понесет значительные финансовые потери. Вся проблема заключается в адекватном определении вредности для биоформы того или иного излучения, причем этот фактор имеет несколько составных частей. Из них можно выделить частотную, амплитудную и фазовую.
Под частотной проблемой понимается анализ вредности (или полезности) того или иного спектра электромагнитного излучения. Суть в том, что формирование любого биологического организма в среде обитания происходит не в условиях его полной изоляции от окружающего мира, а наоборот, в рамках полного и максимально глубокого контакта. В течение миллионов лет существования органическая жизнь на планете развивалась в условиях воздействия естественных электромагнитных полей и не только хорошо к ним приспособилась, но и не может без них существовать. Поэтому изоляция живого организма от этих излучений, являющихся неотъемлемой частью среды обитания, принесет только вред. Главный вопрос в том, какие излучения являются для человека полезными, а какие, наоборот, вредными. Например, солнечное излучение, согласно общему мнению, является весьма полезным, если не считать периоды активного Солнца и наличие озоновых дыр в атмосфере. А как быть с искусственным излучением в соляриях ультрафиолетовых ламп, дающих совершенно иной спектр излучения, но с сильным присутствием ультрафиолетовой компоненты. Целенаправленно они практически не проверялись на негативность последействия — дают хороший загар и замечательно, а какие могут возникнуть последствия – продавцов этих услуг особо не интересует. Необходимо провести обследование организма (и не одного, а как минимум контрольной группы, разного возраста, разных типов кожи и т.д.) до искусственного загорания, во время его и после. Нереальность такого исследования совершенно очевидна, тем более, что владельцам косметических кабинетов это не только абсолютно не нужно, но и может оказаться крайне вредным. Аналогичная ситуация возникает при эксплуатации любого прибора, генерирующего электромагнитные колебания того или иного спектра.
Феномен слабых и сверхслабых воздействий на биологические и физические системы
Многочисленными исследованиями установлены интереснейшие факты, связанные со слабыми и сверхслабыми воздействиями различной природы на разнообразные физические и биологические объекты и процессы. Несмотря на то, что интенсивность этих воздействий исключительно мала, факты такого влияния однозначно зафиксированы для самых различных типов воздействий и разнообразных физических систем. Эта проблема получила название «проблема КТ» в связи с тем, что во многих случаях мощность или интенсивность воздействия на систему заведомо меньше (иногда на порядок) энергии фононов — тепловых колебаний атомов, определяемых как произведение постоянной Больцмана (К) на среднюю температуру системы Т. Подобное воздействие, меньше уровня теплового шума, на первый взгляд, никакого результата на систему оказывать не в состоянии. Однако экспериментальные данные утверждают совершенно иное.
При изучении влияния импульсных магнитных полей (ИМП) на конденсируемые среды установлено, что кратковременное воздействие слабых ИМП вызывает долговременное изменение структуры и физических свойств широкого класса немагнитных материалов, причем наблюдается запаздывание проявления эффектов после окончания воздействия и долговременный немонотонный характер кинетики этих процессов. Например, под воздействием очень слабого ИМП с амплитудой порядка 0,015 Тл на модельный полимер меняются температура плавления, энергия активации и температура кристаллизации, причем не сразу, а через 25 часов после снятия воздействия и остаются неизменными в течение 1500 часов!
Были получены аналогичные результаты по воздействию слабых ИМП (0,4 Тл) на плоскопараллельные пластины монокристаллического кремния. Установлено, что кратковременное воздействие ИМП приводит к долговременным немонотонным изменениям, на сей раз топологии поверхности. Зафиксированные изменения достигают максимума в районе 150 – 200 часов после снятия воздействия. Похожие эффекты наблюдаются в высокотемпературных сверхпроводниках и пленках борида циркония, нанесенных на стальную подложку. Строгого объяснения эти факты пока не имеют, и хотя очевидно, что мы имеем дело с одним и тем же физическим механизмом, для каждого конкретного случая обычно подбирается более или менее удобоприемлемое объяснение.
Аналогичные по сути явления наблюдались и в биологических системах. В обзоре по магнитобиологии отмечается, что хотя магнитобиология развивается уже порядка 20 лет, до сих пор отсутствует теория и общие физические концепции, нет даже предсказательных теоретических моделей. Магнитобиология изучает, в основном, биологические реакции и механизм действия очень слабых (менее 1 мТл) магнитных полей. Предполагается, что для биологических систем действия таких полей лежат ниже порога включения защитных биологических механизмов и способны накапливаться на субклеточном уровне — уровне генетических процессов. При этом делаются предположения об информационном характере действия слабых физико-химических факторов на биологические системы, полагая, что такие системы находятся в состоянии весьма далеком от равновесия, и достаточно слабого воздействия, чтобы система прошла точку бифуркации, реализовав биологическое усиление слабого сигнала магнитного поля. Вопрос о том, почему тепловые флуктуации, величина которых на десять порядков превосходит квант энергии магнитного поля, не разрушают магнитобиологический эффект, связывают с идеей когерентного воздействия внешнего фактора на фоне некогерентного теплового шума. Тогда за счет пространственной когерентности можно раскачать систему осцилляторов и высвободить квант энергии коллективного возбуждения, хотя и по этому поводу существуют различные воззрения.
В общем представлении диссипативный резонанс — это явление нарастания колебаний под действием внешних периодических сил за счет образования в системе структуры порядка. Это частный случай более общего класса процессов самоорганизации в диссипативных структурах, отличительной особенностью которого является квазипериодический характер изменения некоторых параметров системы. Диссипативный резонанс является принципиально новым классом физических явлений резонансного типа. Одна из его характерных особенностей — отсутствие какой-либо выделенной резонансной частоты, поскольку система обладает способностью «настраиваться» на произвольную внешнюю частоту, при этом время нарастания колебаний определяется не временем установления колебаний, а именно временем настройки системы (временем возникновения структуры порядка). Однако явление диссипативного резонанса представляет собой лишь один из возможных кооперативных механизмов воздействия электромагнитных полей низкой интенсивности на биологические и физико-химические системы.
Явление стохастического резонанса было обнаружено примерно двадцать лет назад и получило название стохастической фильтрации. Было установлено, что наличие источников шума в нелинейных динамических системах может индуцировать принципиально новые режимы функционирования, которые не могут быть реализованы в отсутствие шумов. Оказалось, что шум в таких системах может играть конструктивную роль, вызывая рост степени порядка. Эффект стохастического резонанса определяет группу явлений, при которых отклик нелинейной системы на слабый внешний сигнал заметно усиливается с ростом интенсивности шума в системе. Эффект стохастического резонанса представляет собой фундаментальное общее физическое явление, которому присущи общие фундаментальные свойства, проявляющиеся в увеличении степени порядка в выходном сигнале при оптимальном уровне шума.
Есть основания полагать, что в процессе жизнедеятельности живые организмы приспособились использовать неустранимый внутренний шум и шум окружающей среды для оптимального выделения полезной информации, т.е. той составляющей, о которой мы упоминали выше.
При воздействии периодическим сигналом на стохастические системы имеет место стохастическая синхронизация, т.е. может происходить захват системой частоты внешнего сигнала и появляется возможность управлять параметрами системы, находящейся в состоянии стохастической нелинейной динамики, может иметь место также синхронизация слабым внешним периодическим сигналом ансамбля стохастических резонаторов. Этот случай особенно важен для исследования биологических систем. Новое обстоятельство связано с тем, что роль шумового колебания, необходимого для реализации стохастического резонанса, выполняет внутренний шум биологической системы.
Структурный каркас кристаллической решетки можно представить как некую упорядоченную периодическую полевую структуру. Впервые эту мысль высказал Эрвин Шредингер – «Я склонен рассматривать все строение кристаллической решетки как нечто весьма родственное стоячей волне де-Бройля. По-видимому, решетка и может трактоваться подобным образом; однако такая задача необыкновенно сложна вследствие очень сильного взаимодействия между этими волнами». Для эффективного воздействия на такую структуру необходимо обеспечить информационное подобие топологии или структуры поля воздействующего агента и структуры кристаллической матрицы. Таким достаточно универсальным агентом представляется соответствующим образом структурированное электромагнитное поле. Тогда весь процесс взаимодействия можно представить как взаимодействие полевых структур или волновых функций. На этом пути, однако, возникают громадные трудности. Для расчета структур даже небольших молекул необходимо оперировать с числом параметров порядка 105, что нереально и приходится прибегать к «химической и математической интуиции» и заниматься построением «догадок».
Воздействие электромагнитных полей на воду
Поскольку вода является существенным компонентом практически всех биологических объектов (человеческий организм на 62% состоит из воды), и ее, вследствие совершенно уникальных свойств, можно рассматривать как некий мостик между миром живой природы и, условно говоря, миром минералов, то исследователи провели работу по изучению взаимодействия ММ-полей с водой и водосодержащими объектами. Им удалось обнаружить, что вода обладает новым, до сих пор скрытым глубинным свойством — резонансно-волновым состоянием и что система «водная компонента биообъекта — резонансные электромагнитные ММ-волны» играет особую роль в природе. Молекулярные осцилляторы водной компоненты живого организма, самосинхронизируясь на резонансных частотах, могут представлять естественный внутренний источник и проводник резонансных ММ-волн. Система этих колебаний задает структуре биологической среды пространственную и временную организацию.
При исследовании воздействия постоянного магнитного поля на водные структуры был обнаружен эффект сверхслабой генерации резонансных КВЧ-волн водой и биотканями на частотах вблизи 25 и 50 ГГц, хотя на этих частотах без магнитного поля нет радиоотклика при КВЧ-воздействии. Оказалось также, что вода обладает длительной ориентационно-магнитной памятью. Воздействие переменного магнитного поля, в отличие от постоянного, может оказывать структурообразующее влияние на диэлектрические ассоциированные жидкости, провоцировать образование замкнутых или свернутых в спираль цепочек молекул. Пропусканием воды через переменное магнитное поле создаются условия для образования ассоциатов кольцевой (плоской или объемной) структуры, минимизирующих энергию взаимодействия с переменным во времени магнитным полем. Взаимодействие с переменным магнитным полем может осуществляться не только через электрические дипольные моменты молекул, но и за счет аксиального тороидного момента макромолекулярных ассоциатов, электрический дипольный момент которых в целом может быть равен нулю. В случае воды образование такого рода ассоциатов понижает эффективную диэлектрическую проницаемость.
Понимание структурных особенностей воды дало новый импульс к исследованию влияния на ее свойства слабых воздействий. Обнаружено влияние фонового излучения и геомагнитного поля. С учетом того, что вода как конденсированная среда представляет собой сложную пространственную молекулярную конфигурацию, гексагональные фрагменты которой обладают элементарными магнитными моментами, ортогональными их плоскостям, которые взаимно скомпенсированы, то можно прийти к выводу, что вместе с неорганическими ионами водный матрикс образует самоорганизующуюся, упорядоченную фрактальную структуру.
Согласно исследованиям, проведенным в Центре традиционных методов диагностики и лечения МЗ РФ, среднее значение изменения проводимости воды при воздействии излучения мобильного телефона 5-10 мкА.
Мы считаем, что организующее воздействие на водные структуры оказывают только те электромагнитные поля (даже и чрезвычайно слабые), которые высокоорганизованы и информационно структурированы. Если в случае мощных воздействий можно ожидать лишь грубое, силовое влияние на систему, то в области слабых и сверхслабых воздействий можно ожидать проявления неожиданных эффектов и феноменов, вследствие неоднозначности результатов внешнего воздействия на множество неразрушаемых функциональных степеней свободы объектов воздействия. Можно даже предположить, что если мощность воздействия возрастает, то его точность влияния и способность к структурным преобразованиям уменьшается, в результате чрезвычайно мощное воздействие неминуемо приведет систему к полному хаосу. Возникает вопрос, а за счет чего в процессе своей жизнедеятельности биологическому организму удается поддерживать столь высокий уровень организованности, откуда черпает он необходимые информационные ресурсы. С точки зрения физики одним из первых на этот вопрос попытался ответить основатель квантовой механики Эрвин Шредингер в своей книге «Что такое жизнь. Физический аспект живой клетки».
Отличие любого живого организма от мертвого или объекта неживой природы состоит в том, что биологический организм, являясь чрезвычайно открытой системой, питается, дышит, ассимилирует и обменивается энергией с окружающей средой. Поскольку в процессах метаболизма нет ничего мистического или эзотерического, то они должны увеличивать энтропию, но поскольку этого не происходит на протяжении длительного периода, значит, живому организму удается как-то избавляться от избытков энтропии, эффективно извлекая из окружающей среды отрицательную энтропию. Неуклюжее понятие отрицательная энтропия Шредингер предложил заменить более изящным – энтропия, взятая с отрицательным знаком, есть сама по себе мера упорядоченности. Теперь просто процитируем великого физика.
Исходя из изложенной концепции Шредингера, можно сделать много интересных предположений. Первое из них – геофизическое электромагнитное поле играет огромную позитивную роль в обеспечении жизнедеятельности биологических организмов, поскольку взаимодействие его с организмом приводит к уменьшению энтропии, а следовательно, к повышению структурной сложности организма, степени его упорядоченности. Если электромагнитное поле соответствующим образом информационно структурировано и гармонично, т.е. когерентно упорядочено, то взаимодействие организма с таким полем является чрезвычайно полезным и благотворным. Адаптация особенно важна, когда субформы биологического организма (а они без сомнения являются объектами весьма упорядоченными) входят в резонансное взаимодействие с другими носителями упорядоченных структур, в том числе и с электромагнитным полем, поскольку при резонансном взаимодействии встречный обмен энергией и информацией происходит при максимально благоприятных условиях. Если электромагнитное поле уже адекватно структурировано и дифференцировано, то такой обмен еще более облегчается. Но носителями упорядоченных структур могут быть не только чисто волновые поля. В неживой природе имеются объекты, обладающие высочайшей степенью структурной организации. Это, во-первых, кристаллы, во-вторых, чистые и совершенные металлы, обладающие кристаллической структурой, в принципе равноценной природным кристаллам. С давних времен известно, что контакт между совершенным кристаллом и биологическим организмом приводит к резонансному взаимодействию между ними и повышению структурного совершенства организма. Естественно, чем более совершенен кристалл, тем более благотворным для организма является взаимодействие. Однако необходимо заметить, что вследствие развития нанотехнологий появились структуры, по своему совершенству и структурной упорядоченности намного превосходящие природные кристаллы.
С точки зрения Шредингера любая упорядоченная материальная структура создает периодическое поле электромагнитной природы и этим же полем поддерживается. В результате наиболее адекватным агентом внешнего воздействия будет также электромагнитное поле. Для управления процессом саморегуляции любой системы наиболее перспективным представляется ее резонансное взаимодействие с воздействующим фактором — в нашем случае — со специально организованным периодическим фрактальным электромагнитным полем. Такое взаимодействие, включая резонанс частоты колебания поля и структуры живой или неживой материи, будет способствовать процессу перестройки в направлении стабилизации и совершенствования ее периодичности (устранения дефектов) при минимальных затратах энергии. В силу принципа фрактальности резонансное взаимодействие возможно не только при размерном совпадении структур поля и объекта, но и при их кратном масштабном подобии. Для эффективного резонансного взаимодействия прежде всего следует обеспечить точность достижения условий резонанса, а не интенсивность воздействующего на вещество поля.