Реферат на тему «Влияние электромагнитных волн на живые организмы»

Введение

Жизнь на Земле с самого начала развивалась в потоке электромагнитных волн. Солнечный свет даёт энергию растениям, ультрафиолетовые лучи способны повредить ДНК, а инфракрасное излучение согревает всё живое. В XX веке к природным источникам добавились искусственные: радиостанции, телевизионные передатчики, радары, микроволновые печи, а в последние десятилетия вышки сотовой связи, роутеры Wi-Fi и сами мобильные телефоны, которые человек держит у головы. Поэтому вопрос о том, как электромагнитные волны действуют на живые организмы, стал волновать не только биологов и врачей, но и обычных людей.

Ответ на этот вопрос сильно зависит от того, о каких волнах идёт речь. Свет, радиоволны и рентгеновские лучи имеют одну природу, но различаются длиной волны в миллиарды раз, а вместе с ней и энергией, которую переносит каждый квант излучения. Одни волны лишь слегка нагревают ткани, другие запускают фотосинтез или выработку витамина D, третьи способны разрушать молекулы и вызывать мутации. Смешивать их в одно понятие «вредного излучения» неверно, и разговор о влиянии электромагнитных волн всегда нужно начинать с того, в каком диапазоне они лежат.

Весь набор электромагнитных волн, от самых длинных радиоволн до гамма-излучения, физики называют электромагнитным спектром или шкалой электромагнитных волн. Основные его диапазоны и их действие на живые организмы сведены в таблицу 1.

Таблица 1 — Шкала электромагнитных волн и их действие на организмы

Таблица показывает, что чем короче волна, тем сильнее и опаснее её действие на живую клетку. Радиоволны, микроволны и инфракрасное излучение в основном нагревают ткани, видимый свет и ближний ультрафиолет запускают химические реакции, а начиная с дальнего ультрафиолета излучение становится ионизирующим, то есть способным выбивать электроны из атомов и разрывать химические связи в молекулах. Отсюда и главная граница, которую проводят врачи и гигиенисты: между ионизирующим и неионизирующим излучением.

Реферат состоит из трёх глав. В первой рассматриваются природа электромагнитных волн и механизмы их действия на организмы, во второй действие разных диапазонов спектра на растения, животных и человека, а в третьей санитарные нормы и способы защиты. Материалом послужили учебники физики и биологии, материалы Всемирной организации здравоохранения и Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения, а также действующие санитарные правила.

Глава 1. Электромагнитные волны и механизмы их действия

1.1. Природа электромагнитных волн

Существование электромагнитных волн теоретически предсказал английский физик Джеймс Клерк Максвелл в 1860-х годах. Из его уравнений следовало, что переменное электрическое поле порождает магнитное, а переменное магнитное поле снова порождает электрическое, и эти поля, поддерживая друг друга, распространяются в пространстве со скоростью света. Отсюда Максвелл сделал смелый вывод, что и сам свет является электромагнитной волной. Экспериментально получить такие волны удалось немецкому физику Генриху Герцу в 1887–1888 годах, и уже через несколько лет на их основе появилось радио.

Электромагнитная волна характеризуется длиной, частотой и интенсивностью. Длина волны и частота связаны между собой: чем выше частота, тем короче волна. Мобильный телефон работает на частотах около одного или двух гигагерц, и длина его волны составляет от пятнадцати до тридцати сантиметров, микроволновая печь на частоте 2,45 гигагерца излучает волны длиной около двенадцати сантиметров, а у видимого света длина волны меньше микрометра. Интенсивность показывает, сколько энергии волна переносит через единицу площади за единицу времени, и именно от неё во многом зависит, будет ли действие излучения заметным.

Квантовая физика добавила к этой картине ещё одну важную деталь. Электромагнитное излучение испускается и поглощается порциями, квантами, или фотонами, и энергия каждого фотона пропорциональна частоте. Фотон радиоволны несёт в миллионы раз меньше энергии, чем фотон ультрафиолета, и потому не способен разорвать химическую связь, сколько бы таких фотонов ни упало на клетку. Именно поэтому радиоволны даже большой мощности не вызывают мутаций так, как это делают рентгеновские лучи, а их действие сводится прежде всего к нагреву.

1.2. Как волны действуют на живые ткани

Биологическое действие электромагнитных волн принято делить на тепловое и нетепловое. Тепловое действие хорошо изучено: вода и другие полярные молекулы в тканях под действием переменного поля начинают поворачиваться, трение между ними выделяет тепло, и ткань нагревается. На этом принципе работает микроволновая печь, а в медицине нагрев высокочастотным полем используют для прогревания тканей при физиотерапии. Особенно чувствительны к нагреву хрусталик глаза и семенники, где мало кровеносных сосудов и тепло плохо отводится, поэтому для работников с мощными радарами давно введены строгие правила безопасности.

С нетепловыми эффектами ситуация сложнее. Так называют возможные изменения в клетках, которые возникают при интенсивности излучения слишком малой, чтобы заметно нагреть ткань. В лабораторных опытах исследователи сообщали об изменениях проницаемости клеточных мембран, активности ферментов и поведения животных, однако многие из этих результатов не удалось надёжно повторить в других лабораториях. Всемирная организация здравоохранения после многолетнего обзора исследований пришла к выводу, что убедительных доказательств вреда от слабых радиочастотных полей, создаваемых базовыми станциями и бытовыми устройствами, пока нет, хотя исследования продолжаются.

В 2011 году Международное агентство по изучению рака отнесло радиочастотные электромагнитные поля к группе 2B, то есть к факторам, которые возможно канцерогенны для человека. В ту же группу входят, например, экстракт алоэ вера и маринованные овощи по азиатскому рецепту, и это решение означает лишь то, что данных недостаточно ни для того, чтобы доказать вред, ни для того, чтобы его исключить. Тем не менее гигиенисты во всех странах ограничивают уровни облучения населения с большим запасом. Допустимые уровни плотности потока энергии в России и по международным рекомендациям показаны на рисунке 1. Нормы выражены в микроваттах на квадратный сантиметр, то есть в той мощности излучения, которая приходится на площадку размером с ноготь.

Рисунок показывает, что российский норматив для населения в десятки раз строже международных рекомендаций. Такое различие объясняется разными подходами: Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения устанавливает пределы исходя из доказанного теплового действия с пятидесятикратным запасом, а советская и российская гигиена традиционно учитывала и возможные нетепловые эффекты. На практике это означает, что вышки сотовой связи в России проектируют так, чтобы в жилых помещениях и на улице уровень излучения оставался намного ниже всех этих пределов.

Живые организмы не только испытывают действие электромагнитных волн, но и сами научились использовать их. Растения улавливают свет хлорофиллом и другими пигментами, змеи из семейства ямкоголовых видят инфракрасное излучение тёплой добычи, акулы чувствуют слабые электрические поля других рыб, а перелётные птицы, по современным данным, ориентируются по магнитному полю Земли с помощью особых белков в сетчатке глаза. О том, как разные диапазоны спектра действуют на растения, животных и человека, подробнее рассказывает вторая глава.