Биологические аспекты взаимодействия человека со средой обитания»

Человек постоянно испытывает на себе влияние факторов окружающей среды. Их многообразие условно можно подразделить на две большие группы: природные и социальные.

 

 

Природные факторы. Сюда относятся факторы живой и неживой природы. В соответствии с этим различают биотические и абиотические факторы. К абиотическим факторам среды относят воздушную среду, атмосферное давление, световое излучение, магнитные поля, температуру окружающей среды, метеопогодные факторы и т. п. Человек адаптировался к различным климатогеографическим условиям. Он приспособился к циклическим изменениям в природе: к смене дня и ночи, времен года. К биотическим факторам относят все многообразие животного и растительного мира, включая возбудителей болезней. Как правило, на человека действует комплекс природных факторов. Так, сезонные факторы включают в себя изменения освещенности, температуры, влажности и т. п.

 

Социальные факторы. Социальные факторы в жизни современного человека весьма разнообразны. В последнее время большое значение приобрели антропогенные факторы, особенно загрязнение почвы, воздушной и водной среды. Традиционно социальными факторами считаются различные виды трудовой деятельности, условия жизни в городе и селе. Технический прогресс характерен тем, что изменяется соотношение физического и умственного труда, а значит, и комплекс сопровождающих их факторов. Освоение труднодоступных районов, богатых полезными ископаемыми, глубоководные погружения, полеты в космос – все перечисленное сопряжено с экстремальными воздействиями на организм. Это может быть влияние высоких и низких температур, шумов, вибраций, изменение газовой среды и барометрического давления, действие измененной гравитации – перегрузок или невесомости. Вместе с тем и обычная трудовая деятельность в нормальных условиях, включая учебный процесс, также требует адаптации к ней организма.    

              С точки зрения экологии человечество можно рассмотреть как общемировую популяцию биологического вида, составную часть экосистемы Земли. Но сегодня каждому понятно, что вид это особый, существенно отличающийся от всех других обитателей планеты. Только на основе глубокого и всестороннего понимания взаимосвязей человечества и природы возможно разумное и оптимальное их регулирование, чтобы не допустить их кризиса и саморазрушения, обеспечить устойчивое развитие природы и общества, сохранить целостность общеземной экосистемы.

 Биологическая природа человека проявляется в присущем всему живому стремлении сохранить и продолжить свою жизнь во времени и пространстве через размножение, обеспечить максимум безопасности и комфорта. Эти естественные устремления достигаются через постоянные взаимодействия человечества со средой обитания . Все люди потребляют пищу и выделяют продукты физиологического обмена, защищаются от врагов и стараются избежать других опасностей, участвуют в конкурентной борьбе за жизненные ресурсы и содействуют развитию полезных для себя видам. В этом заключается основное экологическое сходство человечества с популяциями всех других биологических видов.

Экологические отличия человечества от популяций иных видов проявляются в степени развития многих экологических связей и в особенностях форм их реализации. Суммарно эти различия наиболее отчётливо выражены в интенсивности и масштабах влияния человечества на окружающую среду.

 Как и популяция любого другого вида, человечество оказывает определённое воздействие на среду своей жизни, в свою очередь испытывая ответное её сопротивление и ответное действие. Но давление человечества несоизмеримо по своей мощи и скорости её нарастания с влиянием на окружающую среду других видов. По своим размаху оно сейчас существенно превосходит сопротивление среды, подавляет его на значительной части планеты. В отчётливом дисбалансе сил давления человечества на среду и ответного её сопротивления заключается одно из самых существенных экологических своеобразий человека как вида.

Экологическое сходство человека с другими видами объясняется его биологическим эволюционным происхождением, принадлежностью к миру живой природы, где действуют биологические законы. А экологические его отличия определяются принадлежностью прежде всего к человеческому обществу, где действуют законы общественные, т.е. социальные. Эта двойственность присуща только человеку, который является единственным на всей нашей планете биосоциальным видом.

 

Социальные аспекты взаимодействия человека со средой обитания»

Социальная экология изучает процессы, протекающие на уровне ноосферы. С возникновением новых проблем возникли и новые частные науки (социология, радиационная экология, экологическое образование, инженерная экология, космическая экология и др.). Особое положение занимает экология человека, изучающая современное положение современного человечества в глобальных экосистемах.

Любое взаимодействие человека со средой обитания потенциально опасно. Ее справедливость можно проследить на всех этапах развития системы «человек-среда обитания». Так, на ранних стадиях своего развития (система «человек-ПС»), когда отсутствовали технические средства, человек испытывал значительные воздействия опасных и вредных факторов естественного происхождения (например, повышенная и пониженная температура воздуха, атмосферные осадки, грозовые разряды, контакты с дикими животными и т.п.). Сейчас, (система «человек-техносфера») к естественный прибавились много численные факторы антропогенного происхождения (например, шум, повышенная концентрация токсичных веществ в воздухе, водоемах и почве, ионизирующие излучения, электромагнитное поле и др.). Эта аксиома также предопределяет, что все действия человека и все компоненты среды обитания (прежде всего ТС и технологии) кроме позитивных свойств и результатов обладают способностью генерировать опасные и вредные факторы. При этом любое позитивное действие неизбежно сопровождается возникновением новой потенциальной опасности или даже группы опасностей (например, при применении электрической, атомной или лазерной энергий; автомобилей, тепловозов или самолетов).

 

В результате взаимодействия человека со средой обитания наблюдаются: 1) рост числа травмируемых и погибших, как на производстве, так и в быту; 2) сокращение продолжительности жизни, особенно среди мужчин; 3) возрастание материального ущерба, как на производства, так и в быту и (или) ПС.

 

Хозяйственная деятельность человека также связана с получением огромных отходов (в России и развивающихся странах из 40 кг сырья только 10 кг превращаются в полезную продукцию), которые загрязняют атмосферу, гидросферу и литосферу, что, конечно, нарушает устойчивое развитие как природных, так и искусственных экосистем. Кроме того, человек взаимодействует со средой обитания посредством той или иной машины, которая может иметь свои какие-то опасные и вредные факторы. Последние при определенных условиях могут воздействовать как на человека, так и среду его обитания. А неконтролируемый выход энергии, ошибочные и несанкционированные действия человека и различные стихийные явления в природе могут стать причиной возникновения и развитая ЧС как антропогенного, так и природного характера. Эти ситуации характеризуются своими опасными и вредными факторами, которые сильно воздействуют как на человека, так и на ОНХ и ПС. Они являются первичными негативными факторами, которые, как правило, вызывают возникновение вторичных и третичных факторов на ОНХ и прилегающей местности. Последние имеют значительный энергетический уровень и более мощно действуют на человека и среду его обитания.

 

Таким образом, в процессе взаимодействия человека со средой обитания налицо сложная многоуровневая система «человек-среда обитания-машина-ЧС», каждый уровень которой несет свои опасные и вредные Факторы соответствующего энергетического уровня. Об этом должен помнить будущий специалист и обеспечивать оптимальное взаимодействие человека со средой обитания.

Раздел 1. ЧЕЛОВЕК И СРЕДА ОБИТАНИЯ

 

1.1. Физиология труда и комфортные условия жизнедеятельности

 

Классификация основных форм деятельности человека. Физический и умственный труд. Тяжесть и напряженность труда. Статические и динамические усилия. Мышечная работа. Методы оценки тяжести труда. Энергетические затраты человека при различных видах деятельности.

 

Аксиома о взаимосвязи показателей комфортности с видами деятельности человека. Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных и непроизводственных помещений. Влияние отклонений параметров производственного микроклимата от нормативных значений на производительность труда и состояние здоровья, профессиональные заболевания. Адаптация и акклиматизация в условиях перегревания и охлаждения. Повышенное и пониженное атмосферное давление, их действие на организм человека, профилактика, травматизм.

 

Эргономика и инженерная психология. Рациональная организация рабочего места, техническая эстетика, требования к производственным помещениям. Режимы труда и отдыха, основные пути снижения утомления и монотонности труда , труд женщин и подростков.

 

1.2. Обеспечение комфортных условий жизнедеятельности

 

Потребность в чистом наружном воздухе для обеспечения требуемого качества воздуха в помещениях.

 

Системы обеспечения параметров микроклимата и состава воздуха: отопление, вентиляция, кондиционирование, их устройство и требования к ним. Контроль параметров микроклимата.

 

Освещение. Требования к системам освещения. Естественное и искусственное освещение. Светильники, источники света. Расчет освещения. Заболевания и травматизм при несоблюдении требования к освещению. Контроль освещения.

 

1.3. Негативные факторы в системе "человек - среда обитания"

 

Источники и уровни различных видов опасностей естественного, антропогенного и техногенного происхождения, их эволюция. Отходы и неконтролируемый выход энергии как основные причины негативного воздействия на человека и среду обитания. Закон о неустранимости отходов и побочных воздействий производства.

 

Классификация негативных факторов: естественные, антропогенные и техногенные, физические, химические, биологические, психофизические; травмирующие и вредные зоны. Вероятность (риск) и уровни воздействия негативных факторов. Критерии безопасности. Аксиома о зонах и времени действия опасностей.

 

Техносфера как зона действия опасностей повышенных и высоких уровней. Демографический взрыв, урбанизация, научно-техническая революция - причины формирования техносферы. Виды техносферных зон и регионов: производственная сфера, промышленная зона, регион, городская, селитебная, транспортная и бытовая среда. Тенденции к росту энергетических уровней в современных регионах и зонах техносферы.

 

Виды, источники и уровни негативных факторов производственной среды: запыленность и загазованность воздуха, вибрации, акустические колебания; электромагнитные поля и излучения; ионизирующие излучения; движущиеся машины и механизмы; высота, падающие предметы, производственные яды, смазочно-охлаждающие жидкости; повышенная или пониженная температура воздуха, повышенная влажность и скорость воздуха; неправильная организация освещения, недостаток кислорода в зоне

 

деятельности; физические и нервно-психические перегрузки; умственное перенапряжение; эмоциональные перегрузки.

 

Виды и масштабы негативного воздействия объектов экономики на промышленные и селитебные зоны, на природную среду: выбросы и сбросы, твердые и жидкие отходы, энергетические поля и излучения, выбросы теплоты. Уровни первичных загрязнений атмосферного воздуха, гидросферы, почвы и литосферы объектами энергетики, промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Взаимодействие и трансформация загрязнений в среде обитания. Образование смога, кислотных дождей, разрушение озонового слоя, снижение плодородия почвы и качества продуктов питания, разрушение технических сооружений и т.п. Аксиома об одновременности воздействия техногенных опасностей на человека, природную среду и техносферу.

 

Источники и уровни негативных факторов бытовой среды. Взаимосвязь состояния бытовой среды с комплексом негативных факторов производственной и городской среды.

 

Причины техногенных аварий и катастроф. Взрывы, пожары и другие чрезвычайные негативные воздействия на человека и среду обитания. Первичные и вторичные негативные воздействия в чрезвычайных ситуациях, масштабы воздействия.

 

1.4. Воздействие негативных факторов на человека и среду обитания

 

Структурно-функциональные системы восприятия и компенсации организмом человека изменений факторов среды обитания. Особенности структурно-функциональной организации человека. Естественные системы человека для защиты от негативных воздействий. Характеристика нервной системы. Условные и безусловные рефлексы. Характеристики анализаторов: кожный анализатор, осязание, ощущение боли, температурная чувствительность, мышечное чувство, восприятие вкуса, обоняние, слух, зрение. Время реакции человека к действию раздражителей. Допустимое воздействие вредных факторов на человека и среду обитания. Принципы определения допустимых воздействий вредных факторов.

 

Вредные вещества, классификация, агрегатное состояние, пути поступления в организм человека, распределение и превращение вредного вещества, действие вредных веществ и чувствительность к ним. Комбинированное действие вредных веществ. Нормирование содержания вредных веществ: предельно-допустимые максимально разовые, среднесменные, среднесуточные концентрации. Концентрации, вызывающие гибель живых организмов. Хронические отравления, профессиональные и бытовые заболевания при действии токсинов.

 

Негативное воздействие вредных веществ на среду обитания. Допустимые уровни воздействия вредных веществ на гидросферу, почву, животных и растительность, конструкционные и строительные материалы.

 

Механические колебания. Виды вибраций и их воздействие на человека. Нормирование вибраций, вибрационная болезнь.

 

Акустические колебания. Постоянный и непостоянный шум. Действие шума на человека. Аудиометрия. Инфразвук, возможные уровни. Ультразвук, контактное и акустическое действие ультразвука. Нормирование акустического воздействия. Профессиональные заболевания от воздействия шума, инфразвука и ультразвука. Опасность их совместного воздействия.

    Ударная волна, особенности ее прямого и косвенного воздействия на человека. Воздействие ударной волны на человека, сооружения, технику, природную среду.

 

Электромагнитные поля. Воздействие на человека статических электрических и магнитных полей, электромагнитных полей промышленной частоты, электромагнитных полей радиочастот. Воздействие УКВ и СВЧ излучений на органы зрения, кожный покров, центральную нервную систему, состав крови и состояние эндокринной системы. Нормирование электромагнитных полей. Действие ИК-излучения на организм человека. Особенности электромагнитного импульса ядерного взрыва. Действие широкополосного светового излучения больших энергий на организм человека. Ориентировочно безопасный уровень. Действие УФ-излучения. Нормирование. Профессиональные заболевания, травмы. Негативные последствия.

 

Ионизирующие излучения. Внешнее и внутреннее облучение. Их действие на организм человека. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная дозы, керма. Сравнительная оценка естественных и антропогенных излучений. Категории облучаемых лиц и групп критических органов. Допустимые уровни для отдельных нуклидов и их смеси. Допустимые уровни для внешнего излучения, загрязнение кожных покровов и поверхностей. Нормы радиационной безопасности. Лучевая болезнь, другие заболевания. Отдаленные последствия. Воздействие ионизирующих излучений на среду обитания.

 

Электрический ток. Воздействие электрического тока на человека, напряжение прикосновения, шаговое напряжение, неотпускающий ток, ток фибрилляции. Влияние параметров цепи и состояния организма человека на исход поражения электрическим током.

 

      Сочетанное действие негативных факторов. Воздействие вредных веществ и физических факторов; электромагнитных излучений и теплоты; электромагнитных и ионизирующих излучений.

 

Региональный комплекс естественных антропогенных и техногенных негативных факторов - причина экологического и демографического кризиса в регионах.

 

 Литература

 1 Прохоров Б.Б. Экология человека: Понятийно-терминологический словарь. М.: Изд-во МНЭПУ, 1999.

2.Прохоров Б.Б. Экология человека: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальностям 013100 «Экология» и 013600 «Геоэкология» / Б.Б. Прохоров. М.: Академия, 2003.

3.Экологический энциклопедический словарь. М.: Издательский дом «Ноосфера», 2002.

4.Экология человека: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по экол. специальностям / Под. ред. Б.Б. Прохорова. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001.

 

5. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов средних профессиональных учебных заведений/ С.В.Белов, В.А.Девисилов, А.Ф.Козьяков и др. Под общ. ред. С.В.Белова.- М.: Высшая школа, НМК СПО, 2000.- 343 с.

 

2. Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. М.: Медицина, 1988.-576с.

 

3. Охрана труда в машиностроении. Учебник под ред. Юдина Е.Я. и Белова С.В. М.: Машиностроение, 1983.- 432с.

 

4. Охрана окружающей среды. Учебник под ред. С.В.Белова. М.: Высшая школа, 1991.- 307с.

 

5. Гражданская оборона. Учебник для втузов. В.Г.Атаманюк, Л.Г.Ширшев, Н.И.Акимов. М.: Высшая школа, 1989.

 

6. Майоров А.В., Мостаков Г.К., Шибанов Г.П. Безопасность функционирования автоматизированных объектов. М.: Машиностроение, 1988.-264с.

 

7. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): Учебное пособие для вузов /П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Е.А. Подгорных и др. - М.: Высшая школа, 1999.-318 с.

 

8. Хенли Э.Дж., Кумасото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984.- 528с.

Эволюция и общая экология

 

Почему так поздно сформировалась, так долго формировалась и так стремительно начала развиваться общая экология? История ее отражает процесс развития жизни и цивилизации на Земле. Чтобы лучше понять это, осуществим краткий экскурс в Эволюцию жизни на Земле. Следы жизни обнаружены в самых древних горных породах, которые сформировались около 3 миллиардов лет назад. Именно тогда жили на нашей планете организмы, чьи следы запечатлены в этих породах. Эти организмы были чрезвычайно примитивными, они были одноклеточными или колониальными, не имели скелета и размножались простым делением клеток надвое, в клетках их не было сформированного ядра. Даже наружный скелет - твердый панцирь клеток - у них отсутствовал, поэтому в геологической летописи планеты сохранилось так мало следов той древнейшей жизни.

 

Эволюция живых организмов вначале привела к появлению живых существ с обособленным клеточным ядром и внутриклеточными органоидами - рибосомами, митохондриями и др. Для них уже было характерно бесполое и половое размножение. Доказано, что миллиард лет назад такие организмы на нашей планете населяли океан.

 

Примерно 600-700 миллионов лет назад появились первые позвоночные животные – рыбы, обитавшие в мировом океане и морях. Царство растений тогда было представлено многочисленными водорослями, как одноклеточными, так и многоклеточными, образующими, как и теперь, настоящие подводные леса на мелководьях.

 

Выход живых существ на сушу сдерживался тем, что в атмосфере Земли, вплоть до кембрийского периода, было очень мало кислорода. Из-за этого у планеты отсутствовал озоновый слой (верхний слой атмосферы, состоящий из трехатомных молекул кислорода и отдельных атомов кислорода), который поглощает жесткое космическое излучение. Дело в том, что кванты жесткого электромагнитного излучения обладают очень высокой энергией и, ударяя в органические молекулы, легко их разрушают, поглощаясь при этом и не достигая поверхности планеты. Слой воды толщиной 2-3 м может поглощать кванты жесткого излучения не хуже озонового слоя. Именно поэтому на первых этапах эволюции жизнь была только в морях и океанах и не спешила выходить на сушу. В процессе поглощения электромагнитного излучения и фотосинтеза водорослей в гидросфере и атмосфере постепенно накапливался свободный кислород.

 

Примерно 500 миллионов лет назад живые организмы появились и на суше. На суше эволюция живых существ проходила более быстрыми темпами. Из животных сушу сначала завоевали членистоногие. Из позвоночных животных первыми на сушу выбрались двоякодышащие рыбы, от которых произошли земноводные. Земноводные в свою очередь дали начало пресмыкающимся, от которых произошли птицы и в меловом периоде - около 70 миллионов лет назад - млекопитающие. Человек относится к классу млекопитающих (отряд приматов, семейство гоминид – человекообразные).

 

Первые люди, согласно последним научным данным, обитали в Африке около 3 миллионов лет назад. Они ходили прямо на двух ногах, имели ступню, не отличающуюся от ступни современного человека, и довольно развитые руки с отстоящим, как у современного человека, большим пальцем; могли издавать членораздельные звуки, пользовались огнем и изготавливали примитивные орудия, разбивая камни и кости. По мере эволюции живых организмов увеличивалось биологическое разнообразие, интенсифицировался обмен веществ, совершенствовались механизмы размножения, усложнялось поведение животных и жизненные циклы растений. Одновременно удлинялись пищевые цепи, благодаря которым, однажды захваченные живыми существами из внешней среды атомы химических элементов и энергия, все дольше не возвращались во внешнюю среду.

Разумеется, по мере эволюции изменялась и среда обитания живых организмов, а также и скорость ее изменений. Содержание кислорода за последний миллиард лет в атмосфере выросло с 1% до 21%. При этом резко снизилось содержание в атмосфере Земли углекислого газа - до 0,3%. Ученые выяснили, что современный состав атмосферы Земли создан и поддерживается живыми организмами.

 

Баланс углекислого газа между атмосферой, океаном, почвой и живыми организмами поддерживается миллионами видов живых организмов. Если он нарушится, то содержание углекислоты в атмосфере резко возрастет, усилится так называемый парниковый эффект, и атмосфера Земли начнет разогреваться. Экосистемы Земли - это фабрики, которые поддерживают этот баланс. (Схема заимствована у Н.Ф.Реймерса)

 

 

Если на Земле не будет жизни, то состояние ее атмосферы довольно скоро, буквально за несколько сотен или тысяч лет, вернется к своему безкислородному состоянию. Ведь ни на Венере, ни на Марсе свободного кислорода в атмосферах практически нет. Зато очень много углекислого газа. Вероятно, такой когда-то была и атмосфера нашей планеты.

Таким образом, эволюция жизни на Земле - проблема не только биологическая, но и экологическая. Сегодня это понимают многие ученые, в том числе и палеонтологи, изучающие жизнь в отдаленные геологические эпохи. Человечество лишь в последние десятилетия начало всерьез осознавать важность для себя экологических проблем. Именно поэтому именно в наше время возникла потребность в общей экологии. Ведь вопрос стоит однозначно - быть или не быть на Земле технократической цивилизации.

 

Почему же столь важно и необходимо изучение природы на уровне экосистем? Потому-что, зная законы формирования и функционирования экосистем, можно предвидеть и предупредить их разрушение в результате воздействия на них негативных факторов, предусмотреть охранные мероприятия и в итоге сохранить среду обитания человека, как вида.

 

Многие процессы являются общими для всех уровней. Их характеристики, установленные для одного уровня (клеточного, организменного) могут быть высокоинформативными и для других уровней (популяционного, экосистемного) и точно также одни и те же области наук м.б. общими для всех уровней организации. Но при изучении их используются разные методы, разные подходы, разные единицы учета и измерения. Соответственно и в интерпретации полученной информации по каждому уровню есть свои особенности.