Воздействие ЭМИ на окружающую среду

Основными очагами атмосфериков являются континенты тропического пояса, а к высоким широтам интенсивность грозовой деятельности убывает.

Известна суточная и сезонная периодичность грозовой деятельности. Грозовая деятельность связана также  с солнечной активностью: во время  вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.

 
Радиоизлучения  Солнца и галактик

Частотный диапазон радиоизлучения Солнца и галактик довольно широк  – от 10 МГц до 10 ГГц. Интенсивность  солнечного радиоизлучения напрямую связано  с солнечной активностью. Поток  радиоизлучений из галактик на частоте 100 МГц составляет по порядку величины Вт/м2/ МГц.

Интенсивность этих радиоизлучений изменяется с суточной периодичностью, что связано с вращением Земли  относительно источников излучений. Кроме  того, радиоизлучения изменяются по интенсивности  с периодичностью 27-28 дней, связанной  с вращением Солнца, и, наконец, с 11-летней периодичностью солнечной  активности.[11]

 
Геомагнитное  поле

Земля обладает магнитным  полем, неоднородным по своей структуре  и динамическим свойствам. По классификации  Б.М.Яновского[1], геомагнитное поле является суммой нескольких полей:

– Поля, создаваемого однородной намагниченностью земного шара.

– Поля, создаваемого неоднородностью  глубоких слоев земного шара, материкового поля.

– Поля, обусловленного различной  намагниченностью верхних частей коры, аномального поля.

– Поля, источник которого находится  вне Земли, внешнего поля.

– Поля вариаций, вызванного причинами, лежащими вне Земли.

Геомагнитное поле может  искажаться, при этом возникают аномалии:

– Материковые, площадь которых сопоставима с континентами.

– Региональные, занимающие площадь в десятки или сотни  квадратных километров.

– Локальные – возникают там, где магнитные породы залегают у поверхности Земли.

Геомагнитное поле состоит  из постоянного и переменного  полей. Переменное геомагнитное поле может  изменяться – это спокойные и  возмущенные вариации, амплитуды  и фазы которых изменяются в течение  суток и на протяжении года в зависимости  от солнечной активности; это геомагнитные пульсации – электромагнитные волны  очень низкой частоты, наблюдающиеся  на поверхности Земли. Следовательно, магнитное поле Земли находится  в непрестанном изменении, сложность  которого отражают изменения различных  параметров. Вопрос о биологической  значимости геомагнитного поля дискуссионен. Исследования показали, что колебания функционально-динамических параметров живых организмов не случайны, а упорядочены. Сравнительный анализ обнаружил наличие синхронности и синфазности самых разнообразных проявлений жизнедеятельности в биосфере. [4]

 
1.2.4 Электрическое  поле Земли

В атмосфере Земли существует электрическое поле (ЕЗ), направленное вертикально к земной поверхности  так, что эта поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы  – положительно. Напряжённость этого поля зависит от географической широты: она максимальна в средних широтах, а к экватору и полюсам убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли ЕЗ убывает примерно по экспоненциальному закону (около 5 В/м на высоте 9 км).[9]

Величина ЕЗ испытывает периодические  годовые и суточные изменения. Суточные изменения носят как общепланетарный, так и местный характер. Над  различными по широте областями океана и в полярных областях суточное изменение  Ез происходит по единому универсальному времени и называется унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Над остальными областями суши суточное изменение Ез связано ещё и с местной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости от времени года. [13]

 
Характеристика  антропогенных источников ЭМП

Антропогенные источники  ЭМП можно разделить на следующие  группы:

– системы производства, передачи, распределения и потребления  электроэнергии постоянного и переменного  тока (0-3 кГц): электростанции, линии  электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, системы электроснабжения, бытовые приборы

– транспорт на электроприводе (0-3 кГц) : железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт - метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл.

– функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 - 300 кГц), средних частот (0,3 - 3 МГц), высоких частот (3 - 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 - 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т. п. [5]

 
Системы производства, передачи, распределения и потребления  электроэнергии постоянного и переменного  тока

1) Линии электропередачи.

Провода работающей линии  электропередачи (ЛЭП) создают в  прилегающем пространстве электрическое  и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает  десятков метров.

Дальность распространение  электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс  напряжения стоит в названии - например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы линии электропередачи.

Дальность распространения  магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может  неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи  на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля - 1 кВ/м.

К размещению воздушных линий  ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.[20]

2) Бытовые электроприборы.

Наиболее мощными следует  признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой "без инея", кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа.

Все ниже приведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц.

Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью  прибора - чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м.[20]

 
1.3.2 Функциональные  передатчики

1) Радары. Радиолокационные  системы работают на частотах  от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные  системы могут работать на  частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин - излучение, 30 мин - пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд.[21]

Радары метрологические  могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирование ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м2.

Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование  остронаправленных антенн кругового  обзора приводит к значительному  увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона  и создает на местности зоны большой  протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные  условия отмечаются в жилых районах  городов, в черте которых размещаются  аэропорты: Иркутск, Сочи, Сыктывкар, Ростов-на-Дону и ряд других

2) Сотовая связь. Основными  элементами системы сотовой связи  являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают  радиосвязь с мобильными радиотелефонами,  вследствие чего БС и МРТ  являются источниками электромагнитного  излучения в УВЧ диапазоне.

Важной особенностью системы  сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого  для работы системы радиочастотного  спектра (многократное использование  одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что  делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется  принцип деления некоторой территории на зоны, или "соты", радиусом обычно 0,5–10 километров.

Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами  и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию  в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.[20]

БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых  телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для  разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически  равна нулю.

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости  от стандарта телефона, передача ведется  в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной  переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи "мобильный радиотелефон – базовая станция", т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

Вопрос о воздействии  излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными  разных стран, включая Россию, на биологических  объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека "откликается" на наличие излучения сотового телефона.[21]

3) Спутниковая связь. Системы  спутниковой связи состоят из  приемопередающей станции на  Земле и спутника, находящегося  на орбите. Диаграмма направленности  антенны станций спутниковой  связи имеет ярко выраженной  узконаправленный основной луч  - главный лепесток. Плотность потока  энергии (ППЭ) в главном лепестке  диаграммы направленности может  достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м2. Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.[9]

4) Теле- и радиостанции. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно  условно разделить на две части.

Первая часть зоны - это  собственно территория ПРЦ, где размещены  все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это  территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны - это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.

Расположение ПРЦ может  быть различным, например, в Москве и московском регионе характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. [21]

Высокие уровни ЭМП наблюдаются  на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты. Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует  о ее крайней сложности, связанной  с индивидуальным характером интенсивности  и распределения ЭМП для каждого  радиоцентра. В связи с этим специальные  исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.