Лекции по "Безпека життєдіяльності"

3.5. Організація життєзабезпечення населення в надзвичайних ситуаціях                                     

3.1. Складові  природного середовища та їх  характеристика

Середовищем життєдіяльності  людини є оточуюча нас природа  у всіх її проявах. Географічна оболонка Землі складається з атмосфери, гідросфери, біосфери і літосфери. Головна властивість географічної оболонки - це постійний обмін речовиною й енергією не тільки між компонентами оболонки, але і між оболонкою і космосом.

Атмосфера ( від грецького "атмос" - повітря ) - захисна оболонка Землі є основою життя, визначає окисні процеси живої і неживої матерії, охороняє від різких добових перепадів температури (які могли б досягти 150-200°С ), захищає від шкідливих сонячних і космічних випромінювань. Атмосфера має шарувату будівлю і складається з: тропосфери, стратосфери, іоносфери, екзосфери. Шари ці не мають чітких границь.

Тропосфера - нижній, найбільш щільний шар повітря, висотою 10-15 км, становить 80% маси атмосфери. Особливість тропосфери — температура зменшується зі збільшенням висоти над Землею. У тропосфері формується погода; дощ, сніг, вітер і т.п. Тропосфера за хімічним вкладом відноситься до азотно-кисневого типу: 78,09 % азоту; 20,94 % кисню; 0,93 % інертних газів; 0,03 %  діоксіду вуглецю (CO₂).

Стратосфера розташована над тропосферою до висоти 40 км. Її особливістю є постійність температури (не залежить від висоти), але життєдіяльність в ній людини без захисного костюма неможлива. У стратосфері знаходиться озоновий шар (О₃) у дуже розрідженому стані. Якщо б усю кількість озону зібрати при тиску 760 мм рт. ст. і температурі 20° С, то товщина цього прошарку склала б всього 2,5-3 мм. Озон поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання і затримує 20% інфрачервоного випромінювання Землі (зберігає тепло) і тим самим охороняє життя на Землі.

Іоносфера розташована до висоти 1300 км, характеризується підвищеною іонізацією молекул газу, (іон - заряджена частка: атом, позбавлений одного електрона, чи атом із зайвим електроном). Іоносфера захищає все живе від впливу космічної радіації, впливає на поглинання чи відбиття космічних хвиль.

Екзосфера поширюється до висоти 10 тисяч кілометрів і характеризується розрідженістю речовини, близької до міжпланетного простору.

     Гідросфера - водяна оболонка Землі, поєднує усі вільні води: океанів, морів, рік, озер, гірських і полярних льодовиків, підземну, ґрунтову й атмосферну вологу. Гідросфера займає 71% поверхні Землі, внутрішні водоймища – 5%.

Загальна кількість  води - 1,5 млрд. км³, чи 0,001 маси планети. 97% - це води морів і океанів, 2% - води льодовиків і менш 1% приходиться на підземні і ґрунтові води. Водяна оболонка Землі ніде не переривається в межах літосфери, атмосфери і біосфери.

За  ступенем  мінералізації  води можна розділити на: прісні зі вмістом солей до 1 г/л; солонуваті –1-25 г/л; солоні – 26-50 г/л; розсоли – більше 50 г/л.

Прісної води усього на Землі 0,35% від загальної її кількості. Ще 1,65% прісної води знаходиться в льодовиках.

Вода впливає на основні  геологічні процеси, визначає клімат, регулює ритм термодинамічних процесів, збуджених енергією Сонця. Вода - це своєрідний мінерал, що забезпечує існування живих організмів і розвиток процесів життєдіяльності на Землі.

Живі організми містять  у середньому більше 60% води. При втраті живим організмом 10-20% води настає його смерть.

Зв'язані між собою  складові частини гідросфери, обмінюючись і взаємодіючи, оновлюються, і природа як би відновлює свою рівновагу. Атмосферні води оновлюються за 10 діб; у поточних ріках відновлення відбувається за 12 діб, в океанах - за 3000 років, у підземних водах - за 5000 років, у льодовиках - за 8000 років. Круговорот самоочисної води - це вічний рух, що забезпечує життя на Землі.

Біосфера ("сфера життя") – це оболонка Землі, у якій виникла й існує життя. Біосфера історично древня, шарувата, багатокомпонентна, саморегулююча структурна оболонка планети, створена впливом живої речовини (рослин, тварин, мікроорганізмів) з неживою матерією (природою), яка визначила склад атмосфери, осадових порід, ґрунти і гідросфери.

Біосфера - це гігантський акумулятор і унікальний трансформатор променистої енергії Сонця. Основним джерелом енергії є енергія Сонця, однак на фотосинтез рослинами (моря, океанів, суші) використовується тільки 0,5% сумарної сонячної радіації, що падає на земну поверхню. 30% енергії Сонця відразу відбивається атмосферою в космічний простір, 8% - відбивається пилом, зваженого в атмосфері і трохи більш 10% поглинається водяною парою, киснем і ін. газами атмосфери.

За даними вчених, за рік  рослинний світ засвоює 22 х 10¹¹ т СО₂, і запасає 4 х 10¹⁷ ккал сонячної енергії, що у сто разів більше, ніж виробляється всіма електростанціями світу.

За рахунок фотосинтезу весь кисень атмосфери оновляється за 2000 років, а СО₂ - через кожні 300 років.

Найголовнішою рухомою  силою в біосфері є енергія сонця і енергія внутрішнього тепла Землі з урахуванням радіоактивного розпаду елементів.

Щорічна продуктивність (кількість біомаси) рослинного світу  складає 177 млрд. т . З них 122 млрд. т виробляє рослинність суші, 55 млрд. т – рослинність моря. Енергетична місткість біомаси складає близько 2,3 · 10²¹ Дж.

Один грам бактерій містить понад 600 млрд. організмів. При наявності живильних речовин і безперешкодному розмноженні потомство однієї бактерії за 5 діб здатне заповнити весь світовий океан.

Організми біосфери об’єднуються на трьох рівнях: популяції, співтовариства, екосистеми.

Популяція - це група осіб будь-якого виду організмів. Співтовариство - це всі популяції, що займають визначену площу. Біологічні співтовариства разом з компонентами природного комплексу утворюють екосистеми - первинні структури біосфери.

Верхньою границею біосфери є озоновий шар стратосфери. Нижня  границя біосфери проходить у літосфері на глибині 4,5 км, в океані на глибині 11 км.

Сонячна енергія характеризується щільністю світлового потоку, який досягає земної атмосфери і визначається  як сонячна  константа  R = 1352 Вт/м². Одиниця площі всієї поверхні атмосфери отримує в середньому ¼ сонячної константи. Близько 56 % R йде на випаровування води. Під час конденсації вологи 44 % цього тепла витрачається на нагрівання повітря, води, ґрунту. Менше 1 %  сумарної радіації вилучається при фотохімічних реакціях в нижніх прошарках атмосфери, верхніх прошарках води і в клітинах рослин. Головна складова цих фотохімічних реакцій – фотосинтез.

Основне призначення  біосфери полягає не в постачанні людини їжі і кисню повітря, а в підтримці планетарної рівноваги на Землі.

Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи. Діяльність останніх визначають зворотні зв’язки, що йдуть від продуцентів.

Продуценти або автотрофи  – це організми, що створюють органічну речовину з рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини (їх близько 350 тис. видів, за масою становлять 2,4 · 10¹² т).

Консументи або гетеротрофи  – це організми, що створюють органічну речовину за рахунок харчування продуцентами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки і паразити, а також рослини та гриби-хижаки. Їх близько 1,5 млн., за масою – близько 2,3 · 10¹⁰ т.

Редуценти – мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуктів і консументів до сполук: води, вуглекислого газу і мінеральних солей. Взагалі їх нараховується 75 тис. видів, а сумарна маса дорівнює 1,8· 10⁸ т.

Літосфера (літос в грецькій мові - камінь) - верхній, кам'яний, твердий шар Землі, що складається з осадових порід. Осадові породи — речовина, що утворилася в результаті розкладання продуктів життєдіяльності організмів і самих організмів. Нижньою границею літосфери є поверхня Мохоровича (на рівнинах - 30-40 км, у морях, океанах – 3 - 5 км, у горах - 50 км ), нижче якої лежать гранітний і базальтовий шари.

Усі природні тіла, компоненти, що людина використовує для задоволення  своїх потреб у процесі життєдіяльності, називаються природними ресурсами.

Природні ресурси умовно розподіляють на наступні групи:

– планетарні, космічні;

– водяні;

– ґрунтові, рослинні, фауністичні, кліматичні;

– копалини;

– атомні.

Сучасний період існування  людства характеризується масштабним і не завжди раціональним використанням  природних ресурсів.

3.2 Гігієнічна характеристика чинників природного середовища

Природне  середовище характеризується наступними гігієнічними чинниками:

- сонячна радіація;

- повітря;

- прісна вода;

- ґрунти. 

Розглянемо ці чинники в представленої  послідовності.

Сонячна радіація в значної мірі визначає обмін речовин в організмі людини і, внаслідок цього, суттєво впливає на здоров’я і працездатність людини. При цьому найважливіша роль належить ультрафіолетовому спектру випромінювання. В межах від 180 до 275 нм ультрафіолетове випромінювання спроможне пошкоджувати біологічну тканину і знищувати мікроорганізми. До поверхні Землі вони не доходять. Їх поглинають молекули озону, які знаходяться в стратосфері. До поверхні Землі доходять хвилі довжиною понад 290 нм. Їх присутність дуже важлива тому, що вони забезпечують природну санацію повітря, води і ґрунту.

Організм людини реагує як на недостачу, так і на надлишок ультрафіолетових променів. Нестача їх впливає на нервову систему, кровотворення і знижує працездатність і стійкість до застудних хвороб. Надлишок погіршує здоров’я і особливо уражує очі. Діапазон хвиль від 320 до 400 нм викладає ерітемно-засмаглу дію.

Хвилі у межах 400 – 760 нм  мають загальнобіологічне значення і забезпечують видимо світло. Значимість останнього у тому, що продуктивність праці людини найбільша при природному освітленні. Воно нормується для кожного виду робіт.

Хвилі довжиною від 760 до 25000 нм відносяться  до інфрачервоного випромінювання. Вони викликають теплову дію і в разі великої інтенсивності можуть привести до перегріву організму і сонячному удару.

Повітря характеризується температурою, вологістю, швидкістю руху повітря, атмосферним тиском, електричним станом, хімічним і бактеріологічним складом та наявністю аерозолів.

Температура оказує суттєвий вплив  на швидкість біологічних реакцій. Згідно з дослідженнями Вант-Гоффа швидкість усіх хімічних реакцій зростає з підвищенням температури. Вона визначається температурним коефіцієнтом, який можна представити у вигляді

                                          ,

де  – температурний коефіцієнт;

, – відповідно швидкості хімічних реакцій при температурі Т і Т+10.

Фізичний смисл температурного коефіцієнта полягає у тому, що він показує у скільки разів підвищується швидкість хімічних реакцій при підвищенні температури на 10 °С. Його значення знаходиться в межах 2-4 для хімічних реакцій абіотичного характеру.

В організмі людини підтримується  постійна температура. Збереження теплового гомеостазу в організмі здійснюється в результаті розпаду білків, жирів, вуглеводів та постійним теплообміном з повітрям, тобто за рахунок хімічної та фізичної терморегуляції. Інтенсивність теплообміну залежить від температури повітря. З її підвищенням до 35 °С втрата тепла організмом здійснюється шляхом випаровування поту.

Взагалі в стані спокою організм втрачає тепло шляхом конвекції, випромінювання та випаровування відповідно до 15, 56 і 29 % тепла.

Атмосферний тиск визначають величиною тиску повітря, що діє на людей. На рівні моря він дорівнює 1,01·10⁵ Па. Дія тиску на людину в навколишньому середовищі у звичайних умовах врівноважується силами, прикладеними у зворотному напрямі: тиском в клітинах та тканинах організму. Типові зміни атмосферного тиску в (0,5-1,3) ·10⁵ Па не оказують на людини негативного впливу. Підвищений атмосферний тиск зменшує частоту пульсу та дихання, погіршує слух і у разі високого тиску визиває ознаки наркотичної дії азоту: збудження, неможливість зосередження, погіршення пам’яті, порушення координації руху. При тискові 10 кПа можлива втрата свідомості. З підвищенням тиску повітря зростає кількість розчинних в організмі газів, що входять до складу повітря, особливо азоту. З крові азот переходить у тканини та розчиняється в жирах. Під час різкого переходу від високого зовнішнього тиску до нормального азот, що надходить з тканин у кров, може не встигнути виділитись через легені і в крові можливе утворення бульбашок газу. При цьому виникає загроза газової емболії – декомпресійної хвороби. Наявність азоту може привести до важких розладів центральної нервової системи (параліч, порушення мови). У важких випадках у разі потрапляння емболів в коронарні судини серця або судини може настати смерть. 

Під час роботи людини в горах, або в процесі повітряних польотів організм перебуває в умовах дії зниженого значення тиску, внаслідок чого може розвинутись висотна хвороба, яка відзначається втомлюваністю, апатією, сонливістю, м’язовою слабкістю, нудотою, підвищенням частоти дихання, кровотечею з носа, горла та кишок, втратою свідомості.

Найчастіше всього зміна  тиску є джерелом ураганів, повеней, сніжних бур тощо. Різке підвищення тиску - це  звичайний вибух, який викликає травму, більш 100 КПа - смертельне ураження.