2.2. Закон толерантности, опасные и чрезвычайно опасные воздействия.

Американский зоолог В. Шелфорд в начале XX в. сфор­мулировал закон толерантности, который гласит: «Лими­тирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к задан­ному фактору» (рис. 2.1).

Толерантность — способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума жиз­ненного потенциала) и зоны допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятель­ности, а зоны с большими отклонениями фактора от опти­мума называются зонами угнетения. Пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых существование организма невозможно (это — зона гибели).

Проиллюстрируем сказанное.

Пример 2.1. В естественных условиях на поверхности Земли темпе­ратура атмосферного воздуха изменяется от -88 до +60 °С, в то время как температура внутренних органов человека за счет терморегуляции его организма сохраняется комфортной, близкой к 37 °С. При выполнении тяже­лых работ и высокой температуре окружающего воздуха температура тела может повышаться на 1—2 °С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, —н43 °С, минимальная — +25 °С.

Температура воздуха в рабочих и жилых помещениях, на улицах и в при­родных условиях существенно влияет на состояние организма человека, изменяя его жизненный потенциал. При низких температурах нам холодно, при высоких — жарко. При температуре воздуха более 30 °С работоспособ­ность человека значительно падает.

Установлено, что на жизненный потенциал человека влияет зависи­мость комфортных температур окружающей среды от категории тяжести выполняемых им работ (легкая, средняя, тяжелая), периода года и некото­рых других параметров микроклимата. Так, для человека, выполняющего легкую работу, комфортная температура (зона 1 на рис. 2.1) летом состав­ляет 23—25 °С, зимой — 22—24 °С; для человека, занимающегося тяжелым физическим трудом, летом — 18—20 "С, зимой — 16—18 °С.

На рис. 2.2 показана зависимость жизненного потенциала человека от изменения температуры окружающего его воздуха при длительном 1 выполнении легких работ.

Отклонения температуры среды от комфортных значений на ± 2—5 °С (зона // на рис. 2.2) считаются допустимыми, поскольку не оказывают влияние на здоровье человека, а лишь уменьшают производительность его дея­тельности.

Дальнейшие отклонения температуры окружающего воздуха от допус­тимых значений (зона III на рис. 2.2) сопровождаются тяжелыми воздей­ствиями на организм человека и ухудшением его здоровья (нарушение дыхания, сердечной деятельности и др.).

При еще больших отклонениях температур окружающего воздуха от допустимых значений (зона IV на рис. 2.2) возможен перегрев (гипер­термия) или переохлаждение (гипотермия) организма человека, а также получение им тепловых или Холодовых травм.

Необходимо отметить, что классическая кривая Шелфорда имеет отношение только к природным факторам воздейст­вия (например, температура окружающей среды). Факторы, полностью чуждые организму, могут иметь зону комфортно­сти вблизи нуля интенсивности и только один максимальный предел воздействия. Это хорошо иллюстрирует процесс влия­ния акустических колебаний на организм человека.

Пример 2.2. Интенсивность/акустических колебаний в атмосферном воздухе (интенсивность звука) зависит от мощности Р,.Вт, источника звука, расстояния R от источника до объекта воздействия (человека) и свойств среды (воздуха), в которой эти колебания распространяются. В этом слу­чае /= (Р• Ф)/ (я/?² • К) [Вт/м²], где Ф — фактор направленности излуче­ния звука; К — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на раз­личных препятствиях; в воздухе К = 1 при расстояниях до 50 м и отсутст­вии препятствий.

Уровень звука обычно выражают в дБ и определяют по формуле L = 10 lg (/До), где /₀ = 10~¹² Вт/м², который называют порогом слыши­мости.

Реальные уровни звука в местах возможного пребывания человека могут изменяться в весьма широких пределах от 0 до 160 дБ и сопровождаются широкой гаммой ответных реакций организма человека (рис. 2.3).

При уровнях звука до 20 дБ человек чувствует себя комфортно (точка 1 на рис. 2.3), не реагируя негативно на наличие звуков в окружающей его среде; уровни звука до 50 дБ (точка 2 на рис. 2.3) не влияют на здоровье

Жизненный потенциал, %

человека, занимающегося интеллектуальной деятельностью, а у людей, связанных с физическим трудом, верхняя граница может быть расширена до 80 дБ (точка 2' на рис. 2.3). Эти значения уровня звука (точки 2 и 2") соот­ветствуют предельно допустимым условиям воздействия звука на человека в процессе его деятельности.

Дальнейший рост уровня звука свыше 85 дБ при длительных его экс­позициях (до нескольких лет) может приводить к тугоухости, а при уров­нях звука 140 дБ (точка .3 на рис. 2.3) и выше возможно травмирование человека из-за разрыва барабанных перепонок или контузии. При уровнях 160 дБ (точка 4 на рис. 2.3) может наступить смерть человека.

Из рассмотренного следует, что изменяя потоки в среде обитания, можно получить ряд характерных видов воздей­ствия потоков на человека:

— комфортное (оптимальное), когда потоки соответст­вуют оптимальным условиям воздействия: создают опти­мальные условия деятельности и отдыха; предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и как следст­вие максимальной продуктивности деятельности; гаранти­руют сохранение здоровья человека и целостности компонент среды обитания;

— допустимое, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здо­ровье, но приводят к дискомфорту, снижая эффективность деятельности человека. Соблюдение условий допустимого воз­действия гарантирует невозможность возникновения и разви­тия необратимых негативных процессов у человека и в среде обитания;'

— опасное, когда потоки превышают допустимые уровни и оказывают негативное воздействие на здоровье человека, вызывая при длительном воздействии заболевания, и (или) приводят к деградации среды обитания;

— чрезвычайно опасное, когда потоки высоких уров­ней за короткий период времени могут нанести травму, при­вести человека к летальному исходу, вызвать разрушения в среде обитания. Гибель организма происходит при значе­ниях фактора воздействия, лежащих вне зоны толерантно­сти, ее можно рассматривать как процесс распада организма на простые системы.

На основании изложенного выше можно сформулировать аксиому о воздействии среды обитания на человека в виде: «Воздействие среды обитания на человека может быть позитивным или негативным, характер воздействия определяют параметры потоков веществ, энергий и информации».

Отметим, что применительно к любому живому телу аксиому о воздействии среды обитания на него следует форму­лировать в виде: «Воздействие среды обитания на живое тело может быть позитивным или негативным, характер воздей­ствия определяют параметры потоков и способность живого тела воспринимать эти потоки».

Из четырех характерных видов воздействия среды оби­тания на человека первые два (комфортное и допустимое) соответствуют позитивным условиям повседневной жизне­деятельности, а два других (опасное и чрезвычайно опасное) являются недопустимыми для процессов жизнедеятельности человека, сохранения и развития среды обитания.

Для современного состояния совокупности систем «чело­век — техносфера» характерны два вида негативных ситуаций, связанных с воздействием опасностей на человека:

I ситуация — длительное воздействие постоянных или пере­менных опасностей ограниченной интенсивности в локаль­ных, региональных и глобальных зонах. Сюда относятся ситуации, связанные с длительным действием опасностей на производстве, в быту и в городе, а также действия гло­бальных опасностей (потепление климата, разрушение озо­нового слоя, кислотные дожди, повышение радиоактивного фона атмосферы);

II ситуация — кратковременные импульсные воздей­ствия опасностей высокой интенсивности в локальных и региональных зонах. Сюда относятся ситуации, связан­ные с техногенными авариями, катастрофами и стихий­ными бедствиями.

При анализе процесса воздействия опасностей следует учитывать следующее:

— аксиому об одновременном воздействии опасностей;

— наличие совокупного воздействия опасностей на объ­ект защиты.

Аксиома об одновременном воздействии опасностей

утверждает:

«Потоки вещества, энергии и информации, генерируемые их источниками, не обладают избирательностью по отно­шению к объектам защиты и одновременно воздействуют на человека, природную среду и техносферу, находящихся в зоне их влияния».

Из этой аксиомы следует, например, что вибрация любого здания одновременно воздействует на людей, строитель­ные материалы и конструкции, коммуникации и устрой­ства, находящиеся в нем. Результат воздействий вибрации одной интенсивности на все находящиеся в здании объекты может быть различным (опасным или неопасным) и полно­стью определяется способностью объекта защиты (человек, коммуникация и т.п.) к восприятию возникшей в этом зда­нии вибрации.

При оценке воздействия опасностей на объект защиты необходимо также учитывать, что любой объект воспринимает одновременно все потоки вещества, энергии и информации, поступающие в зону его пребывания в соответствии с аксио­мой о совокупном воздействии опасностей: «На любой объект защиты одновременно воздействуют все потоки, посту­пающие извне в зону его пребывания».