<<< Титульный

<<<  Назад

Далее >>>

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

     Только к середине ХХ века, общество наконец-то осознало, что независимость его от  природы  –  иллюзия,  а   законы природы одинаковы для всех живых организмов, включая человека. Разрушение природных систем, обезвоживание и опустынивание колоссальных территорий, массовый перепромысел многих видов животных и растений, возрастающее вовлечение сырья и энергоносителей в производственную сферу и адекватный по массе их возврат (в виде отходов) в природные системы привели к ухудшению качества природной среды, к несоответствию ее параметров экологическим требованиям человеческого организма. Человек, как и любой другой биологический вид, имеет, свою, только ему присущую, экологическую нишу, т.е. совокупность требований к множеству экологических факторов, выработанную в процессе эволюции. Условное пространство, в котором локализована ниша человека (т.е.  место, где режимы факторов не выходят за пределы унаследованной толерантности), и так-то весьма ограничено, а в настоящее время начало катастрофически сжиматься. В условиях больших городов (промышленных предприятий) многие факторы (шум, вибрация, температура, электромагнитные поля, примеси ряда веществ в воздухе и воде и др.) находятся периодически или постоянно за пределами толерантности человеческого организма. Кроме того, поступающие в воду, почву, атмосферу, а также попадающие в пищу химические соединения (рассеянные «отходы» производства) также являются экологическими факторами, а следовательно, элементами экологической ниши. По отношению к ним устойчивость человеческого организма мала, и такие вещества оказываются лимитирующими факторами, разрушающими нишу. Как ни странно, но уже даже в вузовских учебниках в курсах экологии и охраны окружающей среды основное правило охраны природы с экологических позиций звучит так: «Охрана природы (и окружающей среды) состоит в системе мероприятий по сохранению экологических ниш живых организмов, включая человека». Заметим, ЧЕЛОВЕКА!!! Сегодня даже студенты уже понимают неизбежность той катастрофы, к которой идет наше общество, да и человечество в целом. Очень неплохо, чтобы это поняли и все другие категории граждан.  Лишь один пример, анализ структуры заболеваемости населения Санкт-Петербурга показывает, что 95% всех заболеваний у населения так или иначе связаны с ухудшением качества окружающей среды и многими социальными вопросами, которые тоже, как ни странно являются экологическими факторами (это всевозможные болезни органов дыхания 30-60%, болезни кожи 10-40%, болезни нервной системы 10-20% и др.; колебания параметров вызваны различными показателями заболеваемости по районам города). Тогда как только 5% приходится на другие классы болезней, такие как болезни крови, новообразования, врожденные аномалии и др. (См. Горелик Д.О и др. ЭС «Мониторинг», Экологический атлас Санкт-Петербурга). Между тем, если с природными экологическими факторами все вроде бы понятно, человечество выработало к ним всевозможные защитные механизмы и научилось приспосабливаться, то антропогенные факторы вызывают все возрастающую тревогу. В основном они и повинны в резком сжатии, в настоящее время, экологической ниши человека, это они поставили цивилизацию уже за грань выживания. Поэтому, изучение динамики трансформации экологической ниши человека от экологических факторов было выбрано как первое и основное Научное направление экологического раздела международной Программы «Сохранение генофонда человека» МАИСУ. Попыток построения математической модели экологической ниши человека в поле действия  множества факторов предпринималось много, однако они в основном носили  частный характер, что было обусловлено видимо тем, что их авторы специализировались в достаточно узком круге вопросов решаемой проблемы. Впервые, в общем виде, она была наконец построена проф. А.Г.Рябининым в 1999г.

     Мы уже отмечали, что с точки зрения экологии любое возмущение окружающей человека среды приводит к изменению уровня многих экологических факторов (давления, температуры, уровня радиоактивности и т.д.), причем величина этих уровней может заходить далеко за пределы устойчивого существования человека в многофакторном поле. Контуры пространства устойчивого существования человека можно охарактеризовать интервалами  предельно-допустимых значений для природных факторов, внутри которых расположена «точка комфортности», а для техногенных факторов, имеющих однонаправленное угнетающее действие, величиной предельно-допустимых значений  (ПДЗ). Например, интервал по влажности можно принять 50-100% с комфортной точкой 75%, а величину ПДЗ по уровню радиоактивного фактора – 0.5р/ч. Примем следующие допущения:

-         кратковременное пребывание человека в условиях, значительно отличающихся от комфортных, может не вызвать заметных последствий за пределами ошибки измерений;

-         люди разного возраста имеют различный предел сопротивления воздействию внешнего раздражителя, увеличивающийся к зрелому возрасту;

-         будем различать два типа внешних факторов: природные (Ф_j), имеющие экстремальное значение (точку наибольшей комфортности) и техногенные (f_i), действие которых всегда носит однонаправленный угнетающий характер;

-         чем шире область допустимых значений факторов, тем слабее влияние отклонений их значений от комфортных.

     К природным факторам можно отнести химический состав атмосферного воздуха, его температуру и влажность,  атмосферное давление,  интенсивность космического излучения и солнечной радиации и др. К техногенным факторам – запыленность рабочих и жилых помещений, уровень шума, стесненность жизненного пространства (особенно в больших городах), уровень напряженности электромагнитных полей от технических устройств, уровень радиации и т.д. Эпидемические заболевания, как фактор воздействия на человека, имеют однонаправленное действие и тем самым «условно» должны быть отнесены к факторам типа  (f_i).

НОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

     Введем нормы для техногенных факторов (f_i) и свяжем эти нормы с величиной ПДЗ, соответствующей данному фактору. Обозначим норму через  (f_iПДЗ), тогда безразмерная величина этого фактора будет (`f_i ) = (f_i)/ (f_iПДЗ). Введем норму для параметра оптимизации (G), понимая под ним относительную величину запаса жизнедеятельности, т.е. продолжительность активной жизнедеятельности человека (Т_g), отнесенную к величине продолжительности жизнедеятельности человека в комфортных условиях <(Т_g)>. Откуда  (G)= (Т_g)/<(Т_g)>. Физиологи оценивают величину <(Т_g)> в 100-120 лет. В России средняя продолжительность жизни оценивается 55-60 лет. Тогда нормированный параметр жизнедеятельности будет меняться в пределах от 0 до 1.

     Эпидемические заболевания, как фактор воздействия на человека, имеющий однонаправленное воздействие тоже может быть нормирован. В качестве нормы для эпидемических факторов можно принять стационарный фон этих болезней, соответствующий средней во времени активности Солнца (при числах Вольфа лежащим в пределах W=35¸45). По гриппу этот «фон» составляет величину порядка 1.3% от общего количества населения, по возвратному тифу – 0.75%, по холере – 0.25%. Тогда действие космического фактора, нормированного по изложенной выше схеме, будет (`f_w )=W/W_ср .

СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

     В соответствии с вероятностью сложного события, состоящего из совмещенного множества независимых событий, можно описать функционал (G)= (Т_g)/<(Т_g)> выражением:

                                                                        _{m                    n}

                            G =  ехр [ - S А (f_i) ] П (Y_j)                                                     (1)    

                                                 i               j

где А (f_i) – функция техногенных факторов f_i :  

                                        А (f_i) = a_i `f_i² = a_i (f_i/ f_iПДЗ)²                                                (2)

При этом,  (a_i) имеет смысл весового коэффициента (интенсивность воздействия и 

зависит от времени действия фактора (t), возраста человека (в), запаса прочности или степени натренированности (К), генетических аспектов {N }:

                           a_i = C/U где   C= a_i^m {N }[1-ехр(-t/t_i)]                                   (3)

                                                   U= К-(К-1) ехр[-(в/вз)²]

где (вз) – возраст зрелого человека (для мужчин принято полагать, что (вз)=30 лет);  (t_i) – период адаптации к новым условиям (время  релаксации).

 Y_j   - функция природных факторов Ф_j и имеет вид:

                       Y_j = {1-  b_j [F_j  - ( a_{j +} b_j)/ 2 ]² /  [(b_{j -}  a_j)/ 2]² }²                                     (4)

При этом параметр b_j  соответственно запишется как:

                              b_j  =1-ехр(-t/t_j),                                                                       (5)

где (t_j) – период адаптации к новым условиям,  т.е. время релаксации. Причем выражение для   (t_j ) и  (t_i )  однотипны по форме и имеют вид:               

                             (t_i ) =  t_i^(m) {К-(К-1) ехр[-(в/вз)²]}                                        (6)

                             (t_j ) =  t_j^(m) {К-(К-1) ехр[-(в/вз)²]}                                        (7)

где t_i^(m) и  t_j^(m) – периоды адаптации человека в детском возрасте. В первом приближении можно полагать t_i^(m) = t_j^(m) = 1суткам. Параметр (К), названный запасом прочности, может быть оценен по времени активной деятельности ребенка и взрослого. Известно, что ребенок дошкольного и младшего школьного возраста может активно работать 2 часа в течение суток, взрослый – 10 часов. Отсюда запас прочности К@10/2=5.

     Положим, что величина  (a_i^m/К) определяется точностью измерений параметров жизнедеятельности человека и внешней среды (около 5%). Тогда можно положить

(a_i^m/К) = 0.05 и выражение для   a_i   запишется как

                         a_i = 0.05 [1-ехр(-t/t_i)]/{1-[(К-1)/К] ехр[-(в/вз)²]}                    (8)

При значительном времени пребывания человека в некомфортных условиях следует полагать ( t >> t_i ), тогда

                             a_i = 0.05 {1-[(К-1)/К] ехр[-(в/вз)²]}^-1   ;    b_j = 1                   (9)

В поле действия трех определяющих факторов – температуры (Q) в пределах от –30 до +70⁰С, влажности (W) в пределах от 50 до 100% и количества кислорода (О₂) в атмосферном воздухе в пределах от 10 до 30% экологическая поверхность будет описываться уравнением

                              G=[1-(Q-20)²/2500]² [1-( W-75)²/625]² [1-(О₂-20)²/100]²    (10)

<<< Титульный

<<<  Назад

Далее >>>