Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Об эффективности оценок влияния загрязнений городской среды на здоровье населения

ВАК РФ 03.00.29, Охрана живой природы

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Калабеков, Алан Лазаревич

Введение.

Глава 1. Экологический профиль Москвы. /

1.1. Физико-географические особенности территории Москвы./

1.2. Состояние атмосферы над Москвой.

1.3. Водные ресурсы и их состояние.

1.4. Загрязнение почвенного покрова.

1.5. Проблема загрязнения автотранспортом.

1.6. Структура и динамика заболеваемости населения Москвы.

Глава 2. Экологический профиль Юго-Восточного Административного Округа Москвы.$

2.1. Состояние атмосферы над ЮВАО.

2.2. Загрязнение поверхностных и грунтовых вод ЮВАО.?/

2.3. Загрязнение почвенного покрова ЮВАО.

Глава 3. Район "Капотня".

Глава 4. Исследование с учетом интегрального многообразия антропогенного загрязнения регионов.

4.1. Материал и метод.

4.2. Сопоставления состояния среды обитания в Москве в целом и ЮВАО.

4.3. Анализ динамики заболеваемости и прогнозы.

4.4. Корреляция динамики атмосферных поллютантов и заболеваемости населения.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Об эффективности оценок влияния загрязнений городской среды на здоровье населения"

Термин экология предложен в 1866 году Э.Геккелем для обозначения "общей науки об отношениях организмов к окружающей среде". В современной интерпретации понятием "экология" определяются: комплексная биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов, биогеоценозов и т.д.; наука, изучающая комплекс взаимоотношений организмов какой-либо таксономической группы со средой. В последнем случае выделяют аутоэкологию, изучающую действие различных (в т.ч. абиогенных) факторов окружающей среды на отдельные виды организмов, и синэкологию, изучающую взаимоотношения организмов и их совокупностей (Наумов, 1963; Одум, 1975, 1986; Риклефс, 1979; Андерсон, 1985).

Предыстория экологии восходит к трудам многих натуралистов и географов 18-19 веков. Существенный вклад в развитие экологии привнесен работами российских ученых К.Ф.Рулье (1852) и H.A. Северцова (1855). В конце 19 - начале 20 веков исследователи обращали главное внимание на то, как отдельные факторы (например, климатические) влияют на распространенность и динамику численности организмов. В это время формируются представления о сообществах (биоценозах) как о некоторых целостных совокупностях взаимосвязанных организмов. В 20-30 годы нашего столетия были сформулированы основные задачи изучения популяций и сообществ (Ч.Элтон), предложены математические модели изменений численности популяций и их взаимодействий (В.Вольтерра, А. Лотка), начались строгие количественные исследования превращения вещества и энергии живыми организмами в естественных условиях и в лабораторных экспериментах, были сформулированы такие понятия как "экосистема" (Ф. Тенсли, 1935) и "биогеоценоз" (В.Н. Сукачев, 1940), обобщающие представления о комплексности (непременной взаимосвязанности организмов различных таксономических групп между собой с окружающей живой и неживой природой) структуры и кооперативности реакций организменных ассоциаций на всякого рода воздействия (Новиков, 1980).

В середине текущего столетия стали очевидными не только для исследователей, но и для широких масс населения, проявления т.н. "экологического кризиса". В XX веке человеческая цивилизация полностью оформилась в техногенную цивилизацию, смысл существования которой заключается в производстве материальных ценностей, материальных благ для потребления и использования человеком. Экономические механизмы всех стран, интегрированные в мировую экономическую систему, работают в соответствии с принципами: "Больше производство, больше потребление"; "Сегодня больше, чем вчера, завтра больше, чем сегодня" (Аксенов, 1996). При этом все ресурсы планеты представляются неограниченными и существующими исключительно для удовлетворения разнообразных потребностей, запросов и прихотей человека.

Многократно возросшая на протяжении последнего столетия "производительная мощность" социума несомненно привела к процветанию человеческого рода (вопреки неоднократным кровавым столкновениям). Свидетельством тому является прогрессивный рост населения Планеты. В то же время, эта "мощность" потрясла мироустройство. Огромная масса Планеты буквально сотрясается мощью подземных ядерных взрывов. Твердь земная, традиционно сокрывавшая человеческие отходы, не способна "переработать" горы производящегося людьми мусора и тем более содержимого могильников химических и радиоактивных веществ. Воды, ранее без особого ущерба для своего качества смывавшие бытовые и технические нечистоты, ныне превратились в смердящие потоки, расползающиеся по поверхности Планеты, отравляющие все живое вдоль своих русел. Насыщенные пылью и гарью небеса потеряли голубизну; грозы окропляют землю растворами кислот и экзотических солей, а небесный свод все чаще становится гигантским излучателем отнюдь не благотворного, но обогащенного ультрафиолетовыми лучами света.

Вид Homo sapiens, наделенный чрезвычайным приспособительным преимуществом - способностью создавать условия для своего существования посредством производственной деятельности, - заняв доминирующее положение в Природе, к середине 20-го века качественно изменил, существенно сократил естественные ресурсы окружающей среды, обогатил множеством ранее не свойственных ей веществ, изменил исходные соотношения компонентов естественных сред, сдвинув таковые за пределы собственной, видовой экологической валентности, что, в свою очередь, нарушило нормальную жизнедеятельность человеческого организма. К середине 20-го века на планете Земля сложилась инфернальная ситуация, когда деятельность, направленная на обеспечение процветания человеческого рода, неизбежно губит человеческий организм.

В связи с остротой вставшей перед человечеством проблемой - по-существу, проблемой выживания вида, - резко возросла практическая значимость экологии, происходит "экологизация" многих естественных наук, устанавливается связь экологии с философией, социологией, этикой, эстетикой, юриспруденцией и т.д. и т.п. Экологический подход становится необходимым при решении производственных, научно-технических, демографических и других задач. "Экология" и "Охрана природы" (причем первое зачастую как синоним второго) становятся обязательными предметами в школах и высших учебных заведениях самого разного профиля. Понятие "экология" ( не совсем определенное по форме, но достаточно ясное по-существу, - как нечто подобное медицинскому принципу: "Не навреди") проникло и органически включилось в сознание широких масс населения.

Однако, несмотря на "экологическую" активность (т.е. осознанную в различной мере видоохранительную активность) ".стратегический замысел человечества, направленный на выживание, сохранение природной среды, еще не получил к настоящему времени должного научного обеспечения. Даже во "Всемирной стратегии охраны природы" нет доказательного ответа на вопросы: "Возможно ли развитие общества без катастрофических разрушений биосферы? Если да, то как?" (Брудный, Кавтарадзе, 1987, с. 11), хотя, нужно добавить, существуют заслуживающие самого пристального внимания попытки ответа на эти вопросы( см., например, Гусев, 1992, 1994,1997, Шеффер, 1997).

Предметом экологических исследований являются экологические системы (экосистемы) (Дювиньо, Танг, 1973; Экологические системы, 1981). Сложные открытые системы, к категории которых относятся экосистемы, способны, как правило, существовать в нескольких устойчивых состояниях. Переход от одного устойчивого состояния к другому должен сопровождаться выделением или поглощением энергии. Человеческий социум возможно рассматривать как гигантскую экосистему с доминирующим в силу беспрецедентной для живых существ адаптивной стратегией (производственной деятельностью) видом Homo sapiens, расселившимся во всех мыслимых географических ареалах. Самопроизвольность развития (т.е. существование истории социума) позволяет предполагать состояние такой экосистемы как структурно минимальное в соответствии с некоторым адекватным для такого рода систем энергетическим эквивалентом. Сложность организации такой экосистемы позволяет полагать существование иных, отличных по структуре, и "энергосодержанию" состояний.

Переход экосистемы-социума из первого существующего (настоящего, достигнутого в результате естественной эволюции общества) состояния к иному, более совершенному кажется вполне вероятным, но при условии сообщения системе некоторого специфического "эквивалента энергии" в форме, адекватной для систем такого уровня организации.

Системная модель такого рода, несмотря на свою общность, позволяет надеяться, что развитие общества возможно без катастрофических разрушений биосферы. Будущую модель системы-социума необходимо насытить конкретными сведениями об ее организации, определить спектр возможных состояний, выделить из этого множества такое состояние, структура которого позволяет сохранять неизменными оптимальные для нормальной жизнедеятельности человека параметры внешней среды. Очевидно, что для трансформации системы-социума будут необходимы существенные усилия и затраты (энергетический эквивалент изменения состояния).

Разработка и воплощение модели такого рода является задачей теоретической экологии. Практическая экология (охрана окружающей среды), опираясь на теоретические разработки, привлекая методы экомониторинга и эконормирования, призвана осуществлять (и осуществляет) предупредительные и нормализующие мероприятия, направленные на недопущение и ликвидацию нарушений в экосистемах, разрабатывает принципы рационального природопользования с минимально возможной на существующем уровне технологии деградацией среды обитания.

Естественно, что антропогенная трансформация природной среды, так же как проявления токсичности этой среды для живых объектов, в том числе и для человеческого организма, достигли максимального выражения в местах концентрации производственных процессов и высокой плотности населения, т.е. в городах и особенно в крупных промышленных центрах и мегаполисах. Соответственно, урбоэкология и охрана городской среды кажутся наиболее продвинутыми областями прикладной экологии. Однако, сиюминутные возможности природоохранной деятельности ограничены прежде всего чисто экономическими факторами (хотя, по-существу, затраты неизбежны, поскольку очевидна жесткая альтернатива: человечество либо должно "платить", либо вымирать); уровнем технологии производств и техническими возможностями экомониторинга и реабилитации окружающей среды. Помимо перечисленного, существенные коррективы эффективности природоохранной деятельности привносят неопределенность и непредсказуемость природы поллютанта, токсического для человеческого организма свойства поллютанта и собственно токсического эффекта поллютанта.

Если во времена Д. И. Менделеева было известно несколько сотен тысяч химических соединений, то к середине 40-х годов нашего столетия число таковых превысило миллион; сегодня их насчитывают около восьми миллионов. Окружающая среда непрерывно насыщается несвойственными для нее химическими соединениями - каждый год в окружающую среду поступает около 500 новых синтетических веществ. Это означает, что человечество непрерывно пребывает под "дамокловым мечом", невольно являясь тест-объектом и испытывая на себе меру токсичности множества вновь синтезированных химических соединений.

Экзотические химические соединения, так же как известные поллютанты, могут накапливаться в какой-либо из естественных сред и проявлять токсический для человеческого организма эффект только по достижении некоторой (пороговой) концентрации.

Нетоксичные для человека вещества, либо поллютанты в концентрации ниже токсической, могут включаться в естественный, либо экзотический (в деградированных средах) круговорот веществ, разрушаться с выделением определенно токсических компонентов, либо комплексоваться с элементами внешних сред, приобретая свойства токсичности и патогенности.

И, наконец, поллютанты могут обладать "запаздывающим" эффектом: не влияя существенно на непосредственно контактирующий с ними организм, могут оказывать эмбриотоксический, тератогенный и мутагенный (генотоксический) эффект на последующие поколения. Для прогнозов такого рода эффектов очевидно не достаточно физико-химических методов исследования, но необходимо использование биологических тест-объектов.

De facto главным и определяющим для оценки состояния окружающей среды тест-объектом является сам человек. На Планете и, главным образом, в городах мы участвуем в стихийном эксперименте, в котором выясняется вопрос: что произойдет с человеческой популяцией, как изменится и до какой поры будет оставаться жизнеспособным человеческий организм по мере насыщения среды его обитания поллютантами?

Одной из основных задач экологического мониторинга является получение данных, необходимых для анализа, и оценка состояния окружающей среды и степени её влияния на здоровье населения. Считаем состояние здоровья населения важнейшим интегральным показателем экологического благополучия исследуемой территории. При этом экологический мониторинг, как и медико-биологическая проблема оценки характера взаимосвязи состояния здоровья населения с окружающей его средой, имеет многопрофильный и многоплановый характер.

Каждое отдельное направление мониторинга ориентируется на наблюдение и оценку состояния соответствующих компонентов окружающей среды и природных ресурсов. Получаемая в результате информация, обосновывающая принятие управленческих решений, оказывается неполной и недостоверной, а сами решения -неадекватными степени экологической опасности.

Принятые и действующие в настоящее время предельные нормативы допустимого нарушения качества природной среды и её компонентов установлены не для полного набора загрязняющих веществ и других опасных для здоровья населения факторов воздействия.

Поэтому одной из задач данной работы на основании полученных данных - дать рекомендации по вопросам унификации средств получения информации о загрязнителях. И это значительно облегчило бы задачу создания модели такой системы, которая базируется на раскрытии причинно-следственных связей между её составляющими и интегрирует имеющиеся направления, с позиций программно-целевого подхода.

Таким образом, речь идёт об анализе сложной системы. Сложные системы отличаются от простых наличием множества прямых, линейных и нелинейных связей внутри себя и с внешней средой. Это делает неэффективной методику наблюдений по одному или нескольким параметрам с последующим выявлением некоторых периодических и стохастических закономерностей. Совершенно не учитывается высокая чувствительность сложных систем к малым управляющим параметрам в условиях неравновесности. Кроме того, увеличение плотности дискретных наблюдений резко увеличивает стоимость мониторинговых исследований.

Это возвращает нас к идее о необходимости районирования территории по степени риска от суперпозиции внешних и внутренних воздействий, создать плотные системы наблюдений только в зонах максимального риска и приступить к разработке принципиально новых подходов исследований неравновесных сложных систем на базе интегральных представлений и учёта нелинейных состояний и процессов.

С этой целью в работе были получены и проанализированы данные по трём территориям: мегаполису (Москва), её округу

ЮВАО), а также её отдельному району "Капотня", имеющему, пожалуй, максимальную степень загрязнения в Москве.

Из представленной в работе литературы с очевидностью следует, что современная урбоэкология находится на стадии накопления первичных данных. При этом обычно сопоставляется уровень загрязнения среды с уровнем заболеваемости населения на какой-либо территории или во времени. Однако, строгих количественных сопоставлений такого рода немного. В этой связи, для решения еще одной задачи работы также были получены и проанализированы статистические закономерности временной динамики поллютантов и заболеваемости населения Москвы в целом и её конкретных загрязнённых районов. Для достижения этой цели решались и такие задачи: получение и анализ информации о состоянии окружающей среды и состоянии здоровья населения в целом по Москве, в Юго-восточном административном округе Москвы, а также по району "Капотня"; обработка статистическими методами полученного материала для выявления меры взаимосвязанности переменных и прогноза их уровня на ближайшие годы.

Для оценки загрязнения промышленного района необходимо также уметь отделять антропогенные изменения в окружающей среде от естественных колебаний. Для этого анализ известных подходов позволяет предложить новую структуру системы контроля загрязнения окружающей среды с учётом того, что среди трёх основных потоков в органической природе (вещество, энергия, информация) наименее изученными остаются закономерности потока информации. Данные современной литературы позволяют считать, что в информационных взаимодействиях в живых системах большая роль принадлежит биологическим ритмам, а точнее, временной организации биосистемы.

Ещё одна задача в работе - на основании полученных данных дать рекомендации по способу получения информации из живых систем. Глава 1

Экологический профиль Москвы

Заключение Диссертация по теме "Охрана живой природы", Калабеков, Алан Лазаревич

Выводы

1. Показана положительная корреляционная связь между динамикой заболеваемости и динамикой валового выброса поллютантов в атмосферу.

2. Связи между динамикой нозологических форм и динамикой содержания поллютантов в атмосфере города не обнаружено.

3. Обнаружена отрицательная корреляционная связь между динамикой промышленных выбросов в атмосферу и динамикой заболеваемости населения города.

4. Отсутствие корреляционной связи между динамикой нозологических форм и динамикой содержания отдельных поллютантов в атмосфере города, но существование такой связи между динамикой заболеваемости и динамикой валового выброса поллютантов в атмосферу свидетельствует о необходимости пересмотра концепции и тактики природоохранной деятельности, оценок и нормативов допустимого уровня загрязнения среды обитания человека.

5. Обнаруженная отрицательная корреляционная связь между динамикой промышленных выбросов в атмосферу и динамикой заболеваемости населения города при наличии связи заболеваний и совокупной концентрации поллютантов в атмосфере на фоне чрезвычайно высокого уровня детской заболеваемости свидетельствует о "триггерном" характере действия совокупного загрязнения на спектр заболеваний.

6. На основании самых общих представлений об экологической системе предположено, что современные промышленные центры и мегаполисы, в которых максимально концентрирована

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Обсуждение установленных закономерностей.

Представленные в работе данные о пространственной и временной динамике в совокупности отражают уровень развития прикладной урбоэкологии, как одной из дисциплин экологического комплекса, несомненно, соответствующий стадии накопления сведений о предмете исследования.

Однако, уже на этой стадии развития дисциплины явно прослеживаются признаки, свидетельствующие о системности урбоэкологии. Например, просматривается "узкое место" экосистемы мегаполиса, определяющее состояние и детерминирующее его развитие на ближайшее время: проблема автотранспортного загрязнения.

Как отмечено выше (см. введение) в местах максимальной концентрации населения и производственной деятельности, т.е. в мегаполисах и крупных промышленных центрах, в наибольшей мере проявляется антропогенная трансформация исходно адекватной для человеческого организма среды. Последнее, в свою очередь, приводит к выраженным отклонениям от физиологической нормы, максимальной частоте патологических изменений у обитателей городов. Мы полагаем, что процесс биологической деградации населения городов зашел гораздо дальше, чем это обычно предполагается: население городов вымирает; в настоящий момент не на протяжении одного поколения (жизни индивида), но на протяжении нескольких генетически родственных поколений. Кажется, что полноценная (способная к репродукции) семья способна существовать на протяжении 3-4 поколений, а высокая численность жителей мегаполиса сохраняется в результате непрерывного притока негородского населения. Промышленные города стали своего рода "регуляторами" численности человеческого населения Планеты и представляются своего рода "черными дырами", к которым стягиваются и в которых бесследно исчезают человеческие существа.

Логическим основанием такого заключения служит выдвинутое выше представление о человеческом социуме как гипертрофированной популяции, наделенной беспрецедентным по могуществу способом преобразования (с потребительскими целями) внешней среды. С ростом численности особей в этой популяции, неизбежно возрастает альтерирующий эффект отрицательной обратной связи, приводящий, в конечном итоге, к сокращению численности особей и деградации популяции. На современном уровне развития социума можно предполагать, что именно города выполняют роль локальных "регуляторов" численности и качественного состава популяции.

Одним из проявлений такой ситуации может служить отрицательная корреляция динамики валового выброса загрязнений промышленными предприятиями и теплоцентралями и динамики заболеваемости населения города. По достижении загрязненности городской среды некоторого критического уровня у части населения (вероятно, несущей признаки, наиболее отдаленные от моды нормального человеческого организма) развиваются патологические изменения тех или иных систем организма. С этого момента изменения внешней среды в ту или иную сторону могут провоцировать обострения или вызывать ремиссии заболевания, но отнюдь не его излечение. Заболевание и, соответственно, заболеваемость (как интегральный популяционный показатель) фактически "уходят из под контроля" внешней среды и развиваются самостоятельно в соответствии с организменными закономерностями - патогенезом тех или иных нозологических форм.

Другим проявлением, свидетельствующим в пользу инфернального состояния городской экосистемы является угрожающе высокие значения детской заболеваемости (фактически достигшие 30% уровня), в составе которой очень высоки цифры, характеризующие уровень детской заболеваемости болезнями нервной системы и врожденными пороками.

На основании выше изложенных фактов можно заключить, что наблюдаемые на протяжении нескольких десятков лет изменения параметров среды обитания привели к потере устойчивости макроравновесия рассматриваемой системы человек-окружающая среда и выходу на траекторию эволюции, ведущую к деградации населения городов. Достижение нового состояния равновесия (с существенно более низкой численностью населения) если и возможно, то, по-видимому, в весьма отдалённом будущем и при условии принятия кардинальных мер по охране здоровья и среды обитания жителей промышленных центров. Для разработки научно обоснованного комплекса таких мер необходимо создание при городских управах аналитических центров по слежению и прогнозированию состояний экосистем и жизнеспособности населения - с использованием современных методов статистической обработки данных наблюдений, математической теории эволюционирующих систем, а также методов теории управления. Наличие таких центров позволило бы осуществлять эффективное регулирование как в области промышленного производства, так и в сфере социальной жизни городов.

В заключение необходимо отметить следующее. Предположение о том, что уровень заболеваемости определяется лишь одним фактором окружающей среды, а именно общей загрязнённостью атмосферы над населённым пунктом, в терминологии математической статистики можно определить как нулевую статистическую гипотезу. В качестве альтернативы естественно предположить, что в действительности уровень заболеваемости и смертности населения определяется большим числом факторов, таких как, например, качество (экологическая «чистота») продуктов питания и питьевой воды, уровень материального достатка и т.д. Кроме того, есть основания полагать, что рассматриваемая нами система является существенно нелинейной по зависимым переменным и параметрам (в-следствие сложной природы взаимосвязи её элементов). Если размерность системы по основным переменным больше двух, то в ней возможно «сосуществование» нескольких устойчивых режимов развития существенно различающихся «квазистационарными» значениями переменных (в нашем случае- с различными стационарными численностями населения городов). Иными словами, рассматриваемая система является типичным триггером, обладающим альтернативными устойчивыми состояниями., между которыми возможно как параметрическое, так и «силовое» переключение. Таким образом, есть основания полагать, что наблюдаемый в настоящее время процесс прод лжающегося независимо от сокращения загрязнённости атмосферы роста заболеваемости и смертности является переходом в новое макро равновесие с существенно более низкой численностью населения. Описанный процесс логично рассматривать как катастрофу (в терминах современной теории бифуркации), поскольку последствия начавшегося переходного процесса труднопрогнозируемы. Рис.34 иллюстрирует триггерные свойства системы человек - окружающая среда: при достижении границы устойчивости состояния равновесия осуществляется вынужденный переход на нижнюю часть поверхности состояний существенно более низкими значениями внутреннего параметра (численностями населения). Далее начавшийся процесс деградации населения может усугубляться в результате увеличения такого фактора внешней среды как «загрязнение» продуктов питания. Оценить меру опасности, связанную с отравлением продуктов питания (почвенного покрова Подмосковья) и источников питьевой воды, а также получить соответствующие прогнозы возможно в будущем только на основе тщательного и кропотливого исследования источников и компонентов соответствующего загрязнения. Такое исследование представляется совершенно необходимым для предотвращения дальнейшего роста заболеваемости и смертности городского населения.

Другим важным (с нашей точки зрения) результатом представленного исследования является показанный факт отсутствия корреляции между временной динамикой заболеваемости основными нозологическими формами и временной динамикой отдельных веществ-поллютантов в атмосфере города, но существование достоверной корреляции первого с временной динамикой валового выброса поллютантов в атмосферу. Выше было предположено, что инициация и прогресс заболеваемости фактически всех нозологических форм определяется не концентрацией отдельных поллютантов в воздухе, а совокупным (кооперативным) эффектом всех поллютантов.

Если предложенное объяснение окажется справедливым, с необходимостью придется исследовать и вырабатывать системные критерии влияния среды на состояние организма человека, пересматривать тактику оценки состояния среды, подвергнуть пересмотру не только значения существующих нормативов допустимых загрязнений, но качественно изменить структуру оценок и норм загрязнения среды обитания.

Из полученных в работе результатов следует, что даже при плотной системе контроля за выбросами в окружающую среду очень трудно получить данные для принятия адекватных состоянию среды обитания управленческих решений. Очевидно, что нужен еще индикатор - живая система, которая может "сказать", что ей "плохо" при любой комбинации разнообразных загрязнителей и их концентраций. При этом возникает вопрос о требовании к методам и устройствам контроля для получения подобной информаии при работе с индикатором - живая система. Ответ на этот вопрос следующий.

Большое количество вопросов, относящихся к экологии, так или иначе связано с дальнейшим развитием способов контроля за состоянием внешней среды. Известно, что общее состояние биоиндикаторов (микроорганизмов, растительных объектов и т.д.) определяется различными условиями их развития. Это состояние необходимо расшифровать методами контроля. Для этого воспользуемся гипотезой стохастической псевдокристалличности, в соответствии с которой структуры рассматриваются как трехмерные случайные поля, обладающие упорядоченностью, степень которой ш обуславливает свойства и функциональные возможности исследуемых объектов. Проблема исследования структуры материи имеет огромное значение для экологии, так как структура является основой функционирования любой системы, определяя ее физико-химические, механические, волновые и прочие свойства. Поэтому необходимо развитие способов контроля таким образом, чтобы они обеспечили получение информации о степени упорядоченности структур в живых системах. Учитывая, что состояние культуры интактных клеток отражает глубокую общность и взаимосвязь морфологии, физиологии и биохимии клетки, сформулируем основные требования к способам контроля: а) анализ должен производиться без разрушения биологических систем, б) требуется информация о динамике изменения градиента биохимического состава объектов "по слоям", в) необходима информация о динамике изменения градиента степени пространственной организации цепочек полимеров и биополимеров, г) необходимо использовать статистические методы измерения и анализа, так как реальные объекты, как правило, носят случайный, а не детерминированный характер; детерминированные же числовые оценки должны быть заменены вероятностными характеристиками, то есть функциями распределения различных параметров структуры. а 9

Для более эффективной оценки вляния загрязнений окружающей среды на здоровье населения необходимо совершенствовать методы исследования. В среду выбрасывается большое число разнообразных химических соединений. Для их контроля используются самые разнообразные методы и большое количество разнообразной аппаратуры. Поэтому очень остро стоит проблема унификации методов и средств контроля. Использование опто-электронных преобразователей с применением световодной техники позволяет надеяться на решение задач по унификации.

Все перечисленные выше задачи находят решение при использовании методов внутреннего отражения. Эти методы были апробированы нами при анализе живых систем (Калабеков и др., 1999). Для решения вопросов унификации мы проводим исследования по разработке измерительных элементов для первичных преобразователей с нарушением и без нарушения полного внутреннего отражения.

Любой количественный метод анализа требует знания количества прореагировавшего со светом вещества. Особенностью при таком анализе методами внутреннего отражения является зависимость эффективных оптических свойств среды, представляющей совокупную систему (состоящую, например, из частиц, воздуха, жидкой среды и т.д.), от объема прореагировавшего с электромагнитным излучением вещества или же от объема заполненного объектами пространства на измерительном элементе. Для решения сформулированных задач предлагаем следующие подходы.

1. Известно, что явление полного внутреннего отражения (ПВО) наступает при падении светового потока на границу раздела "измерительный элемент - образец" под углом 0, большим критического угла падения Окр. При этом световой поток проникает в анализируемый образец на некоторую <1 (глубина проникновения). Объем прореагировавшего со светом вещества пропорционален глубине проникновения и связан с оптической плотностью Б= а*с1*Н, где а- показатель поглощения образца, N - число отражений светового потока в измерительном элементе. Определить Окр можно из выражения зтОкр= п2/п1, где п1 и п2 показатели преломления материала измерительного элемента и образца, соответственно. При изменении угла падения от 0 до 90° полное внутреннее отражение для воздуха наступает при меньших углах падения, нежели для частиц, контактирующих с рабочей поверхностью измерительного элемента. Поэтому интенсивность светового потока на выходе измерительного элемента при углах падения, меньших критического для исследуемого образца, будет пропорциональна объему незаполненного пространства образцом на поверхности измерительного элемента, так как при углах, меньших критического, имеет место явление преломления, и световой поток в элемент не возвращается. Зная параметры измерительного элемента, можно определить объем прореагировавшего с излучением вещества, форму и размеры частиц, плотность их упаковки.

2. При использовании поляризованного светового потока, распространяющегося в измерительном элементе, при каждом его отражении от границы "измерительный элемент-образец" происходит скачкообразное изменение фазы параллельной и перпендикулярной составляющих вектора напряженности электрического поля. Причем величина фазового сдвига различна для каждой составляющей и зависит от разности показателей преломления совокупной измерительной системы и измерительного элемента, а также от угла падения светового потока. При отсутствии образца показатель преломления второй Среды постоянен. Второй средой, в частности, может быть воздух. Следовательно, разность фаз также постоянна. При наличии образца на части рабочей поверхности измерительного элемента изменяется показатель преломления, что, в свою очередь, приводит к изменению сдвига фаз каждой из составляющих электрического вектора и, соответственно, к изменению их разности. Именно изменение разности фаз между параллельной и перпендикулярной составляющими вектора напряженности является мерой объема прореагировавшего со светом вещества.

Предложенные решения дают возможность по изменению параметров светового потока определить не только состав загрязнителя, но даже форму и размеры объекта анализа. Возможность определения объема прореагировавшего с электромагнитным излучением вещества, является решающим при количественном анализе. Решение этой проблемы дает возможность перейти к решению следующего круга вопросов, связанных с количественным анализом параметров таких систем.

Рассмотренные выше подходы были апробированы при количественных морфо-функциональных исследованиях неразрушенных как целых клеток, так и послойно. При этом оказалось возможным не только определить оптические постоянные, характеризующие взаимодействие с объектом, но и получить информацию об изменении градиентов концентрации биохимических

33 компонентов и об измененении градиентов степени пространственной ориентации биополимеров нативных клеток.

Такой подход может оказаться, как мы думаем, рабочим при проведении чрезвычайно интересного демографического и социологического исследования, а все полученные в работе результаты, можно надеяться, будут использованы для решения большого числа экологических проблем нашего округа.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Калабеков, Алан Лазаревич, Москва

1. Абакумова Г.М., Евневич Т.В., Никольская Н.П. Влияние города на прозрачность атмосферы. М., из-во МГУ, 96 сс.

2. Авилова К.В., Баринова С.С. Биологическая оценка состояния и перспектив восстановления водных и прибрежных экосистем г. Москвы. "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997. с.101 102.

3. Авцын А.П., Жаворонков A.A., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М., Медицина, 1991.

4. Аксенов В.В. Человеческая цивилизация на рубеже 21 века. Время великого синтеза, с.34, М., Полигран, 1996.

5. Аммосова Я.М., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Охрана природы от химического загрязнения. М., из-во МГУ, 1989.

6. Андерсон Дж. М. Экология и науки об окружающей среде. Биосфера, экосистемы, человек. Л., 1985.

7. Бочин Л. А. Охрана воздушного бассейна. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с. 128-135. с.5-9.

8. Ю.Брудный A.A., Кавтарадзе Д.Н. Сопряженное развитие природы и общества. В сб.: Экология малого города. Пущино, 1987. с.6-14.

9. П.Буренков Э.К., Гинзбург JI.H. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения окружающей природной среды. В: "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997. с.95 100.

10. Буренков Э.К., Гинзбург JI.H., Грибанова Н.К. и др. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения окружающей природной среды. М., "Прима-Пресс", 1997.

11. Буренков Э.К., Зангиева Т.Д. Оценка влияния загрязнения окружающей Среды тяжелыми металлами на здоровье населения/ Тезисы докладов 2-го Всесоюзного совещания "Геохимия техногенеза". Минск, 1991.

12. Величковский Б. Т., Экологическая патология. Здравоохранение Российской Федерации, 1994, 2, с.6 9.

13. Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров. Оптические материалы для инфракрасной техники. М., «Наука», 1965.

14. Гинзбург Л.Н., Ревич Б.А. Некоторые аспекты изучения заболеваемости населения крупных городов при разработке проектных документов по охране окружающей среды. Сб. трудов НИИ общей и коммунальной гигиены. М., 1987.

15. Горбатенко Е.В. Аэрозольная оптическая толщина атмосферы как характеристика загрязнения промышленных районов/ Метеорология и гидрология, 1997а, №2.

16. Горбатенко Е.В. Мониторинг аэрозольной мутности атмосферы в городах по данным измерений прямой солнечной радиации. В: "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997. с.239 -243.т

17. Гусев М.В. От айропоцентризма к биоцентризму. Вестн. Моск. Ун-та, сер. 7, Философия, 1992, вып. 5, с.71.

18. Гусев М.В. О единой концепции биологического образования для всех. Вестн. Моск. Ун-та, сер. 16, Биология, 1994, вып. 3, с.60.

19. Гусев М.В. Парадигма биоцентризма и фундаментальное образование. Материалы межд. Конф. «Биология, гуманитарные науки, образование», М., МГУ, 1997.

20. Добржанский Г.Ф., Королёв Ю.Н, Телегин H.JI. Использование кристаллов фтористого лития для получения режима HiJLBO. Кристаллография, 1975, т.20, вып.4 ст.886.

21. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека (Экологические системы и биосфера). М., 1973.

22. Зотов В.Б. Региональная экологическая политика, направленная на снижение вредного воздействия автотранспорта. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с.17-21.

23. Зотов В.Б., Пивоваров В.Ф., Гойхман JI.B., Кузьмин A.M. Экологическая обстановка ЮВАО г. Москвы и методы ее улучшения. "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997а. с.84-87.

24. Изучение загрязнения и самоочищения р. Москвы, анализ влияния источников загрязнения на качество речной воды,разработка ПДС московских станций аэраций. М., Мосводоканал. Мосводоканалниипроект. 1988.

25. Кавтарадзе Д.Н., Овсянников A.A. Природа и люди России. Основание к пониманию проблемы. М., 1999г. С. 112.

26. А.Л.Калабеков. Правовые основы обеспечения экологической безопасности автотранспортного комплекса Москвы. Пути решения муниципального управления. Сборник статей, 1999, вып. 1, с.218-223.

27. А.Л.Калабеков. Экологическое состояние атмосферы и здоровья населения (на примере района «Капотня»), Материалы Московской городской научно-практической конференции "автотранспортный комплекс и экологическая безопасность". Москва. 1999, с.135-138.

28. А.Л.Калабеков. Экология технологических процессов и биологические индикаторы загрязнения. В: ЮВК, №31, 1999, с 7.

29. А.Л.Калабеков. Определение параметров городских загрязнителей современными методами. В: ЮВК, №32,1999, с 6.

30. А.Л.Калабеков. Структурно пространственная организация био -индикаторов. Сб. трудов "Синергетика". Изд. МГУ, 1999, в печати.

31. Комплексная экологическая программа Юго-восточного административного округа Москвы. (Зотов В.Б., Кузьмин A.M., Пупырев Е.И. ред.). М., "Прима-Пресс", 1998, 42 сс.

32. Королев Ю.Н., Телегин Н.Л. В сб: Биологическая спектрофотометрия и фитоактинометрия. Красноярск 1973.

33. Королев Ю.Н., Муравьёва С.А. Определение оптических постоянных биосистем в ИК области с помощью метода НПВО. ЖПС, 1975, т.23, вып. 2, с.344.

34. Корсак А.Б. Экология городского автотранспорта Москвы. Основные проблемы и пути их решения. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с. 31-48.

35. Кулаичев А.П. Методы и средства анализа данных в среде Windows. Stadia 6.0. НПО "Информатика и компьютеры", М., 1998. 270 сс.

36. КутеневВ.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. Проблемы экологии автотранспорта в Москве. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с.140-150.

37. Лужков Ю.М. Экологические проблемы крупных городов и пути их решенияЩромышленное и гражданское строительство, №9, 1996, с.4-9.

38. Марфенина O.E., Кулько А.Б., Иванова А.Е. Микологическое состояние городских экосистем. В: "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997. с.141-142.

39. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. М., Минздрав, 1990.

40. Московская область. Атлас. М.: 1979.

41. Московский городской экологический профиль.

42. М. Международный гуманитарный фонд "Знание", ЗАО "Информ-Знание", 1999.

43. Московский городской экологический профиль. Московский проект программы ООН "Устойчивое развитие городов". М., 1999, изд-во ЗАО "Информ-Знание". 203 сс.

44. Наумов Н.П. 1963. Экология животных. М.

45. Невечеря И.К. Гидроэкологический мониторинг жилого массива Марьинский Парк (бывшие Люблинские поля фильтрации). "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997. с. 235 238.

46. Несвижская Н.И., Сает Ю.Е. Геохимические основы определения ПДК химических элементов в почве. В сб.: Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных сфдах. Тр. 1У Всесоюзного совещания. Обнинск, 1983.

47. Новиков Г.А. Очерки истории экологии животных. Л., 1980.54.0дум Ю. Основы экологии. М., 1975.5 5.0 дум Ю. Экология, т. 1-2, М., 1986.

48. Орлов М.С., Семенова В.М., Смирнова С.А. 1988. Изучение состава подземных вод района Звенигорода в связи с охраной окружающей среды\Вестн. Моск.Ун-та. Сер.геология, №5.

49. Осипов Ю.С. Охрана воздушного бассейна Москвы от вредного воздействия выбросов автомобильного транспорта. В: "Защита окружающей среды от экологически вредного воздействия автомобильного транспорта" М., 1989, с. 145.

50. Оценка ресурсов и качества поверхностных вод. М., Изд. МГУ, 1989.

51. Ревич Б.А., Сает Ю.Е. Состояние здоровья детского населения промышленных городов с различной территориальной геохимической структурой/Вестн. АМН СССР, 1989, 8, с. 14 18.

52. Риклефс Р. Основы общей экологии. М., 1979.

53. Рост автомобильного парка города, ожидаемые последствия. Оценка проблемы и пути решения. Аналитический доклад. Москомприрода. Изд-во Российского экологического федерального информационного агентства. М., 1995.

54. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М., Недра, 1990.

55. Соколов Л.И., Шатуновский М.И., Соколова Е.Л., Кистенев А.Н., Пегасов В.А. Рыбы как индикаторы экологического состояния Москвы-реки. В: "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997, с.119-121.

56. Строганова М.Н. Почва. Город. Экология. В: "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполиса". М., из-во "Прима-Пресс", 1997, с. 109-111.

57. Тольский В.Е. Проблема акустического загрязнения воздушного бассейна автотранспортом. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с. 113-122.

58. Третьяков О.Б. Шины и экологическая проблема мегаполисов. В: "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" М-лы Московской городской научно-практической конференции. М., 1999, с.249-254.

59. Трофименко Ю.В. Оценка вклада автомобильного транспорта в загрязнение атмосферного воздуха/ Транспорт: наука, техника, управление. №6, 1995.

60. Харрик Н. Спектроскопия внутреннего отражения. М., «Мир», 1970.t44

61. Шеффер 1997 ^K „ Виолошя, ъуманит&рны^

62. Экология и безопасность. Справочник. М., ВНИИПИ, 1993.

63. Экологические системы. М., 1981.

64. Aggett P.S. Physiology and metabolism of essential trace elements: An outline/ Clin. Endocrin. Metab., 1985, vol 14, pp.513-543.

65. Barjonet P.E. Behavioral changer and road system environment. JATSS Research. 1992, 15, 2

66. Frieden E.A. A survey of essential biochemical elements. N.Y.London, Plenum Press, 1984, pp.1-16.

67. Gombard J.M., Broche M. La moderation de la circulation en Ville Enjeur et perspectives. Transport curvion circ., 1991. №104.

68. Kloke A. Richtwerte'80. Oritntirungsdaten fur tolerierbare Gesamtgehalte einiger Elemente in Kulturboden/ Mitteilungen VDLUFA, 1980, H.2, S.9.

69. Lombert V. Road traffic noise in western Europe current situation and future outlook. JATSS Research, 1992, 15, 2.

70. Mertz W. Clinical and public health significance of chromium/ Current topics in nutrition and disease. N.Y., 1982, pp.315-323.

71. С К О В С К И Й ОРДЕНА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ I СТЕПЕНИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

72. И^^Ч^^ о Т К Р Ы Т О Е А К Ц И О Н Е Р Н О Е О Б Щ Е С Т В О

73. Зам .главного инженера по охране природы1. Ведущий инженер цеха № 11

74. Гульдин Г. Л. к.т.н., Ерохин Ю.Ю.сква, Капотня, 2-й квартал • ТЕЛЕФОН: (095) 355 0493 • ФАКС: (095) 355 2273, 355 6252 • e-mail: bitum@mnpz.ru • htpp://www.mnpz.ru • ТЕЛЕТАЙП: 111150, МОСКВА БИТУМ

75. О внедрении результатов исследования унификации средств и методов контроля загрязнения окружающей среды

76. Предложенные Калабековым А.Л. методы расчета предусмотрительны для использования в постах стационарного контроля предприятия. ■

77. Зам.главного инженера А¿Й/И'// В.П.ВолковГ

78. Ведущий инженер, кандидат технических наук1. АКТ1. Р.С.Курмаева