FYZIKA |
|
Školský
Informačný
|
ÚVOD DO ENVIRONMENTÁLNEJ FYZIKY Obsah
V súčasnosti sa čoraz častejšie stretávame s pojmami ekológia, environmentalistika. Tieto pojmy vystupujú ako prívlastky k mnohým podstatným menám, alebo činnostiam človeka (ekologický autobus, ekologická energia a pod). V bežnej praxi sa však tieto pojmy používajú veľakrát nesprávne. Ľudia ich zamieňajú a niekedy ich používajú ako synonyma. Aby sme predišli v ďalšom prípadným nedorozumeniam a nejasnostiam zoznámime sa v ďalšom z definíciami vybraných pojmov podľa odbornej literatúry. 1.1 Ekológia Klasická definícia, ktorá sa uvádza v mnohých odborných i populárnych publikáciách znie: Ekológia je veda o vzájomných vzťahoch medzi organizmami a ich životným prostredím. Aj pôvod termínu na pohľad hovorí v prospech tejto definície: ekos znamená po grécky obydlie, logos – veda. Teda veda o “bytových podmienkach” organizmov. Existuje veľa definícii ekológie (pozri napr. Ďožkina [1]). Akademik S. Švarc povedal: “Bez dlhého uvažovania by som mohol uviesť sto definícií ekológie, a všetky by boli viac menej správne.” J. Štefek [2] vo svojom slovníku environmentalistiky uvádza pod heslom ekológie: Ekológia je:
organizmami.
Ekológ [2], vedec, ktorý sa zaoberá ekológiou, (v publicistike sa nesprávne označuje človek, ktorý bojuje za zlepšenie životného prostredia človeka). Ekologická výchova [2] - 1. V hovorovej reči synonymum environmentálnej výchovy. V odbornej literatúre: sa odporúča - 2. Chápanie, rešpektovanie a hodnotenie ekologických súvislostí v prírode a vzťahov medzi človekom a jeho životným prostredím. Utváranie takých záujmov, potrieb, schopností a celkových postojov, ktoré vedú k riešeniu a prevencii negatívnych vplyvov ľudskej činnosti na prostredie a smerujú k trvalému súladu človeka a biosféry. 1.2 Environmentalistika Environmentalistika [2] je interdisciplinárna náuka o životnom prostredí. Integruje v sebe poznatky z ekológie, prírodných vied, medicíny, techniky a spoločenských vied. Environmentalista [2] - 1. je človek, ktorý skúma životné prostredie človeka, 2. Človek, ktorý sa zameriava na udržanie životného prostredia v zdravom stave (niekedy sa často označuje nesprávne ako ekológ). Environmentálna výchova cieľavedomé odovzdávanie vedomostí a vytváranie návykov pre zodpovedný vzťah k životnému prostrediu. V tomto rozsahu integruje vedomosti z ekológie, ekosociológie, fyzioaktivity, etiky, axiológie psychológie sociológie a ďalších odborov i aplikovaných disciplín. M. Ružička charakterizuje rozdiel medzi ekológiou a environmentalistiku nasledovne [3]: Ekológia sa definuje ako vedná disciplína zaoberajúca sa vzťahmi a procesmi prebiehajúcimi medzi živými organizmami navzájom a ich prostredím, kým environmentalistika sa chápe ako odbor zaoberajúci sa vzťahmi a procesmi medzi všetkými druhmi ľudskej činnosti a prostredím, v ktorom sa tieto vzťahy realizujú. Pri riešení environmentálnych problémov sa uplatňujú prakticky všetky vedné a technické disciplíny. Pri rozoberaní problémov z tejto oblasti treba uviesť obsah pojmov ako sú organizmy a prostredie. Organizmy - to je všetko živé na Zemi, čo sa vyznačuje látkovou premenou a schopnosťou samoreprodukcie. Pod prostredím rozumieme všetko, čo obkolesuje tieto organizmy, všetko s čím prichádzajú do styku: pôdu, ovzdušie, sneh, teplo, chlad, vietor, potravu, parazity, a pod. 1.3 Environmentálne minimum Pre zabezpečenie environmentálnej výchovy na školách schválilo ministerstvo školstva SR 15.4.1996 pod číslom 645/1996-15 s platnosťou od 1.9.1996 Environmentálne minimum. Toto minimum predstavuje vlastne Učebné osnovy environmentálnej výchovy pre ZŠ a SŠ. Cieľom ENV je formovať a rozvíjať také osobnostné kvality, ktoré ich uschopnia chrániť a zlepšovať životné prostredie. Takto projektovaný dlhodobý zámer výchovnej práce je možno realizovať iba plnením konkrétnych úloh a cieľov zacielených na [3]:
ENV nie je samostatným predmetom, ale je súčasťou obsahu jednotlivých učebných predmetov. Obsah ENV umožňuje chápať, analyzovať a hodnotiť vzťahy medzi človekom a jeho životným prostredím na základe pochopenia ekologických procesov, ktorými sa riadi život na Zemi. Rovnako významné je pochopenie kultúrnych a sociálnych vplyvov, ktoré determinujú ľudské hodnoty a správanie, vedomie zodpovednosti za vzťah človeka k prostrediu. Tieto poznatky a schopnosti človeka determinujú proces rozhodovania a uvedomovanie si vplyvov ľudskej činnosti na kvalitu života na Zemi. Obsah ENV je organický spojený s obsahom učiva jednotlivých predmetov. 1.4 Globálne problémy ľudstva Žijeme na prelome tisícročia a svet je vo zmätku. Tento zmätok nie je len vo svete, ale aj v nás samotných. Pod náporom masmédií, kolegov, susedov, vlastného svedomia strácame orientáciu a dôveru vo zmysel vlastnej existencie. Uveďme niekoľko vážnych protirečení dnešnej doby: Ľudský rozum dokázal uvoľniť energiu z jadra atómu, ale dokázal tiež zhodiť atómové bomby na ľudské obydlia. Dokážeme dostať z pôdy výnosy obilia 6-8 ton na hektár, pritom na svete umierajú milióny ľudí hladom. Lietame na Mesiac, chystáme sa na Mars a v tom istom období tisíce žien v Ázii a Afrike chodí denne pešo niekoľko kilometrov pre vodu na varenie. Hlasne hovoríme o nadchádzajúcej ére blahobytu, ale matka Tereza z Kalkaty zbierala (ešte nedávno) so svojimi sestrami po uliciach umierajúcich. Obklopuje nás množstvo protikladov. Niektoré sú lokálnej povahy, iné sú regionálne, národné a posledných desaťročiach sa stále viac hovorí o problémoch globálnych. Každý z globálnych problémov sa týka nás všetkých a na ich vzniku a raste každý z nás nesie svoj podial spoluzodpovednosti. Globálne problémy ľudstva sú predmetom intenzívnych vedeckých výskumov približne 25 rokov. Globálne ohrozenie biosféry a predovšetkým človeka je zapríčinene [4]:
Globálne problémy sa prejavujú v geosfére. Geosféru, kde sa tieto procesy odohrávajú, si môžeme rozdeliť:
Biosféra zasahuje [4]:
Deväťdesiat percent života je sústredené vo vrstve planéty, ktorá zasahuje 3200 m nad hladinu oceánu a 100-200 m pod hladinu oceánu (do tejto hĺbky preniká ešte svetelné žiarenie, ktoré umožňuje fotosyntézu). Veľmi rozšíreným pojmom je v súčasnosti aj pojem životné prostredie človeka. Podľa nórskeho prof. Wika, (prijalo aj UNESCO) je to tá časť sveta, s ktorou je človek vo vzájomnej interakcii, t.j. ktorú používa, ovplyvňuje a ktorej sa prispôsobuje. Na rozdiel od biosféry sa životné prostredie človeka rozširuje. Dnes je súčasťou životného prostredia i obežná dráha a blízky kozmický priestor, v budúcnosti to môžu byť i blízke planéty. Rovnako tak človek preniká, i keď obmedzene, ale predsa do hlbín oceánov, i zemskej kôry. Je nesporné že globálne problémy sú tu a je treba ich identifikovať, popísať, riešiť a zhodnotiť dôsledky pre človeka. Od toho sa musí odvíjať hľadanie východísk. Pritom nesmieme zabúdať na otázku, možno rozhodujúcu v blízkej budúcnosti: Koľko času nám ešte ostáva? Množstvo správ a výskumných aktivít sa zaoberá globálnymi problémami ľudstva a pokúša sa o ich klasifikáciu. Spomeňme aspoň niektoré: Peccei (1980) uvádza tieto globálne problémy:
Autori správy Global 2000 (1980) rozoberajú vývojové trendy vzhľadom k 12 problémovým komplexom: obyvateľstvo, príjmy, klíma, technológia, výživa a poľnohospodárstvo, lesy a lesníctvo, voda a energia, neenergetické materiály, životné prostredie. Niektorí odborníci vidia hlavnú príčinu všetkých problémov vo sfére duchovnej a sociálnej. A. Peccei prišiel s koncepciou nového humanizmu, ktorý povedie k premene človeka a obnoveniu harmónie medzi ním a prostredím. Nový humanizmus má tri aspekty (globalistika, láska k spravodlivosti, zrieknutie sa násilia) a člení sa na 6 úloh [4]:
Veľkej popularity dosiahol na poli výskumu globálnych problémov Rímsky klub – voľné združenie ekonómov, politikov, ekológov a pod., založené talianskym priemyselníkom A. Peceiom. V roku 1992 bola v brazílskom Rio de Janiero usporiadaná konferencia OSN o Životnom prostredí a rozvoji “Summit zeme 92”. Výsledkom konferencie bolo dielo Agenda 21 – akčný plán, ktorého uskutočnenie by v blízkej budúcnosti mali uskutočniť jednotlivé štáty (celkovo sa konferencie zúčastnili zástupcovia 178 štátov). Koncom apríla 1993 vo švajčiarskom Luzerne sa uskutočnilo stretnutie ministrov európskych a najvplyvnejších mimoeurópskych krajín. Globálne problémy možno deliť podľa rôznych kritérií. Napr.
Občan, ktorý dostal dostatok informácii o stave svojho prostredia o svojich vyhliadkach do budúcnosti, môže byť znepokojený a vystrašený a bude chcieť, aby sa niečo robilo. Expert vidí ekologický problém ako technický problém a ponúka riešenie. Avšak technické riešenie problému mieri iba na koniec príčinného reťazca, ktorý nás zaviedol do dnešnej krízy. Technické riešenie sa teda zameriava na dôsledky, nie na príčiny. Ak však chceme odstrániť nejaký problém musíme sa zamerať na jeho príčiny, nie len na dôsledky. Hlavnou príčinou ekologickej krízy je nesprávne myslenie človeka, nesprávne chápanie sveta okolo nás. Problém je teda v duševnom prostredí človeka. Mnohé zaujímavé myšlienky sú načrtnuté v článku G.DE Lepeleira (1995) [5]:
Cieľom človeka by nemal byť trvalý rast a zvyšovanie tempa rozvoja (to je spojené nutne s plytvaním), ale cieľom by mal byť trvalo udržateľný život pre každého s právom na život pre každého. 1.5 Environmentálna fyzika Podnetom pre sformovanie, vznik predmetu/odboru Environmentálna fyzika bolo prispieť k riešeniu vyššie spomenutých problémov. V zmysle vyššie spomenutých definícii ekológie a environmentalistiky sa cieľom tohto predmetu/odboru je poukázať na význam fyzikálnych faktorov pre človeka a živé organizmy v životnom prostredí pre jeho existenciu. Taktiež ho varovať pred neuváženým zavádzaním fyzikálnych poznatkov do praxe cez rôzne technické aplikácie a takto ho v ňom vypestovať environmentálne myslenie. Environmentálna fyzika čerpá z mnohých oblastí fyziky (ekobiofyzika, technická fyzika), medicíny, technickej praxe a ekológie. Vznik jej existencie podnietila závažnosť ekologickej krízy a významnosť fyzikálnych faktorov v životnom prostredí. Táto fyzika nám umožní chápať, analyzovať a hodnotiť vzťahy medzi človekom a jeho životným prostredím na základe pochopenia ekologických a fyzikálnych procesov, ktorými sa riadi život na Zemi.
2. Zem - jeden z najväčších divov sveta Keď čítame odborné štúdie, napočítame množstvo javov, vo svetle ktorých sa Zem a jej okolie javí ako skutočný div vesmíru. Naša zemeguľa bola vytvorená tak dokonale, že tu život mohol nájsť optimálne podmienky [6]. Pozrime sa niektoré z tých to javov. Iste niektoré predstavy budú uvedené zjednodušene a stručne, nakoľko podrobnejšie štúdium by si vyžadovalo hlbší rozbor, čo by presiahlo rámec tejto práce. Tieto poznatky, ak sa nad nimi zamyslíme, by mali formovať našu úctu k prírode resp. k prostrediu v ktorom žijeme. 2.1 Ideálna pozícia Zeme Astronómovia hovoria o priam ideálnej pozícii Zeme v slnečnej sústave a v slnečnej galaxii. Už samotná skutočnosť, že máme Slnko, dokonale fungujúci reaktor so stálou žiarivosťou je základnou podmienkou našej existencie. Nesmieme zabúdať, že hviezdy vo vesmíre existujú najčastejšie vo dvojiciach alebo v malých skupinách pričom na seba pôsobia gravitačnou silou. Dráhy týchto “sĺnk” sú priveľmi komplikované a nestabilné. Pritom dve tretiny, možno 70% všetkých hviezd existujú práve vo dvojiciach alebo vo viacnásobných sústavách. Pozoruhodné je že každá planéta našej slnečnej sústavy má iný sklon svojej rotačnej osi k ekliptike - rovine otáčania. Sklon zemskej osi 23 stupňov sa ukazuje priam ideálny. Tento sklon totiž je príčinou striedania sa štyroch ročných období počas jedného obehu okolo Slnka. Tieto obdobia majú význam pre vegetáciu. Ktorá pologuľa je bližšie k Slnku na tú potom dopadajú lúče kolmejšie a je tam leto. Ak by to tak nebolo, potom by na miesta vystavené kolmému dopadu slnečných lúčov boli horúčavy a na ostatných miestach by bola zima. Od sklonu osi závisí taktiež aké veľké plochy budeme odrábať pre pestovanie potravín, aby sa ľudstvo mohlo nasýtiť. Veľmi dôležitá je aj vzdialenosť planéty Zem a Slnka. Od toho tiež závisí, či sa stretneme s horúčavami resp. mrazom (takmer absolútnou nulou vesmíru). Keby bola Zem len o 5% bližšie k Slnku (čiže o 7 miliónov kilometrov), čakal by ju osud Venuše s teplotami vyše 4000C. Na vznik trvalej doby ľadovej by stačilo iba jednopercentné vzdialenie od Slnka. Život je teda možný len v úzkom prstenci 140 až 150 miliónov kilometrov od Slnka ako to vypočítal T. Hart. Pravidelný tok energie a v podstate stabilné teploty na Zemi ovplyvňuje viacero faktorov. Po prvé je to otáčanie Zeme okolo osi za 24 hodín - rotácia Zeme, čo je príčinou striedania dňa a noci. Keby sa Zem otáčala okolo Slnka tak, ako sa otáča Mesiac okolo Zeme, čiže mala by k Slnku otočenú stále tú istú stranu, potom by druhá polovica bola ponorená do tmy. Život by nebol možný ani na jednej strane. Rýchlosť rotácie okolo zemskej osi na rovníku je 1666 kilometrov za hodinu. Pri znížení rýchlosti na desatinu (približne na 150 km/h) by boli naše dni a noci 11 krát dlhšie a Slnko by spálilo vegetáciu. Zvyšok by sa stal obeťou dlhej mrazivej noci. Pozoruhodný je aj tvar dráhy Zeme, ktorú opisuje pri svojej ceste okolo Slnka. Tvar dráhy je takmer kruhový. Jej výstrednosť sa môže pohybovať od nuly (ideálna kružnica) po jednotku (parabola). Výstrednosť dráhy Zeme predstavuje hodnotu 0,01672. Ak by sa zvýšila na hodnotu 0,2, potom by sa na zemskom povrchu vylúčil akýkoľvek život. Excentricitu 0,2 majú napríklad planéty Pluto a Merkúr. Dôležitá je aj hmotnosť nebeských telies. Treba si uvedomiť, že telesá s menšou hmotnosťou nemajú dostatočne veľkú gravitačnú silu, aby si dokázali udržať atmosféru (Mesiac, Merkúr). Naopak planéty s veľkým priemerom a s oveľa väčšou hmotnosťou ako Zem udržia veľkou gravitačnou silou aj vodík, ktorý má sklon k vytváraniu zlúčenín úplne nevhodných pre vznik a vývoj života. Tak sa vodíková atmosféra premieňa na amoniak, metán a iné zlúčeniny. Príkladom takejto planéty je Jupiter, ktorý má hmotnosť rovnú trojnásobku hmotnosti Zeme. Jeho teplota klesla na -146 0C a atmosferický tlak až100 000 atmosfér. 2.2 Mesiac Význam Mesiaca pre nás nespočíva len v tom, že nám svieti v noci na cestu. Astronómovia vypočítali, že prítomnosť Mesiaca zbrzdila rotáciu Zeme na našich 24 hodín. Okrem toho hmota mesiaca bráni kmitaniu zemskej osi, ktoré by bo pre nás iste veľmi nepríjemné. Hmotnosť Mesiaca je tiež dôležitá (ideálna). Ak by bola menšia, nemohla by stabilizovať zemskú os v ustálenej polohe. Ak by bola väčšia, mohla by spôsobovať zaplavovanie kontinentov. Veľmi dôležitá je aj vzdialenosť Mesiac Zem. Súčasná vzdialenosť je 384 00 km. Ak by sa k nám mesiac priblížil na polovičnú vzdialenosť, stačili by sily prílivu a odlivu zabrzdiť rotáciu Zeme. Deň by sa predĺžil na 6,9 dnešného dňa, nastali by veľké výkyvy denných a nočných teplôt, vlnobitie oceánov a iné. 2.3 Atmosféra Naša atmosféra je “funguje” ako mnohoúčelové zariadenie. Do atmosféry sa každý deň rúti asi 20 miliónov meteoritov, ktoré vstupujú do ovzdušia rýchlosťou okolo 48 km za sekundu. Britský vedec L.Thomas na oslavu atmosféry uvádza:” Viem, že je dostatočne tuhá a hrubá, aby zapríčinila vzplanutie ktoré do nej padajú zvonka”. Tu treba tiež uviesť, že atmosféra filtruje taktiež aj mnohé zhubné žiarenia z vesmíru, najmä silné ultrafialové žiarenie. Významné miesto má vrchná vrstva ležiaca nad hustými vrstvami atmosféry, ionosféra, ktorá vďačí za svoj vznik ultrafialovému žiareniu Slnka. Toto žiarenie akoby samo vytváralo filter, ktorý Zem chráni pred svojím ničivým účinkom. Druhou vrstvou, ktorá nás chráni je ozonosféra, pás nestabilných trojatómových molekúl kyslíka O3 , ktorý sa rozprestiera vo výškach od 15 do 40 km nad zemským povrchom. A nakoniec významnú úlohu pre záchranu života preberá kyslík. Jeho molekuly pohlcujú ultrafialové žiarenie s takým efektom, že intenzita žiarenia je už vo výške 2000 km znížená na polovicu a pritom v týchto výškach je hustota vzduchu 109 krát redšia ako na zemskom povrchu. A tak sa na Zem dostane len nepatrná časť, ktorá stačí na to aby sme sa opálili. Obrovské masy vzduchu v atmosfére sú výborným transportným zariadením, ktoré prenáša obrovské masy vôd. V prírode prebieha cirkulácia celých kubických kilometrov vôd, ktoré napršia, odparia sa znova do atmosféry a riekami prúdi späť do oceánov. Práve atmosféra zásobuje vodnými parami pevniny. Keby nebola atmosféra, nebolo by vody na pevninách, pôda by sa stala púšťou. Atmosféra je taktiež neoceniteľným klimatizačným zariadením, ktoré udržuje teplotu v rozmedzí potrebnom pre zachovanie života. Vieme, že studené masy vzduchu sú ťažšie ako teplý vzduch, a tak sa ovzdušie z vyšších a chladnejších zemepisných šírok tlačí k rovníku a vytláča nahor ohriaty rovníkový vzduch, ktorý sa na severe pomaly ochladzuje. Vďaka tomu je priemerná ročná teplota na zemeguli približne 14 až 15 0C. Pre udržanie teplotnej rovnováhy má význam aj oxid uhličitý a vodné pary, ktoré sa nachádzajú v atmosfére. Napriek tomu, že tieto molekuly predstavujú iba desatinu percenta celkového objemu atmosféry, spôsobujú, že slnečná energia odrážaná zemeguľou do vesmíru v podobe infračerveného žiarenia sa uchová v našom ovzduší. Zem sa ohrieva zo spodku nie z vrchu. Ide o prirodzený skleníkový efekt. 2.4 Voda
Voda má aj ďalšie mimoriadne vlastnosti v porovnaní s inými látkami. Okrem vodíka sa najpomalšie ohrieva. Na strane druhej má vysokú tepelnú kapacitu. Správa sa teda ako dokonalá kachľová pec. Musíme ju dlho ohrievať, ale potom dlho udrží teplo. Vďaka týmto vlastnostiam, môžu oceány fungovať ako spoľahlivé klimatizačné zariadenia. 2.5 Zemská kôra Vrchný obal Zeme má práve takú hrúbku ako je potrebné. Na základe výpočtov sa zistilo, že keby bola len o tri metre hrubšia, zmizol by z ovzdušia kyslík. Kyslík - prvok nevyhnutný pre Život sa totiž ľahko viaže s inými prvkami. Reagoval by teda s materiálom tvoriacim zemskú kôru a voľný kyslík by zmizol z atmosféry. To iste by sa vraj stalo, kedy more bolo o niekoľko metrov hlbšie. Zem je obrovský magnet, ktorý má vo svojom jadre veľké množstvo železa a niklu. Póly magnetu sú neďaleko od geografických pólov. Hodnota tohto poľa je 0,5gaussa, čo je minimálne tisícnásobok magnetických polí Venuše a Marsu. Rozsiahle magnetické pole spolu s atmosférou chráni človeka a celý živý svet pred pôsobením prenikavého kozmického žiarenia. A tiež pred vplyvom silného slnečného žiarenia. Toto pole, magnetosféra chráni planétu napr. pred slnečným vetrom, ktorý sa rúti rýchlosťou 500 km za sekundu. 2.6 Život Okrem vesmíru a zemegule je veľkým divom sveta život. Nič nie je také nestabilné a také chúlostivé ako život. Bez toho, aby sme si uvedomovali, v každom okamžiku bojuje naše telo o život. Stačí niekoľko dní bez vody, chvíľa bez vzduchu, trochu hladovania a nastane neodvratný koniec. V každom okamihu hynú tisíce buniek a musia sa nahradiť novými stavebnými kameňmi živej hmoty. Srdcové čerpadlo sa nesmie ani na chvíľu zastaviť. Ak sa zastaví, po niekoľkých minútach nastane poškodenie mozgovej kôry. Tráviace ústrojenstvo, tento systém biologických a chemických procesov, musí stále spracovávať prichádzajúcu potravu a vylučovať jedovaté splodiny. Život je ako by povedal kybernetik súbor spätných väzieb. Tento mechanizmus musí sledovať hladiny energetických rezerv, reagovať na vonkajšie nebezpečenstvo, vyrovnávať rozdiely teplôt, hojiť rany a iné. J. Segal hovorí: “...Úlohou živého tela je vlastne balansovať s tisíckou palíc. Ak sa mu to podarí,, zostáva nažive.” Prečo je život zázrakom? V prípade živej hmoty ide o stav ktorý je medzi všetkými stavmi najmenej pravdepodobný. Príčina tejto fantastickej nepravdepodobnosti tkvie v tom, že život neustále bojuje o udržanie chúlostivej konštrukcie, zatiaľ čo celý svet okolo sa že nie k dezorganizácii, rozpadu. Už Newton si všimol, že svet ide od poriadku k neporiadku, k postupnému vyrovnávaniu teplôt. Podľa druhého zákona termodynamiky teplo prúdi od teplejších telies k chladnejším, takže nastáva vyrovnávanie teplôt. R. Clausius pre toto znehodnocovanie energie použil pojem entropia. Tento pojem sa stal symbolom neusporiadanosti a chaosu. Výskyt usporiadaných štruktúr je teda menej pravdepodobný ako výskyt usporiadaných javov. Základným stavom sveta je chaos, najpravdepodobnejší stav, pretože ho dosiahneme s vynaložením najmenšej energie. N. Wiener povedal “ život je boj proti Niagare vzrastajúcej entropie. I. Kant: Aj keď asi nie je nič také neisté ako plavba na tejto Zemi, naša sebaistota a flegmatický postoj sú prekvapujúce”. Ak sa vydávame proti všeobecnému chaosu a rastúcej entropii darí sa nám to len preto lebo celý vesmír zrejme bojuje za človeka.
3. Fyzikálne faktory v životnom prostredí 3.1 Životné prostredie ŽP patrí v súčasnosti k často používaným pojmom spoločenského a politického života. Tento pojem prenikol do povedomia mnohých ľudí. Príčinou tohoto zvýšeného záujmu o ŽP je skutočnosť, že toto prostredie je vo veľmi zlom stave. Človek pod vplyvom svojich vedecko-technických úspechov spyšnel, začal si myslieť, že príroda je tu na to aby mu slúžila. Vyvíjal nátlak na prírodu, pristupoval k nej “koristnícky“. Cítil sa jej pánom. Dnes vidíme, že tento jeho postoj vyústil v ekologickú krízu. Napriek tomu si mnohí z nás vážnosť tejto situácie neuvedomujú. Tvorba a ochrana ŽP je podmienená spoločenským zriadením, rozsahom ekonomickej aktivity a kultúrnou úrovňou obyvateľstva. Pojem ŽP definovala už v r. 1967 konferencia UNESCO [5]: Prostredie je tá časť sveta, s ktorou je človek vo vzájomnej interakcii (pôsobení), to jest ktorú používa, ovplyvňuje a prispôsobuje sa jej. Konferencia OSN 1972 v Štokholme definuje význam ŽP takto: Človek je súčasťou i tvorcom svojho prostredia, ktoré mu dáva predpoklady na život a poskytuje mu možnosti na intelektuálny, morálny, sociálny a duchovný rozvoj. Oba texty chápu prostredie ako jediný, nedeliteľný celok -supersystém, pretože človek svoje prostredie nielen aktívne využíva a ovplyvňuje, ale sa mu aj prispôsobuje. Teda vzťahy medzi človekom a prostredím sú aktívne; nemôžu existovať popri sebe, ale závisia od seba oveľa väčšmi, ako si ich človek vo svojej pýche dobyvateľa a vládcu vôbec je ochotný priznať. Mechanizmus vzťahov v rámci ŽP je znázornený na obr.1.
Obr.1 Mechanizmus vzťahov v životnom prostredí.
Umelé prostredie možno rozdeliť na obytné a pracovné. Umelé prostredie tvorí napr. bývanie, technické vybavenie, doprava , služby, a pod. Pracovné prostredie tvorí ekonomická a pracovná aktivita, medziľudské vzťahy a pod. Pogrund navrhol rozčleniť ŽP na dve základné zložky: 1) na biofyzikálne prostredie - zahrnuje predovšetkým vonkajšie prostredie - vzduch, voda, priestor, elektrické a magnetické polia a mnohé ďalšie zložky, 2) duševné prostredie - neodzrkadľuje len duševný svet každého jednotlivca, ale aj vzájomné vzťahy medzi ním a ľuďmi a inštitúciami. Obe zložky na seba ustavične pôsobia. Raz prevláda jedna raz druhá, ale pre úspešný vývoj človeka a ľudstva je nevyhnutné vyvážené pôsobenie oboch zložiek. Človek je otvorený systém. Medzi ním a prostredím existuje ustavičná výmena energie, informácii a látok. ŽP má svoju veľkú cenu aj z toho hľadiska, že priestor v ktorom môžu na našej planéte jestvovať živé organizmy, nie je veľmi rozsiahly. Priestor využiteľný za zvyčajných podmienok ľuďmi je ešte obmedzenejší, pretože človeka viaže pevná zem, musí dýchať vzduch, ktorého je dostatok len do určitej nadmorskej výšky, musí piť vodu a živý sa prevažne plodmi pevnej zeme. To všetko vymedzuje jeho životné prostredie ako priestor skutočnej ľudskej existencie. Prostredie, v ktorom môžu existovať živé organizmy, sa nazýva biosféra. Jej zloženie: atmosféra - vzdušný obal Zeme; hydrosféra - zahrnuje vodstvá našej planéty, litosféra - vytvorená povrchovou vrstvou Zeme. Človek môže existovať istý čas aj mimo biosféry, musí si však vytvoriť umelé prostredie odpovedajúce biosfére. Musí si so sebou brať biosféru ako slimák svoju ulitu (vhodný tlak, teplota vlhkosť a pod). Výsledky výskumu kozmického priestoru potvrdzujú, že životné prostredie človeka bude i v ďalekej perspektíve obmedzené na povrch našej planéty, kde základné biologické, fyzikálne a chemické podmienky umožňujú organizmom život, vývoj a rozmnožovanie. 3.2 Fyzikálne faktory v životnom prostredí Biofyzikálne prostredie tvoria jeho základná kategórie a základné zložky [4,5]. Základnými kategóriami sú hmota, priestor, čas, fyzikálne pole a sila. Medzi základné kategórie zaraďujeme aj zákonitosti vývoja v priestore a čase, ktoré sú významné pre všetky živé organizmy. Základné zložky biofyzikálneho prostredia tvorí nekonečný vesmír, obmedzený geograficky na povrch zemskej kôry s horninami, nerastami, pôdou, vodou, ovzduším a živou prírodou. Prírodou (biosférou) nie je iba to, čo človek nevyhnutne potrebuje pre svoj holý život, ale všetko, čím sa sám obklopil a čo sa naučil využívať. Vlastnosti zložiek prostredia označujeme ako faktory prostredia. Analýza týchto faktorov je základom zisťovania stavu a úrovne životného prostredia a teda aj základom cieľavedomej starostlivosti oň. ŽP je utvorené zložitým komplexom fyzikálnych, chemických, biologických a spoločenských faktorov. Niektoré faktory sú pre život nevyhnutné, preto predstavujú základné životné podmienky. Sú to vhodná teplota, dostatok vzduchu, vody, potravy, primeraný tlak vzduchu a i. Ostatné faktory sú modifikujúce: vyvolávajú rozličné formy interakcií, sú to napr.: podnebie a meteorologické faktory, rozličné formy energie (mechanická, tepelná, elektrická, magnetická a žiarenie) a i. Niektoré faktory sa menia nepozorovateľne, a to i také fyzikálne faktory ako je slnečné žiarenie, teplota, tlak vzduchu, elektromagnetické pole. No napriek tejto svojej relatívnej menlivosti vo svojom súhrne môžu významne pôsobiť na človeka. Mnohé faktory ŽP sa neustále menia, a to rozličnými rýchlosťami. Niektoré sa menia periodicky, ako napr. striedanie dňa a noci, ročných období a i. Týmto zmenám sa živé organizmy musia prispôsobovať. Okrem faktorov prírodného prostredia sú živé organizmy vrátane človeka vystavené aj vplyvom umelého prostredia napr. v kozmických lodiach, a ponorkách. Početné fyzikálne faktory životného prostredia sa vo svetovej verejnej mienke postupne dostávajú do popredia a sú úzko späté s obidvoma vzájomne sa ovplyvňujúcimi zložkami - s prírodným aj umelým prostredím. Fyzikálne faktory, podobne ako chemické, majú pri pôsobení na človeka a jeho životné prostredie svoje kladné aj záporné stránky najmä ak ich intenzita presahuje prípustné hodnoty. Často pôsobia na človeka a na ostatné živé organizmy dokonca zákernejšie ako chemické vplyvy. Príčinou je o. i. to, že ich zmyslovými orgánmi ani nevnímame: necítime ionizujúce žiarenie, nevidíme ultrafialové lúče, nepočujeme rádiové vlny šíriace sa priestorom. Pritom dôsledky tohto pôsobenia, často zhubného, sa nemusia prejaviť hneď , aké môžu sa objaviť až u neskorších generácií. Pre zdravý vývoj spoločnosti a pre zvyšovanie jeho ekonomickej aktivity je základnou podmienkou pohoda vo všetkých prostrediach. Pohodu človek pociťuje komplexne. Napriek tomu sa jednotlivé zmysly uplatňujú natoľko špecificky, že sme schopní rozlíšiť akustickú (zvuk, hluk), tepelnú (teplota), zrakovú (farba, svetlo) a inú pohodu. Aby vznikla pohoda, je potrebné, aby sa v prostredí optimálne uplatnili fyzikálne faktory resp. pomery. Interakciami živých organizmov s fyzikálnymi faktormi prostredia sa zaoberá ekologická biofyzika (ekobiofyzika). Môžu to byť okamžité odpovede na vonkajší podnet (reakcie), alebo zmeny s nepriaznivými dôsledkami, vyvolané neadekvátnym vonkajším podnetom (poškodením). Ekobiofyzika je interdisciplinárny vedný odbor, obsahujúci teda prvky viacerých vedných odborov, na rozhraní ktorých vzniká, alebo ktorých metódy využíva. Sú to predovšetkým fyzika, biológia, chémia fyzikálny chémia, fyziológia a matematika. V rámci ekobiofyziky sa študujú účinky gravitácie a zrýchlenia (geobiofyzika), tlaku (bariobiofyzika), počasia (biometeoroógia), mechanickej energie (zvuk, hluk, ultrazvuk, vibrácie, zemetrasenia), tepelnej energie, elektrických, magnetických a elektromagnetických polí, ionizujúceho a neionizujúceho žiarenia na živé organizmy a životné procesy. V priebehu evolúcie živé systémy vždy vstupovali do úzkych závislostí s fyzikálnymi faktormi prostredia. Tak napr. vďaka slnečnému žiareniu rastliny mohli rásť a živočíchy sa pohybovať sa v priestore, vďaka akustickým kmitom sa mohli živočíchy orientovať. Niekedy sa intenzita fyzikálnych faktorov zvyšovala, no živé systémy boli schopné adaptovať sa týmto výkyvom a zdokonaliť sa až do dnešnej podoby. V súčasnej pretechnizovanej spoločnosti však výrazne vzrastá intenzita mnohých fyzikálnych faktorov, a to do takej miery, až sa ohrozuje existencia organizmov. Mnohé fyzikálne faktory organizmy ani nevnímajú (napr. elektromagnetické rádiové vlny, vysokofrekvenčné žiarenie, pred niektorými (napr. pred lukom) márne unikajú. Fyzikálne faktory pôsobia na živé organizmy často zákernejšie ako chemické faktory. Ich vplyv na organizmy sa nemusí prejaviť hneď, ale až v neskorších generáciách. A to už býva neskoro. Na fyzikálne faktory modernej doby doplácajú všetky živé systémy, no predovšetkým je ohrozovaný sám človek. Rádioprijímače či televízory sú účinným prostriedkom komunikácie a výmeny informácii, no výkonné vysielače elektromagnetických vĺn dnes utvárajú nebezpečný elektromagnetický smog. Reprodukovaná melodická hudba môže človeka potešiť i uzdravovať, nadmerná hlučnosť rozmanitých technických zariadení môže človeka znervózňovať i vážne ohroziť jeho zdravotný stav. Ionizujúce žiarenie je vynikajúcim pomocníkom modernej techniky a medicíny, svojimi účinkami však môže ohroziť zdravie človeka i existenciu všetkých organizmov na Zemi. 3.3 Rizikovosť fyzikálnych faktorov životného prostredia V súčasnosti sa fyzikálne faktory stávajú mohutným rizikovým činiteľom pre všetky organizmy. Ich rizikovosť závisí od: * typu pôsobiacej energie (elektromagnetické vlnenie, ionizujúce žiarenie, akustické vlnenie, barometrický tlak), * jej intenzity (vysoké dávky fyzikálneho faktora spôsobujú letálny efekt, subletálne dávky vyvolávajú špecifické poruchy štruktúr a funkcií organizmov), * dĺžky a frekvencie pôsobiacej energie (istá energia v krátkom čase spôsobuje akútne chorobné zmeny, to isté množstvo energie v dlhšom časovom úseku vyvoláva zmeny chronické; pre organizmy je škodlivejšie nárazovité pôsobenie ako postupné. Výrazný je aj stupeň absorpcie energie živou hmotou. A tak pozorujeme druhotnú špecifickosť reaktibility organizmov na ten istý typ energie a jej množstvo (napr. na ionizujúce žiarenie sú citlivejšie vývojovo vyššie skupiny živočíchov ako fylogeneticky nižšie, odlišná je aj senzitivita rozmanitých tkanív organizmu na iný typ energie (napr. na hluk sú mimoriadne citlivé sluchové bunky, na elektromagnetické vlnenie bunky pohlavné. Na základe zistených odlišností pristupuje sa potom aj k ochranným opatreniam. (napr. konštrukcia ochranných krytov proti ionizujúcemu žiareniu, účinky tlmičov proti hluku). Väčšina fyzikálnych faktorov výrazne ovplyvňuje zmysly človeka i živočíchov (najmä sluch a zrak), výraznou stimuláciou však zaťažuje nervovú sústavu, najmä vyššie nervové funkcie. V dôsledku toho sa potom mení správanie, nastupuje agresivita, utlmuje sa pamäť. Menia sa však ak vegetatívne funkcie (najmä srdcovo-cievnej, dýchacej a reprodukčnej sústavy). No existujú aj fyzikálne faktory s vysokou intenzitou energie, ktoré človek a živočíchy nevnímajú, prípadne sú na ne citlivé len isté druhy organizmov napr. na ionizujúce žiarenie, magnetizmus, ultrazvuky, ultrafialové žiarenie). V takom prípade sa vplyvom pôsobiacej energie napr. človek bez príčiny predčasne unavuje, vyčerpáva, pociťuje rozmanité chorobné príznaky, trpí nespavosťou, sťažuje sa na depresívne stavy. Vysoké intenzity fyzikálnych faktorov vyvolávajú špecifické poruchy v zasiahnutom organizme napr. intenzívne svetlo vyvolá slepotu, nadmerný hluk hluchotu, vysoká teplota popáleniny), niekedy však pôsobiaci podnet nemusí dosahovať kritické hodnoty a môže vyvolať ťažké funkčné poruchy. Napr. človeka môže neurotizovať spev susedovho kanárika, plač cudzieho dieťaťa, vandalské vyčíňanie mladých výrastkov a pod. To sú dôsledky medziľudských vzťahov sebeckosti a ľahostajnosti jedných i neurotizácie a bezmocnosti druhých. Zdá sa, že pojem neškodná hodnota fyzikálneho faktora pre človeka sa musí revidovať a je potrebné prehodnotiť ho vo veľmi širokých súvislostiach s podmienkami prostredia. Zmeny v kvalite ŽP, ktoré a prejavujú zmenenou alebo zvýšenou chorobnosťou a úmrtnosťou exponovaného obyvateľstva, spôsobili, že v súčasnosti sa veľmi intenzívne sleduje vplyv rôznych faktorov ŽP na zdravotný stav populácie. Prostredie pôsobí na človeka komplexne viacerými faktormi súčasne. Ich izolácia je často veľmi ťažká a v prirodzených podmienkach takmer vylúčená. 3.4 Hodnotenie fyzikálnych faktorov v ŽP Pri jednotlivých faktoroch hodnotíme ich intenzitu a čas pôsobenia. Rozlišujeme faktory pôsobiace akútne alebo chronicky, ďalej faktory pôsobiace v málo intenzívnych dávkach alebo v stopových množstvách. Z hľadiska dĺžky pôsobenia rozlišujeme expozíciu dlhodobú či opakovanú, alebo jednorazovú. Niektoré faktory sa vyznačujú výrazným kumulatívnym účinkom, kým iné zasa neskorým účinkom, ktorý sa prejaví až v nasledujúcich generáciách. Dôležité je aj životné obdobie, v ktorom faktor na subjekt účinkuje, pretože v určitých obdobiach je vnímavosť organizmu na pôsobenie faktorov zvýšená. Najčastejšie používanými metódami skúmania faktorov ŽP sú: pozorovanie, terénne meranie a laboratórne vyšetrovanie.
Tab.1 Fyzikálne faktory a ich vplyv na zdravie Pozorovanie je získavanie základných informácii pomocou zmyslov, ako aj popis a hodnotenie sledovaných objektov na základe vedomostí a skúseností. Napriek jednoduchosti metódy môžeme získať veľmi dôležité informácie. Terénne meranie umožňuje kvalitatívne vyhodnocovanie najmä fyzikálnych a chemických faktorov prostredia priamo v teréne (meranie teploty a prúdenia ovzdušia, hluku, osvetlenia, koncentrácie plynov a pod). Niekedy sa v sledovaných priestoroch inštalujú prístroje na kontinuálnu registráciu skúmaných veličín (napr. TLD – dozimetre na kontinuálne meranie ionizujúceho žiarenia v ŽP). Laboratórne vyšetrovanie robíme vtedy, keď sa meranie či analýza pre charakter vzorky alebo náročnosť spracovania nedá uskutočniť v teréne. Odberu vzorky v teréne musíme venovať mimoriadnu pozornosť, aby sme nevhodným zaobchádzaním, skladovaním alebo dlhým transportom neovplyvnili hodnotu laboratórneho vyšetrovania. Meraniu a vyhodnocovaniu fyzikálnych faktorov v ŽP sa venujú Špecializované štátne ústavy hygieny a zdravia, ktoré sa nachádzajú v krajských resp. okresných mestách. Na tieto ústavy sa musia obrátiť podnikatelia resp. štátne podniky, ak chcú zaviesť do výroby nejaký nový výrobok, stavať komunikácie, resp. zaviesť nové stroje do výroby, či tieto spĺňajú príslušné štátne normy pre hluk, vibrácie, osvetlenie a pod. Zavádzaním fyzikálnych úloh z širšieho – ekologického – hľadiska formujeme “duševné“ prostredie žiaka, čo sa iste prejaví v budúcnosti aj na biofyzikálnom prostredí. Žiak by si mal uvedomiť, že ekologicky myslieť znamená v podstate rešpektovanie fyzikálnych a biologických zákonitostí a úctu k prírode –prostrediu v ktorom žije. Zopakujte si:
Aký je rozdiel medzi ekológiou a environmentalistikou? Čo je to environmentálne minimum? Environmentálna fyzika. (A. Peccei koncepcia nového humanizmu, Global 2000, Agenda 21, konferencie...)
Literatúra: Degro, J.: Environmentálna fyzika, pripravované učebné texty. Príloha č.1
Vzdialenosti:
Časy:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Posledná aktualizácia: 09.02.2001