Понятие кумулятивный риск означает вероятность развития какого-либо вредного эффекта в результате комбинированного воздействия нескольких агентов-стрессоров. В самом определении данного понятия заключено несколько важных моментов. Во-первых, кумулятивный риск всегда включает оценку воздействия нескольких агентов-стрессоров. И если ранее данное понятие относилось лишь к определению влияния химических стрессоров, то сегодня агентами, способными оказывать неблагоприятное воздействие, степень которого оценивается при помощи кумулятивного риска, могут быть химические, биологические, физические агенты или какие-либо активности, прямо или косвенно влияющие на организм. Далее, важным является именно комбинированная оценка, что подразумевает не только суммирование воздействия различных факторов, но и учет их взаимодействия друг с другом.
Понятие кумулятивного риска было разработано Агенством по охране окружающей среды США (U.S. Environmental Protection Agency) в 1980-1990-е годы. Толчком к этому послужил переход от поиска связи между одним агентом-стрессором и связанными с ним последствиями к популяционной стратегии, когда в комплексе оцениваются различные факторы, одновременно действующие на популяцию/человека. Далее разрабатывались рекомендательные документы, описывающие методологию оценки кумулятивного риска. Последний из таких документов был выпущен Агенством по охране окружающей среды США в 2003 году.
Так, оценка кумулятивного риска включает три последовательных этапа:
-
Планирование, поисковый анализ и формулирование проблемы. На этом этапе происходит оценка известных к этому моменту данных, определение цели анализа, подходов и ресурсов, которые будут использованы, в том числе разработка четких методов статистических моделей анализа, а также предварительное заключение об их возможных ограничениях.
-
Далее следует непосредственно сам анализ данных. Здесь следует отметить, что кумулятивным считается риск не только одновременно действующих и взаимодействующих между собой агентов-стрессоров, но и риск, возникающий при последовательном действии изучаемых факторов. На этапе анализа данных в соответствии с выбранными моделями, факторами риска и популяцией формируются основные количественные показатели оценки кумулятивного риска.
-
И, наконец, заключительным этапом оценки кумулятивного риска является интерпретация полученных данных, определение степени их достоверности и значимости для дальнейших исследований или практической деятельности. Важным этапом этой части является подробное обсуждение ограничений и неопределенностей, возникших в ходе выполненного анализа. На этом этапе возможно обсуждение вклада отдельных агентов-стрессоров в общий показатель кумулятивного риска, однако важно, что все эти заключения будут носить предварительный поисковый анализ, требующий проверки в последующих исследованиях.
Кумулятивный эффект и ударное ядро.
В настоящее время все, кто хоть немного интересуется военным делом знают о существовании так называемых кумулятивных снарядов, которые предназначены для пробивания брони. Общеизвестно о высокой пробивной способности таких снарядов. Даже граната ручного гранатомета РПГ-7 способна пробить 100 мм. брони. Ракеты комплексов ПТУР способны пробивать до 500 м. брони. Казалось бы, что извечный спор брони и снаряда окончательно выигран снарядом. Ведь практически невозможно создать танк с броней такой толщины.
Но как всегда, на всякое действие есть противодействие. Очень быстро выяснили, что если взрыв снаряда вызвать преждевременно, т.е. на некотором расстоянии от брони, то кумулятивный эффект пропадает и снаряд оказывается не в силах пробить броню.
Борта танков стали защищать тонкими листами металла и даже резины, отнесенным на некоторое расстояние от основной брони. Главное заставить сработать взрыватель. На это противодействие были изобретены так называемые тандемные снаряды, т.е. в одном снаряде находится два снаряда один за другим. Первый пробивает экран, второй основную броню. На это коварство был найден достойный ответ — активная броня. При воздействии на корпус танка кумулятивной струей, взрываются размещенные на броне контейнеры со взрывчатым веществом, ударная волна которых нейтрализует воздействие кумулятивной струи. Спор снаряда с броней продолжается.
Историческая справка. Открытие кумулятивного эффекта связывают с разработкой взрывных петард, вошедших во всеобщее употребление в горнодобывающей промышленности во второй половине ХVIII века. Горным инженерам уже тогда было известно, что некоторую часть энергии взрыва можно сконцентрировать, если придать заряду соответствующую форму.
В 1792 г. немецкий минный инженер и естествоиспытатель Франц фон Баадер впервые сфокусировал энергию фугасного заряда, создав в нем полость.
Дальнейшее развитие исследования кумулятивного эффекта относится ко второй половине XIX века.
В 1864 г. русский военный инженер М. М. Боресков выявил повышенный эффект действия у инженерных мин с кумулятивной выемкой и использовал его для разрушения твердых пород при строительстве фортификационных сооружений.
Первые научные работы по исследованию кумулятивного эффекта полых необлицованных зарядов ВВ были опубликованы в Германии М. Ферстеромв 1883 г. и Е. Нейманом в 1914 г., а в Великобритании и США — К. Монро в 1888 г.
В период с 1910 г. по 1914 г. в Великобритании и Германии были получены первые патенты на применение металлических облицовок кумулятивных выемок и использование кумулятивного эффекта в бронебойных снарядах, однако перевести работы в полностью практическое русло для военных целей не удалось до начала Второй Мировой войны.
В России первые систематические исследования явления кумуляции были проведены в 1923-1926 г. г. профессором М. Я. Сухаревским.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований явления кумуляции позволили к началу Второй Мировой войны создать первые образцы боеприпасов, использующих это явление.
В 1939-1943 гг. в Германии были разработаны 37 мм. надкалиберные, 75 мм. калиберные бронебойные кумулятивные снаряды, 30-мм и 40-мм кумулятивные гранаты, а в СССР 76 мм. и 122 мм. бронебойные кумулятивные снаряды, тяжелая ручная кумулятивная противотанковая граната РПГ-6, противотанковая противобортовая мина ЛМГ.
Кумулятивный эффект для пробивания брони, бетона, грунта с тех пор использовался и используется очень широко. Однако суть этого явления для многих остается непонятной. Отсюда возникает множество ошибочных и не очень научных теорий и представлений. особенно в части, касающейся использования такой частности кумулятивного эффекта как «ударное ядро».
Крайне неудачно выбранный термин («Ударное ядро») этого явления породил многочисленные ошибочные мнения о том, что при взрыве боеприпаса металлическая обкладка кумулятивной выемки складывается в некий твердый стержень, который силой взрыва метается на расстояние примерно до 50 метров и пробивает броню точно так же как это делает подкалиберный снаряд.
Думается, что нужно предоставить слово ученым. В 2002 году вышла книга «Физика взрыва», написанная авторским коллективом ученых из МВТУ им. Баумана во главе с профессором доктором физико-математических наук Л.П.Орленко . Думается, что к мнениям ученых, исследовавших это явление, стоит прислушаться.
Глава 17 второго тома называется «Кумуляция» (стр.193-345).
Кумулятивный эффект.
Не имея возможности изложить все 152 страницы этой главы (да и скучно читателю продираться сквозь частокол формул и сугубо научных формулировок), ограничимся пересказом и цитированием наиболее важных фраз. Впрочем, сомневающимся в точности моего изложения, я готов предоставить всю эту главу из книги.
Начинаем..
«Термин «кумуляция» происходит от латинского cumulato — «скопление» или cumulo — «накапливаю» и дословно означает увеличение или усиление какого-либо эффекта за счет сложения или накопления нескольких однородных с ним эффектов. Эффект концентрации энергии в определенном направлении или в определенном месте и является кумуляцией. Если при обычном взрыве энергия «разбрасывается» во все стороны, то при кумулятивном она «собирается» в некотором направлении….
Кумулятивный эффект есть существенное повышение местного действия взрыва в одном направлении. Этот эффект получается при использовании зарядов, имеющих на одном из концов полость — кумулятивную выемку. Если такой заряд инициировать с противоположного конца, то эффект действия в направлении оси выемки оказывается значительно большим, чем при действии обычных зарядов. Если же к тому же поверхность кумулятивной выемки покрыть сравнительно тонкой металлической облицовкой, то пробивное действие такого заряда во много раз увеличится».
Итак, сформулировано точное и четкое понимание термина «кумуляция». Прошу обратить внимание на последнее приложение из которого следует, что пробивное действие кумулятивного заряда многократно возрастает если поверхность выемки покрыть «…сравнительно тонкой металлической облицовкой». Уже одна эта фраза заставляет усомниться в том, что ударное ядро является чем то подобным сердечнику подкалиберного снаряда.
Далее в тексте говорится о том, что если заряд имеет кумулятивную выемку без металлической облицовки, то кумулятивный эффект, т.е. пробивание происходит либо если заряд установлен вплотную к пробиваемой поверхности, либо на очень незначительном расстоянии. А вот если облицовка имеется, то пробивная способность резко взрастает при расположении заряда на некотором расстоянии и растет по мере увеличения расстояния от заряда до объекта.
Кумулятивный эффект заряда без облицовки.
Если выемка не имеет облицовки, то эффект кумуляции проявляется в формировании газокумулятивной струи, представляющей собой высокоскоростной направленный поток продуктов взрыва повышенной плотности энергии (скорость такой струи может превышать даже вторую космическую скорость — 11,2 км/с).
Однако такая газокумулятивная струя имеет относительно низкую эффективность действия по преграде, особенно на некотором удалении от нее, что обусловлено быстрым расширением взрывных газов вследствие неравномерного распределения по длине струи и наличия поперечных пульсаций в струе. Это приводит к радиальному рассеиванию и быстрому снижению давления этих газов.
Кумулятивный эффект заряда с металлической облицовкой.
В присутствии металлической облицовки на поверхности выемки, как уже было отмечено, наблюдается очень резкое усиление кумулятивного эффекта. Несмотря на это обстоятельство, в данном случае сохраняются те же самые физические особенности, которые характерны для взрыва без облицовки выемки.
Однако картина рассматриваемого явления при этом существенно меняется. В результате экспериментальных и теоретических исследований было установлено, что усиление кумулятивного эффекта при наличии облицовки связано с весьма сильным и своеобразным перераспределением энергии между взрывными газами и материалом металлической облицовки, а также переходом части металла в кумулятивную струю.
Основная часть энергии активной части заряда «перекачивается» в металл облицовки так, что оказывается сконцентрированной в его тонком слое, который собственно и образует кумулятивную струю. Вследствие этого достигается значительно большая плотность энергии в струе, чем при подрыве заряда без облицовки выемки.
Как видим, никакого схлопывания металлической оболочки в некий твердый снаряд, который затем метается в цель силой взрыва, не происходит. Металл облицовки становится составным элементом кумулятивной струи.
Как показывают исследования, в частности высокоскоростная съемка в рентгеновских лучах, в момент взрыва металлическая обкладка кумулятивной выемки под давлением взрывных газов (20-60 гигопаскалей) собирается в некую монолитную массу (пест), имеющую скорость 1-3 км/сек., из которой вперед выходит тонкая металлическая струя, скорость которой в несколько раз выше (9-12 км/сек).
«Как следует из рентгенограмм, в течение некоторого времени пест и струя составляют единое целое, однако их движение совершается с различными скоростями.
Пест движется сравнительно медленно (со скоростью 0,5-1 км/с).
Струя, наоборот, обладает весьма большой скоростью поступательного движения. Однако скорость эта различна в различных частях вдоль струи: головная часть струи имеет наибольшую скорость, а скорость хвостовой части близка к скорости песта. В зависимости от формы и природы металла облицовки, свойств ВВ заряда и других факторов, скорость головной части струи может изменяться в широких пределах. Например, для алюминиевой облицовки гиперболической формы скорость головной части достигает 11км/сек.»
Различие скоростей головной и хвостовой частей струи приводит к тому, что струя при движении все время растягивается и в конечном счете распадается на отдельные капли.
От автора. Т.е. кумулятивная металлическая струя ведет себя как струя жидкости. Когда, например, струя воды вырывается из брандспойта, она цельная, а через несколько метров она уже состоит из отдельных капель. Это все могут наблюдать. Следовательно, еще раз подтверждается, что ударное ядро не есть некий твердый металлический стержень.
Таблица, приводимая в этой части главы и в которой собраны результаты исследований материалов облицовок из различных материалов и различных толщин, показывает, что например, струя из стали при толщине обкладки 4 мм. имеет скорость 7150 м/сек, тогда как из алюминия при толщине всего в 1 мм. имеет скорость уже 11000 м/сек.
На скорость кумулятивной струи, а следовательно, на ее энергию оказывает огромное влияние материал обкладки кумулятивной выемки. Так, медь дает цельную струю длиной в 10 раз превышающую длину облицовки, тогда как сталь почти вообще не дает цельной струи. Стальная кумулятивная струя с самого начала фрагментируется.
Проще говоря, нет никакого смысла делать стальную облицовку кумулятивной выемки.
Теперь рассмотрим, каким же образом кумулятивная струя пробивает встретившуюся на е пути преграду (броню, бетон, грунт).
Механизм пробивания преграды кумулятивной струей.
Итак, из вышеприведенного текста ясно, что никакого твердого металлического тела, которое якобы и пробивает броню, при взрыве кумулятивного боеприпаса не образуется.
При встрече кумулятивной струи с преградой, на границе возникает очень высокое давление, в 10-100 раз превосходящее предел
прочности материала преграды. В результате возникающего давления струя начинает вести себя подобно воде, ударившей в ледяную стенку, т.е. ,ее материал струи растекается в обратном направлении. Т.е. она приобретает свойства квазижидкости.
Материал преграды также «вымывается» из зоны высокого давления, причем часть материала выносится вместе с кумулятивной струей к свободной поверхности (т.е. назад, а другая часть, за счет пластического деформирования, перемещается в радиальном направлении. Таким образом, образуется углубление (кратер), глубина которого увеличивается пока не будет израсходована вся энергия кумулятивной струи.
На схеме справа, взятой из данной книги, показаны этапы пробивания преграды металлической кумулятивной струей.
Образно говоря, это напоминает проплавление льда струей воды.
На снимке справа: Разрез металлического бруса пробитого (неполное пробитие) металлической кумулятивной струей. Из экспозиции военного музея в г.Кобленц (Германия).
В статье я не имею возможности пересказать весь механизм пробивания преграды кумулятивной струей. Это слишком научно и длинно. Замечу лишь, что ученые, исследовавшие это явление, используют формулы гидравлики и результаты расчетов полностью совпадают с экспериментальными данными. Это еще раз доказывает, что кумулятивная струя ведет себя подобно жидкости, а не твердому телу.
Ударное ядро или поражающий элемент.
На мой взгляд, авторы книги используют более точный термин «Поражающий элемент». Этим термином они обозначают ту часть металлической кумулятивной струи, которая удаляется от места взрыва боеприпаса на десятки метров и достигает преграды в нефрагментированном виде и которая выполняет непосредственную работу по пробитию преграды. Механизм воздействия поражающего элемента на удаленную преграду все тот же самый, что и на расстоянии в несколько десятков сантиметров, описанный выше.
Собственно, кумулятивная струя и ударное ядро это одно и тоже. Просто, открыв явление кумулятивного эффекта на близких расстояниях (сантиметры) никто долго не задавался целью выяснить, а что происходит с кумулятивной струей на расстоянии в несколько десятков метров. По моим предположениям, первыми использовать взрыв кумулятивного боеприпаса для поражения танков в борт на приличном расстоянии стали французы, приняв на вооружение в 1969 году противобортовую мину MAH mod.F.1.
Действие кумулятивной струи на расстоянии в десятки метров в то время не был изучено в должной мере, что и породило ошибочные представления о механизме воздействия боеприпаса на бронеобъекты на расстояниях в метры и десятки метров, а отсюда появились и странные термины Miznary-Shardin effect и Explosive Shaped Projectile. Эти термины наши переводчики толком перевести не смогли, а из объяснений специалистов, которые тогда и сами толком ничего не понимали и родился крайне неуклюжий термин «ударное ядро», введший очень многих в заблуждение.
По мнению академика М.А.Лаврентьева металл облицовки кумулятивной выемки вследствие огромного давления, развивающегося в очень короткое время приобретает свойства идеальной несжимаемой жидкости (квазижидкости) и ведет себя в полном соответствии с законами гидродинамики. В том числе и по характеру воздействия на твердую преграду.
Кстати, этим же и объясняется эффект экранирования борта танка относительно тонким резиновым или металлическим щитом. Кумулятивная струя (поражающий элемент или ударное ядро — называйте как хотите), встретившись с экраном, ведет себя точно также, как и струя жидкости, т.е. фрагментируется и разрушается.
От себя замечу, что сердечник подкалиберного снаряда, т.е. очень твердый стержень с высокой скоростью полета, ведет себя совершенно иначе. Он просто пробивает и экран и борт танка.
Опираясь на теорию академика Лаврентьева, В.В.Майер в своей интересной книге «Кумулятивный эффект в простых опытах» описывает ряд проведенных им опытов с обыкновенной водой, что наглядно показывает эффекты кумулятивного поведения жидкостей.
P.S.
Понимаю, что очень многие, включая моего друга Олега Валецкого, и опираясь на многочисленные публикации, станут доказывать, что кумулятивный эффект и кумулятивная струя это одно, а ударное ядро это нечто совершенно другое.
Однако, прежде чем обрушиваться на меня с критикой «моих заблуждений», прошу внимательно и тщательно прочесть главу 17 «Кумуляция» тома 2 книги авторского коллектива МВТУ им. Баумана под названием «Физика взрыва».
А буде кто не сможет отыскать сию книгу, то я готов предоставить текст этой самой главы
Кумулятивные свойства симазина мало выражены: ежедневное введение крысам с пищей в дозах 1,25 и 2,5 г на 1 кг в течение 4 недель не вызвало патологических изменений. Атразин больше кумулируется в организме: при ежедневном введении в дозе 400 мг на 1 кг через 6 недель погибла половина крыс. Вдыхание пыли симазина в концентрации 0,6—1,31 мг на 1 л вызвало гибель животных после трехкратного воздействия. Местнораздражающим действием препараты .не обладают. Рекомендована ориентировочная предельно допустимая концентрация симазина в воздухе 10 мг на 1 м3.
Кумулятивная способность вещества определяется при повторном воздействии его на организм. Целесообразно определение кумулятивных свойств на уровне порога острого действия. В случае, если ДЛ50 более 10 г/кг, коэффициент определяется на уровне эффективной дозы. На основании полученных данных вычисляют коэффициент кумуляции. При оценке способности вещества к кумуляции следует также учитывать величину зоны хронического и биологического действия.
Воздействие на человека. Различают хронические и острые отравления. Обычно вода не бывает причиной острых форм отравления, но она может вызвать хроническое отравление путем кумулятивного воздействия пестицидов. Жировые ткани аккумулируют главным образом хлорорганические пестициды, а печень и почки наиболее чувствительны к ДДТ.
При воздействии АБС в концентрации 15—20 мг/л радужная форель погибала в течение часа. Гибель 50% некоторых видов рыб наступала при концентрациях АБС 1—3,5 мг/л (Henderson е. а., 1959). Кумулятивные свойства ПАВ выражены слабо, однако возможно накопление некоторых стабильных веществ в органах рыб (печень, гонады) (Hettche, I960). Особенностью действия ПАВ на этих животных является то, что при концентрациях 5—15 мг/л рыбы теряют слизистый покров; при более высоких концентрациях наблюдается кровотечение из жабер в результате диапедеза эритроцитов через тонкую жаберную мембрану, у которой нарушается проницаемость.
При воздействии на человека вредных веществ, загрязняющих воздух, очень важным обстоятельством является то, что он сразу не ощущает их влияния. Примером такого вредного вещества является окись углерода — газ без цбета, вкуса и запаха. Вместе с тем высокие концентрации этого газа могут вызвать тяжелые последствия вплоть до паралича сердца. Другой пример—пары ртути, вдыхая которые человек тоже непосредственно не ощущает их пагубного действия. Между тем это все более широко распространяющееся вредное вещество Обладает кумулятивным действием: оно при содержании во вдыхаемом человеком воздухе более ПДК депонируется в его органах, в частности в печени. Проявление тяжелого заболевания, связанного с отравлением парами ртути, наступает, как правило, после более или менее длительного воздействия их и проявляется при ослаблении организма легким заболеванием (насморк, грипп и т. п.).
Выявленные воздействия продукции на окружающую среду оценивают по географическому охвату, интенсивности изменения уровня воздействующих факторов, длительности действия (кратковременное, непрерывное, периодическое, аварийное), характеру действия (прямое, косвенное, кумулятивное), уровню опасности.
СУММАЦИОННЫЕ ЯДЫ, кумулятивные яды — яды, накапливающиеся в организме, что приводит к резкому увеличению эффективности воздействия или появлению новых негативных последствий. СУММИРОВАНИЯ ПРИНЦИП—см. Принцип суммирования.
Рассматривается и воздействие продукции на окружающую среду, которое оценивается по уровню опасности, длительности воздействия (кратковременное, или импульсное, периодическое, непрерывное, аварийное), характеру воздействия (прямое, косвенное, кумулятивное) и учитывает территориальный фактор. Анализ этих воздействий распространяется не только на продукцию, но и на условия ее производства, на состояние воздушного и водного бассейна предприятия, земельного участка и прилегающей к предприятию территории сани-тарно-охранной зоны.
Для характеристики кумулятивных свойств ядов используется также показатель зона биологического действия Эфф), определяемая как отношение ЛД50 (ЛК50) к пороговой величине Кмин (Смин) при хроническом воздействии.
Эффект долгосрочных воздействий непосредственно не обнаруживается и обычно носит кумулятивный характер. Эти эффекты могут быть вызваны периодическим введением веществ с большим временем «жизни» или непрерывным введением устойчивых либо неустойчивых веществ; они зависят от реакционной способности этих веществ. Протекающие при этом химические и биохимические процессы как физически, так и биологически влияют на окружающую среду.
Метанол — сильный яд, воздействующий на нервную и сосудистую системы с резко выраженным кумулятивным эффектом. При отравлении через желудок вызывает циркуляторный коллаж.
Так как окись углерода не обладает кумулятивным действием, можно считать, что при больших концентрациях она может вызвать острое отравление, но при длительном воздействии относительно низких концентраций хронического отравления этот газ не вызовет. Возможным исключением из этого правила являются описанные выше случаи, относящиеся к лицам, у которых уже имеется пониженная способность крови к переносу кислорода или заболевание сердца и легких. Недавно, однако, снова возобновилась дискуссия по вопросу о возможности возникновения хронического заболевания при непрерывном (или периодическом) воздействии СО в низких концентрациях, присутствующих в атмосферном воздухе (Drinker, 1938; Grut, 1949; Lewey a. Drabkin, 1944; Noro, 1945; Sumari, 1949; Symansky, 1942). Более или менее веские аргументы в пользу этого предположения выдвигаются европейскими авторами. Однако в США более распространено-мнение, что «хроническое отравление угарным газом» невозможно.
В. Токсические вещества. Реакция на воздействие токсических веществ зависит от природы токсического агента, его концентрации, времени контакта, свойств воспринимающей системы, возраста, состояния и других свойств организмов, подвергающихся воздействию. Антагонистические, кумулятивные или синергические взаимодействия с другими веществами, изменения концентрации растворенного кислорода, pH, концентрации питательных веществ, солевого баланса и других факторов изменяют реакцию водного организма на токсические вещества. Следует иметь в виду, что в природе токсические вещества могут выпадать в осадок и затем при изменении окружающих условий поступать в раствор. Контакт организмов с токсическими веществами в природных условиях может значительно отличаться от лабораторных условий. Поэтому следует расценивать результаты лабораторных исследований лишь как ориентиры для суждения о характере воздействия в естественных природных условиях.
В случае многофазных сплавов эрозионному воздействию в периферической зоне в основном подвергается более мягкая •фаза во встречающихся на пути радиального потока межфаз-ных границах. Это воздействие является кумулятивным в том •смысле, что более деформируемая фаза или фазовая граница сильнее отходит от плоскости поверхности и поэтому подвергается воздействию больших сил. В результате происходит частичное или полное удаление выступа. Эти механизмы эрозии наблюдались, например, в латуни марки 60/40, где фаза а эродировала при одиночном ударе, в металлокерамике карбида вольфрама, где частицы карбида «выдергивались» и уносились в периферической зоне, и в сплавах типа дуралюмина, где интерметаллическая фаза удалялась аналогичным образом . В той же работе с помощью высокоскоростного фотографирования было выявлено подъемное действие течения на небольшую ступеньку на поверхности, находящуюся на пути растекающейся жидкости.
Показатели, по которым может быть оценено визуальное воздействие, должны учитывать масштаб визуального влияния (локальное, региональное, национальное), продолжительность восприятия, постоянство визуального влияния (обратимое, необратимое), рекуррентное соотношение (кумулятивное действие).
Усталостный процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, суммирующий действие отдельных факторов при многократном воздействии фрикционных связей, приводящий к отделению частиц рабочей поверхности. Усталостная теория изнашивания твердых тел предусматривает необходимость многократных фрикционных воздействий для разрушения микрообъемов в зоне пятна контакта.
Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей, когда начинает проявляться кумулятивный эффект; реакция возникает в результате ряда действий, каждое из которых самостоятельно не вызывает реакции. Такие суммарные эффекты наблюдаются и при длительном непрерывном воздействии электромагнитных излучений.
В техногенных экосистемах аномалии возникают в основном под воздействием стационарного режима источников выбросов, причем опасность стационарных аномалий заключается в том, что даже при невысоком уровне аномальности (не превышающем допускаемые стандарты) в течение длительного времени воздействия на организмы может иметь место кумулятивный эффект .
Загрязнители разной природы, действуя одновременно, оказывают кумулятивный эффект: вредное влияние меди на растения усиливается в присутствии солей свинца, а также при воздействии радиации. Под влиянием загрязняющих веществ сокращается продолжительность жизни прежде всего долгоживущих видов, способных накапливать их в организме.
Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их складировании происходят многочисленные вторичные химические процессы, и в среду поступают не только известные химикам токсиканты, но и совершенно новые, непредсказуемые по своему воздействию на человека и экосистемы вещества. Установлено, например, что в шлам ах азотного производства при некоторых условиях образуется целый букет нитрозаминов — сильнейших мутагенов и канцерогенов. В промышленных зонах вблизи больших городов скопления отходов вместе с аэрогенными выпадениями образуют значительные техногенные геохимические аномалии многих металлов, которыми загрязняются не только почвы, грунты, но и растительность и подземные воды. Зоны влияния крупных промышленных агломераций простираются на сотни километров, например: Среднеуральской — 300 км. Московской — 200 км, Тульской — 120 км.
Длительное время большинство медико-биологических исследований касалось воздействия на людей полей сравнительно большой интенсивности — с напряженностью ЭМП, измеряемой вольтами и десятками вольт на метр. Исследованиям подвергался персонал, непосредственно имеющий дело с передающей аппаратурой. Лишь в последние 10—15 лет обследованию стали подвергать людей, находящихся под воздействием полей сравнительно небольших напряженностей. Обнаружилось прежде всего, что это воздействие имеет кумулятивный (накопительный) характер. Выявлено также, что эти поля чаще всего воздействуют не непосредственно на органы и систему человеческого организма, а опосредованно, через нервную систему. Отмечено, что в диапазоне метровых волн возможны резонансные максимумы поглощения мощности, обусловленные соразмерностью тела человека с длиной волны, поэтому специальному исследованию подверглась реакция людей на слабые поля частот порядка 150 МГц. В сериях опытов Использовались напряженности поля 7—16 и 3—5 В/м. Опыты Продолжались 25—30 дней при ежедневном облучении по 30 мин. Ыли выявлены заметные воздействия на симпатический отдел НеРвной системы, а через него — на изменение функции периферийных сосудов, выражающееся в перестройке состояния периферического кровообращения, изменении пульса и температурной реакции кожи, на изменение электровозбудимости зрительного а ализатора, скорости некоторых физиологических реакций.
Вещества, загрязняющие водный бассейн, как и загрязнители воздуха, по степени воздействия на организм человека делят на четыре класса опасности: 1 — чрезвычайно опасные, 2 — высокоопасные, 3 — умеренноопасные, 4 — малоопасные. В основу классификации положены показатели, характеризующие различную степень опасности для человека химических соединений, загрязняющих воду, в зависимости от токсичности, кумулятивности, способности вызывать отдаленные эффекты, лимитирующего показателя вредности. Лимитирующие показатели вредности делят на санитарно-токсикологический, общесанитарный, органолептический с расшифровкой характера изменения органолептических свойств воды.
Гербициды в основном значительно менее токсичны для теплокровных, обладают и слабой кумулятивной способностью. Вместе с тем некоторые гербициды небезопасны для окружающей среды. К их числу следует отнести низшие эфиры, отличающиеся большой летучестью. Значительная устойчивость хлортриазиновых препаратов при нарушении правил их применения может оказывать отрицательное воздействие на последующие посевы.
Реакции на загрязнение атмосферы могут иметь острую или хроническую форму, а характер воздействия может быть локальным или общим, токсическим, раздражающим, кумулятивным. В целом считается, что более опасны долговременные воздействия малых концентраций, чем кратковременные, но высококонцентрированные. Отмечено, что поражающий фактор может быть как простой суммой соответствующих эффектов отдельных загрязнителей, так и превышать эту величину (синергический эффект). Например, легочные заболевания встречаются гораздо чаще, если атмосфера загрязняется диоксидом серы в сочетании с пылевыми выбросами. Имеются многочисленные данные о связи легочной, онкологической, кожной и другой патологии с характером и уровнем загрязнения воздуха. Частота заболеваний пропорциональна числу источников загрязнения и зависит от их состава, структуры, химических свойств и ряда других факторов.
Различные виды антропогенной деятельности оказывают как прямое, так и опосредованное воздействие, являются комплексными и сопровождаются синергическими и кумулятивными эффектами.
Считая, что наиболее опасен с экологической точки зрения эффект усиления суммарного техногенного воздействия от двух и более источников техногенеза, правомерно говорить о кумулятивных цепных техногенноантропогенных процессах в границах рассматриваемой экосистемы.
КЛАСС ОПАСНОСТИ загрязняющего вещества — характеристика загрязняющего вещества как источника химического воздействия на организм по степени опасности для человека. Согласно ГОСТ 12.1.007-76, в зависимости от токсичности, кумулятивно-сти, способности вызывать отдаленные эффекты, лимитирующего показателя вредности выделены четыре К.о.: I — чрезвычайно опасные; 2 — высоко опасные; 3 — опасные; 4 — умеренно опасные. К.о. может быть определен по величине индекса опасности. Классификация загрязняющих веществ в различных странах различна.
Аналогичные результаты отмечены И. П. Плетнико-вой (1973) при введении животным внутрь соединений селена — одного из наиболее кумулятивных ядов — и наблюдении за содержанием в крови окисленного глю-татиона и аланинаминотрансферазы. В данном случае воздействие пороговой и более высоких доз вещества было одинаковым: максимальный эффект возникал в один и тот же срок — на 2-м месяце интоксикации.
Авторы подчеркивают, что отсутствуют надежные чувствительные объективные критерии для распознавания ранних форм хронического воздействия диеновых инсектицидов .
Совершенно ясно, что для суперэкотоксикантов необходима своя классификация, которая позволила бы осуществить сравнительный анализ их воздействия на человека. К сожалению, мировая практика в настоящее время ориентируется в основном на изучение непосредственного биологического действия отдельных конкретных веществ с установлением для них ПДК по острой токсичности, что недостаточно дня оценки кумулятивных свойств и отдаленных последствий интоксикации супер-экотоксикангами. Изучение ответных реакций живых организмов на воздействие суперэкотоксикантов показало, что суммарный эффект такого воздействия адекватен эффекту комбинированного действия двух и более веществ, вызывающих мутагенное, канцерогенное, тератогенное, порфирогенное действие, и приводит, как правило, к подавлению клеточного иммунитета, поражению внутренних органов и истощению организма . Однако такое воздействие могут оказывать и вещества, которые относятся к менее опасным по степени воздействия на организм, либо продукты их метаболизма в окружающей среде.
Заметим, что биологическая активность отдельных представителей ПАУ зависит как от индивидуальных особенностей организма, концентрации и продолжительности воздействия, так и от экологической обстановки в целом. Она определяется также физико-географическими, климатическими и погодными условиями. В работах показано, что при исследовании воздействия ПАУ на экосистемы, кумулятивный эффект оказался более выраженным по сравнению с кратковременным воздействием суммарной дозы канцерогена. На основании исследований онкологов и гигиенистов в нашей стране установлены следующие значения ПДК для бенз(а)пирена: 1 нг/м3 (среднесуточная) — для воздуха населенных мест; 20 мкг/кг — для сухой почвы; 5 нг/л — для поверхностных вод . Что касается летальных (смертельных) показателей, то в качестве таковых используются среднесмертельная и абсолютно смертельная дозы (концентрации) — ОЬ50 и ЭЬюо (СГ50 и СЬюо) вызывающие соответственно гибель 50% и 100% подопытных животных. Применительно к высокотоксичным веществам величину токсичности (7) определяют также по формуле Габера, которая не учитывает последствий биотрансформации ксенобиотиков и кумулятивного эффекта.
На территории Российской Федерации эта система основана главным образом на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ или предельно допустимых уровней (ПДУ) антропогенных воздействий. Предельно допустимыми считают такие концентрации или уровни воздействия каждого загрязнителя в отдельности, которые не являются повреждающими для тестовых организмов или популяций. Определение токсичности водной и почвенной сред традиционно основывают на химико-аналитических и бактериологических методах определения отдельных поллютантов. Такой подход недостаточен. По реакции живых организмов (биоиндикаторов или биотестов) или сообществ гидро- и эдафобионтов более адекватно определяется комплексное действие множества различных загрязнителей (поллютантов). Живые организмы способны реагировать на весьма низкие концентрации поллютантов, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами. Необходимо иметь в виду, что интегральное действие комплекса загрязнителей (химических и физических воздействий) может вызвать иную реакцию живой системы, нежели каждый из агентов по отдельности. Кроме того, живым организмам и сообществам свойствен кумулятивный эффект, который приводит к резкому изменению состояния в результате накопления эффектов слабых воздействий.
Необходимость составления территориальных экологических балансов вытекает из того, что современная экологическая регламентация хозяйственного развития регионов, опирающаяся на оценку и ограничение воздействий отдельных предприятий, является далеко недостаточной. Экологическая экспертиза реализует покомпонентный подход и не учитывает комплексную устойчивость, экологическую ёмкость среды и кумулятивный эффект осуществляемых отдельных хозяйственных проектов.
Однако для человека острая токсичность диоксинов и родственных соединений не является критерием опасности. Данные последних лет показывают, что опасность диоксинов не столько в острой токсичности, сколько в кумулятивном действии и отдаленных последствиях. Установлено также участие ПХДД в других биохимических процессах на клеточном уровне. При этом в качестве активного центра, по-видимому, выступает стерически доступный для планарных ПХДД тем, поскольку только железопорфирин по геометрии и электронному строению способен связываться в комплекс с диоксинами . Попадая в организм, ПХДД выступают в качестве индукторов ложных биоответов, способствуя накоплению ряда биокатализаторов-гемопротеидов в количествах, опасных для функционирования клетки. Существенно также, что нарушение регуляторных механизмов приводит к ослаблению защитных функций организма от ксенобиотиков и подавлению иммунных систем. Поэтому даже слабые поражения ПХДД приводят к высокой утомляемости, понижению физической и умственной работоспособности и повышенной чувствительности к инфекциям, особенно при стрессовых воздействиях.
Как правило, различные виды человеческой деятельности (сельское хозяйство, строительство, разработка полезных ископаемых, транспорт, промышленность, рекреация, промысел и т.д.) оказывают как прямое, так и опосредованное воздействие. При этом последние могут действовать по нескольким направлениям. Поэтому антропогенные воздействия часто являются комплексными и могут сопровождаться синергическими и кумулятивными эффектами.
Он оказывает слабое воздействие на печень и раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз животных и людей. Отмечено также сенсибилизирующее действие ЦБС при непосредственном контакте с ним работающего персонала. По степени воздействия на организм человека сульфенамид Ц относится к третьему классу опасности. При вдыханий пыли ЦБС поражаются слизистые оболочки дыхательных путей. Кроме того, ЦБС вызывает аллергию, обладает кумулятивным действием, а на коже при его действии появляются дерматиты. Наиболее поражаемые органы — печень, щитовидная железа, система крови. Предельно допустимая концентрации ЦБС в воздухе рабочих помещений равна 2 мг/м3 и в атмосферном воздухе — 0,026 мг/м3.
Препараты этой группы пестицидов применяются для обеззараживания семян сельскохозяйственных растений, от возбудителей ряда болезней. Они отличаются высокой токсичностью, резко выраженными кумулятивными свойствами, высокой летучестью и стойкостью. Гранозан и др. препараты применяются как фунгицид и бактерицид для предпосевной отработки семян зерновых, бобовых, технических и других культур от воздействия грибных и бактериальных заболеваний.
В реальных условиях особую трудность представляет то обстоятельство, что действие вредного вещества зависит от других, также меняющихся факторов. Так, определенная концентрация вредного вещества (например, Б02) при сухой погоде оказывает совсем иное воздействие, чем при сырой, или присутствие какого-нибудь другого вредного вещества может обусловить возникновение кумулятивного эффекта.
Фонд по сохранению природных ресурсов (1987) оценил субсидирование 1985 года в 65 миллиардов долларов по курсу 1982 года, а Национальная ассоциация производителей представила текущий счет в 70 миллиардов долларов (ЕЗ Т, 1989). Наиболее общий подход связывает тесты на отдельных видах, компьютерные модели, предсказывающие транспорт поллютантов, последствие и подверженность воздействию на окружающую сроду; и модели доза-реакция, которые связывают конечное воздействие и соответствующее последствие для биоты Год от года аналитические обзоры сотрудников исследовательских программ не оставляют места сомнениям, что такой подход является рациональной научной основой для регулирования отдельных поллютантов. Потенциал к различной токсичности поллютантов для чувствительных видов, различная продолжительность жизни этих видов, экологическая компенсация и усиление, кумулятивные и каскадные воздействия на трофическую структуру экосистем — все указывает на необходимость задействования предлагаемого подхода через наблюдение индикаторов экологического состояния в естественных условиях и по характерным для них параметрам.
В статье «Административные проблемы защиты от радиоактивных излучений в штате Нью-Р1орк» («Мирное использование атомной энергии», т. 13, Москва, 1958, стр. 62—63) Тэ-бершоу и Клейнфельд пишут: «Любое ионизирующее излучение потенциально опасно. Несмотря на необходимость разработки правил о максимально допустимых дозах (если это только возможно), следует полностью не допускать воздействия излучения. Особенность излучения состоит в том, что действие его носит кумулятивный характер. Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что каждый луч причиняет какое-либо поражение и что, хотя это пораже ние может непосредственно не обнаружиться и даже, возможно, не имеет значения в пределах средней продолжительности жизни человека, тем не менее кумулятивный эффект его приводит к ряду нежелательных биологических изменений. Нарушение состава крови, образование раковых опухолей, катаракт, влияние на наследственность, дегенеративные изменения, связанные со старением, — вот некоторые из известных последействий облучения. Максимально допустимые дозы облучения не следует считать окончательными и неизменными».
Хлорорганические соединения. ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, алд-рин, эфирсульфонат и другие хлорорганические соединения — пестициды, давно нашедшие широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Они используются в борьбе с вредителями зерновых, зернобобовых, технических культур, виноградников, овощных и полевых культур, в лесном хозяйстве, ветеринарии и даже в медицинской практике. Отличительная их особенность — стойкость к воздействию различных факторов внешней среды (температура, солнечная радиация, влага и др.). Так, ДДТ выдерживает нагревание до 115—120°С в течение 15 ч и почти не разрушается при кулинарной обработке. Этот препарат, обладая высокими кумулятивными свойствами, постепенно накапливается в окружающей среде (вода, почва, пищевые продукты). Его находили в почве через 8-12 лет после применения.
Характерной особенностью для машиностроительного производства является то, что процент вредных газообразных выбросов по отношению к масштабам производства в целом низок. Вследствие этого все мероприятия по охране труда ограничивались в основном установкой вентиляционного оборудования, выводящего вредные газы из рабочей зоны и выбрасывающего их на расстояние, которое обеспечивает их относительную безвредность. При этом не учитывался косвенный эффект такой практики. Действие промышленных газов, например сернистого ангидрида, даже в концентрациях, не представляющих непосредственную угрозу здоровью человека, все же чревато своими последствиями, так как обладает кумулятивным (суммирующим) действием. Именно стремление оградить окружающую среду и в первую очередь организм человека от систематического воздействия вредных выбросов заставляет искать удобные технологические методы улавливания отходящих газов, а возрастающие требования экономической политики диктуют необходимость сочетания методов газоочистки с последующей утилизацией уловленных продуктов.
Пестициды, поступающие при обработке сельскохозяйственных культур, лесных массивов, водоемов, могут длительное время сохраняться в последних, накапливаться в опасных для человека количествах, поступать в организм растений, рыб, водоплавающих птиц, используемых в пищу человеком. Значительная токсичность пестицидов, их способность кумулироваться, оказывать аллергическое, канцерогенное, эмбриотропное, тератогенное, мутагенное и гонадотропное действие дают все основания бороться с загрязнением водоемов этими веществами, хотя относительно более распространенный алиментарный механизм отравления, как правило, обусловлен потреблением загрязненных пестицидами пищевых продуктов. Более значительна опасность хронического воздействия малых доз хлорорганиче-ских пестицидов, которые, в отличие от фосфорорганических, длительное время сохраняются в воде. Незаметное для населения длительное малоинтенсивное воздействие ядохимикатов может, по мнению Л. И. Медведя (1972), способствовать повышению общей заболеваемости. Количества ДДТ и его метаболитов, превышающие допустимые величины, могут, при перо-ральном поступлении, поражать центральную нервную систему, паренхиматозные органы. Они способствуют развитию циррозов, злокачественных опухолей, гипертонии. Обладая кумулятивными свойствами, они накапливаются в жировой ткани, внутренних органах. Кумуляция ДДТ в организме животных установлена в разных районах земного шара. Из организма животных пестициды могут выделяться с молоком.
