Магнітні поля Київського метрополітену: екологічний аспект
М.І.Орлюк, А.О.Роменець, І.М.Орлюк
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна
Національної Академії Наук України
пр. Академіка Палладіна, 32, м. Київ, 03680, Україна
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Вступ. Численними дослідженнями [1-6] доведено, що:
- Природне геомагнітне поле і його варіації є екологічно значимими факторами довкілля щодо нормального проходження біосферних процесів, а також функціонування всього ієрархічного ряду біосистем і організмів. Під впливом геомагнітного поля і його варіацій сформована ритміка електрохімічних процесів в організмах, їх робота в цілому, а також окремих органів.
- В залежності від ступеню перевищення екологічних норм магнітного поля в різних діапазонах частот [7] та часу перебування в такому полі, спостерігаються відхилення у функціонуванні: імунної, нервової і серцево-судинної систем (зміна норми в 2-10 разів); ембріоногенезу, резистантності бактерій до антибіотиків, злоякісні новоутворення, загальне ослаблення організму (в 100 разів) і т.ін.; суттєві відхилення у функціонуванні організмів до 1000 разів (для випадку перебування на протязі 10 діб).
На теперішній час відбуваються суттєві просторово–часові зміни магнітного поля природного і техногенного характеру, що потребує їх детального опису. Зауважимо, що в межах мегаполісів геомагнітне поле суттєво спотворюється техногенною складовою від різних електричних і магнітних джерел [8-12]. За цього найбільш інтенсивні зміни як фонових значень індукції магнітного поля, так і його різночастоних варіацій приурочені до метрополітену.
У пропонованій статті викладено результати досліджень змінного магнітного поля на трьох лініях Київського метрополітену, зареєстрованого як у вагоні на всьому протязі руху електричного потягу, так і на платформах під час його приїзду та від’їзду.
Методика дослідження. Магнітні поля були спостережені за допомогою магнітометра MTK Ver:3, який працює у смартфоні BW6000 на базі ОС Аndroid. Значення північної Вх-, східної Ву-, вертикальної Вz-компонент магнітного поля та модуля індукції В були отримані з використанням програмного забезпечення SensorKineticsPro та MetalSniffer, що дозволяє в подальшому опрацьовувати масиви даних в Surfer, Excel та ін. Роботу магнітометра було перевірено шляхом зіставлення з вимірами компонент магнітного поля магнітоваріаційної станції LEMI – 008 на геомагнітній обсерваторії «Київ».
Результати експериментальних досліджень засвідчили, що точність визначення Вх-, Ву-, Вz- компонент поля, а також розрахованого на їх підставі модуля індукції В складає перші мікротесла, що для умов мегаполісів можна вважати задовільним. Головною відмінністю цих вимірів від отриманих раніше є те, що вони були виконані з частотою 10-100 Гц у русі, що розширює діапазон робочої можливості магнітометрів. Іншим аспектом є більш широкий діапазон величин індукції магнітного поля, які можна заміряти (від -500 до 500 мкТл).
Згідно з нашими попередніми дослідженнями найбільш інтенсивні поля спостерігаються у метрополітені [13]. При цьому постійні магнітні поля зумовлюються особливостями будови тунелів і станцій метрополітенів, а також рухомого складу і змінюються в межах (10-20)÷(30-50) мкТл. За експериментальними дослідженнями [10] показано, що для більшості платформ Київського метрополітену статичні магнітні аномалії знаходяться в межах екологічної норми (більше 30-35 мкТл). Але на ряді платформ (Осокорки, Арсенальна, Дорогожичі) величини магнітного поля мають значення 30-10 мкТл, що менше допустимих норм.
Рис1. Схема Київського метрополітену: 1-Святошинсько-Броварська (червона лінія); 2-Оболонсько-Теремківська (синя лінія); 3 – Сирецько-Печерська (зелена лінія).
В даній публікації викладено результати досліджень змінної частини магнітного поля, яка зумовлюється електричними двигунами постійного струму (по 4 у кожному вагоні: 2 – ближче до відносного переду вагона і 2 – у задній частині вагону) та зміною їх робочої потужності. За цього магнітні збурення залежать, насамперед, від робочої потужності електродвигунів, яка у свою чергу визначається прискореннням електропотягу. Прискорення електропотягу, що визначає необхідну потужність двигунів (силу струму) зумовлюється, окрім особливостей будови потягу та колії, також кількістю пасажирів електропоїзду, яка може суттєво змінюватися в різні години доби та манерою керування потягом.
Результати дослідження. Згідно з синхронними замірами величини індукції магнітного поля в межах одного вагону показано, що його значення змінюються в залежності від місця розташування спостерігача і знаходяться в межах від 20-40 мкТл у центрі вагону до 60-100 мкТл – в районі електродвигунів. Графіки безперервного запису (у центрі вагону) модуля індукції магнітного поля на трьох лініях Київського метрополітену наведено на рисунку 2.
Рис.2. Індукція магнітного поля на Святошинсько-Броварській, Оболонсько–Теремківській та Сирецько-Печерській лініях метрополітену.
Як можна бачити з рисунку 2 значення магнітного поля змінюються в межах 20÷500 мкТл. За цього можна відзначити більш контрастні величини для Святошинсько-Броварської та Оболонсько–Теремківської ліній метрополітену у порівнянні з Сирецько-Печерською. Зазвичай для кожної станції спостерігається “двогорба” крива, максимуми якої відображають час приїзду потягу на станцію та від’їзду з неї. В ряді випадків більшими значеннями поля характеризуються вузлові станції, тобто місця перетину ліній метрополітену (Хрещатик, Майдан Незалежності, Палац спорту), або наземних транспортних ліній та їх розв’язок (Шулявська, Лівобережна, Контрактова площа, Почайна, Лук’янівська, Видубичі). Зауважимо, що меншими значеннями магнітного поля характеризується зупинка електропоїзду (80-200 мкТл) у порівнянні з його від’їздом від платформи (200-500) мкТл. Зокрема від’їзд потягу з платформи «Житомирська» характеризується піком 360 мкТл на початку руху та 148 мкТл – при зупинці на станції «Святошино»; «Політехнічний Інститут» – 300 мкТл (130 мкТл – «Вокзальна») і т.д. В проміжку між станціями також спостерігаються окремі збурення (до 100 мкТл і більше на фоні 40÷60 мкТл. Величини магнітних збурень, які спостережені на станціях метрополітену поблизу проїзду електропоїзду, також знаходяться в межах перших сотень мкТл. Магнітні збурення складної форми і тривалості відбуваються під час прибуття на платформу двох поїздів одночасно, або з невеликим зміщенням у часі.
Пікові значення індукції магнітного поля під час прибуття та відправлення зі станції метрополітену спостерігаються в межах 1÷10с, а інтервали часу між ними визначаються часом стоянки поїзду на платформі (10-30с). Інтервал часу з фоновими значеннями магнітного поля визначається відстанню між станціями метрополітену та швидкістю електропоїзду і складає зазвичай 120-240с.
Окрім модульних значень магнітного поля у вагоні метрополітену було проаналізовано також величини його горизонтальної та вертикальної компонент. Не зупиняючись в деталях на їх значних змінах, які відбуваються, звичайно, у ті ж часові інтервали, що і модульні величини, відмітимо цікаву деталь, а саме: правосторонній поворот магнітної стрілки на 360° у випадку інтенсивних збурень магнітного поля під час відправлення електропоїзду зі станції.
Обговорення результатів. Насамперед можна відзначити, що зареєстровані нами під час руху величини індукції магнітного поля мають суперпозиційний характер і зумовлені як постійними полями від конструктивних особливостей вагонів, платформ і тунелів, так і змінних полів, в основному, від електродвигунів. Але з врахуванням отриманих результатів, а також аналогічних теоретичних та експериментальних досліджень [12;14;15], максимальні зміни магнітного поля пов’язані зі змінними полями. Згідно з аналізом отриманих результатів, збурення магнітного поля при прибутті та відправленні потягу зі станції залежить від багатьох факторів, зокрема, від завантаженості вагонів, прискорення, манери керування водія і т.ін. Але незважаючи на це, існують закономірні зміни магнітного поля, які зумовлені насамперед зміною сили струму двигунів при наближенні та зупинці потягу, а також прискоренням при його відправленні зі станції.
Виокремимо геомагнітний та екологічний аспекти отриманих результатів. Стосовно першого, то звичайно, що виявлені електромагнітні поля будуть виступати суттєвими завадами при магнітних та електромагнітних дослідженнях на значній відстані від ліній метрополітену (ґрунтовний виклад цього питання викладено в [15]). Надзвичайно цікавим та актуальним є питання можливого впливу на людину виявлених збурень магнітного поля з періодами 1÷10с, 10÷30с, 120÷240с). Зважаючи на інтенсивність збурень магнітного поля, вони на 1-2 порядки переважають варіації природного походження, але за періодами відповідають регулярним пульсаціям геомагнітного поля (Рс1=0,3-5с; Рс2= 5 -10с; Рс3= 10 -45с; Рс4= 45 -180с; Рс5= 150 -600с). В роботі [1] ці коливання прийнято в якості гармонійних для людини, під впливом яких сформувалася ритміка протікання ряду електрохімічних процесів та роботи окремих органів, зокрема, центральної нервової системи, роботи серця, кровообігу та артеріального тиску. Отже за періодами ці коливання є гармонійними для людини, але за інтенсивністю вони є явно дисгармонійними, що можуть спричинювати їх вплив на магніточутливих людей. Звичайно що питання впливу виявлених збурень магнітного поля потребує подальшого вивчення, оскільки метро користується надзвичайно велика кількість людей щодня. Для повноцінного вирішення цієї задачі необхідним є експериментальне вивчення відповідних показників функціонування організму та окремих процесів і органів людини під час поїздки в метрополітені, але навряд чи це є можливим на теперішній час.
Висновки. Вперше для Київського метрополітену виконано експериментальні заміри модуля індукції магнітного поля В у вагоні електропоїзду під час його руху. Встановлено:
- найбільші зміни магнітного поля зумовлені змінними полями електродвигунів, які розташовані в передній та задній частинах кожного вагону;
- станції метрополітену характеризує двогорба крива зміни індукції В, зумовлена прибуттям та відправленням електропоїзду, при цьому пікові значення поля на протязі 1-10с складають 80÷200 мкТл та 200÷500 мкТл відповідно;
- інтервал між піковими значеннями магнітного поля визначається часом стоянки поїзду на станції і знаходиться в інтервалі 10÷30с;
- фонові значення магнітного поля величиною 20÷50 нТл спостерігаються між станціями метрополітену і їх період визначається відстанню між станціями та швидкістю електропоїзду і складає зазвичай 120-240с.
- встановлені періоди пікових значень магнітного поля відповідають періодам регулярних пульсацій геомагнітного поля Рс1÷Рс5 , які знаходяться в межах 0,2-5с ÷ 150-600с.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Орлюк М.І. Геофізична екологія — основні задачі та шляхи їх розв’язку. Геофиз. журн. 2001. 23, № 1. С. 49—59.
Павлович Н.В., Павлович С.А., Галлиулин Ю.И. Биомагнитные ритмы. Минск: Университетское, 1991. 136 с.
Походзей Л.В. Гипогеомагнитные условия как неблагоприятный фактор производственной среды: дис. ... д-ра мед. наук. / ГУ НИИ медицины труда РАМН. Москва, 2004. 198c.
Сердюк А.М., Григор'єв П.Є., Акіменко В.Я., Протас С.В. Екологічна значущість геомагнітного поля та медично-біологічні передумови гігієнічної регламентації його ослаблення в умовах України. Довкілля і здоров’я. 2010. № 3. C. 9—15.
Серпов В.Ю. Влияние естественных магнитных полей на безопасность жизнедеятельности человека в зонах геофизических аномалий Европейской части России: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. / ГОУ ВПО “Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова МО РФ”. Санкт-Петербург, 2007. 34 с.
Холодов Ю.А. Влияние электромагнитных и магнитных полей на центральную нервную систему. Москва: Наука, 1966. 282 с.
Standard-2015 Randbedingungen: SBM-2015. Institut fur Baubiologie + Nachhaltinkeit. IBN. 18 p. URL: https://www.baubiologie.de (Дата звернення 19.01.2020).
Орлюк М.И., Роменец А.А., Орлюк И.М. Низкочастотный техногенный магнитный шум в г. Киев. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2014. № 3. С. 110—114. https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.03.110
Орлюк М.І., Роменець А.О. Магнітне екологічне поле мегаполісу (на прикладі м. Києва). Екологія і природокористування. 2004. Вип. 7. С. 142—147.
Розов В.Ю., Пелевин Д.Е., Левина С.В. Экспериментальные исследования явления ослабления статического геомагнитного поля в помещениях. Електротехніка і електромеханіка. 2013. № 6, С. 72—76.
Тягунов Д.С. Техногенное электромагнитное поле как экологический фактор. Экология урбанизированных территорий. 2011. № 2. С. 45—50.
Henzl C., Kacor, J., Palecek J. Investigation of magnetic field in the subway station. Adv. Electr. Electron. Eng. 2006. 5, № 1—2. P 254—257.
Orlyuk M., Romenets A., Orliuk I. Natural and technogenic components of megalopolis magnetic field. Геофиз. журн. 2016. 38, № 1. С. 78—86. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i1.2016.107727
Havas M., Shum S., Dhalla R. Passenger exsposure to magnetic field on go-trains and on buses, streetscars, and subways run by the Toronto transit commission, Toronto, Canada. Biological effects of electromagnetic fields: Proceedings of the 3rd International Workshop (Kos, Greece, 4—8 Oct., 2004. P 1065—1071.
Lowes FJ. DC railways and the magnetic fields they produce - the geomagnetic context. Earth. Planets Sp.
2009. 61. P i— xv. https://doi.org/10.1186/BF03352944
Надійшло до редакції 21.01.2020
REFERENCES
Orlyuk, M. I. (2001). Geophysical ecology — main tasks and ways of their solution. Geophys. J., 23, No.1, pp. 49-59 (in Ukrainian).
Pavlovich, N. V., Pavlovich, S. A. & Gallilulin, U. I. (1991). Biomagnetic rhytms. Minsk: Univesitetskoe (in Russian).
Pohodzey, L. V. (2004). Hypogeomagnetical conditions as unfavorable factor of production environment (Doctor thesis). Research Institute of Occupational Medicine RAMS. Moscow (in Russian).
Serdyuk. A. M., Grigor’ev, P. E., Akimenko, V. Ya. & Protas, S. V. (2010). Ecological value of the geomagnetic field, medical and biological preconditions for hygienic regulation of its attenuation in Ukraine conditions. Environment and Health, No. 3, pp. 9-15 (in Ukrainian).
Serpov, V. Yu. (2007). Influence of natural magnetic fields on human life safety in zones of geophysical anomalies of the European part of Russia: (Extended abstract of Doctoral thesis). State educational institution of higher professional education Military Medical Academy S.M. Kirova, St. Petersburg, Russia (in Russian).
Kholodov, Yu. A. (1966). The influence of electromagnetic and magnetic fields on the central nervous system. Moscow: Nauka (in Russian).
Standard-2015 Randbedingungen: SBM-2015. Institut fur Baubiologie + Nachhaltinkeit. IBN. Retrieved from https://www.baubiologie.de
Orlyuk, M. I., Romenets, A. A. & Orliuk, I. M. (2014). Technical low-frequency magnetic noise in Kiev. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr., No. 3, pp. 110-114 (in Russian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.03.110
Orlyuk, M. I. & Romenets, A. O. (2004). Magnetic ecological field of megalopolis (on an example of Kyiv). Ekolohiia i pryrodokorystuvannia, Iss. 7, pp. 142-147 (in Ukrainian).
Rozov, V. Yu., Pelevin, D. Ye. & Levina, S. V. (2013). Experimental research into indoor static geomagnetic field weakening phenomenon. Elektrotehnika i Elektromehanika, No. 6, pp. 72-76 (in Russian).
Tyahunov, D. S. (2011). Technogenic electromagnetic field as an environmental factor. Ecology of Urban Areas, No. 2, pp. 45-50 (in Russian).
Henzl, C., Kacor, J. & Palecek, J. (2006). Investigation of magnetic field in the subway station. Adv. Electr. Electron. Eng., 5, No. 1-2, pp. 254-257.
Orlyuk, M., Romenets, A. & Orliuk, I. (2016). Natural and technogenic components of megalopolis magnetic field. Geophys. J. 38, No. 1, pp. 78-86. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i1.2016.107727
Havas, M., Shum, S. & Dhalla, R. (2004, October). Passenger exsposure to magnetic field on go-trains and on buses, streetscars, and subways run by the Toronto transit commission, Toronto, Canada. Biological Effects of EMFs, 3rd International Workshop, Kos, Greece 4-8 October, Proceedings of the 3rd International Workshop Biological effects of electromagnetic fields (pp. 1065-1071), Kos, Greece.
Lowes, F. J. (2009). DC railways and the magnetic fields they produce - the geomagnetic context. Earth. Planets Sp., 61, pp. i—xv. https://doi.org/10.1186/BF03352944
Received 21.01.2020
M.I. Orlyuk, А.O. Romenets, I.M. Orliuk
S.I. Subbotin Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
MAGNETIC FIELDS OF THE KYIV UNDERGROUND:
ECOLOGICAL ASPECT
The magnetic field is one of the significant environmental factors. Within megalopolises, technogenic magnetic fields often exceed permissible norms. This publication presents the results of studies of an alternating magnetic field of the technogenic origin in the Kyiv underground railway. For the first time, the ^echnogenic component of the magnetic field was experimentally investigated in the frequency range of 10—100 Hz, during the movement of an electric train, with a wide range of measured values of the magnetic induction. It is shown that the sources of technogenic variations of tens and hundreds of microtesla are caused by changing fields, when electric motors are operating. The rhythm of abnormal values is determined by the mode of functioning and design of the undergroun. The revealed periods of peak values of the magnetic field correspond to the periods of regular pulsations of the geomagnetic field Pc1—Pc5, which are in the range 0.2—5.150—600 s. In accordance with the environmental norm, the exposed variations are harmonious by periods, and they exceed the variations of natural origin by several orders of magnitude by the intensity.