Компонентное воздействие городов

С увеличением числа и размеров городов увеличивается и количество экологических проблем. Изменяются физические показатели среды: шум, круглосуточное освещение, электромагнитные поля постоянно окружают горожанина. Показатели здоровья жителей городов постоянно понижаются. Люди живут в условиях экологического дискомфорта, а большая часть — в районах предельного дискомфорта. Распространены болезни органов дыхания, астма, различные виды аллергии, сердечно-сосудистые заболевания, болезни печени, желчного пузыря, органов чувств, причины которых в значительной степени экологические.

Как известно, города формируют свой микроклимат, отличный от климатических показателей окружающей природной территории. Изменение метеорологических характеристик на урбанизированных территориях связано с нарушением теплового баланса в их пределах вследствие особенностей застройки, повышенного выделения энергии и большей «запыленности» воздуха. К основным показателям, характеризующим изменение микроклимата в городах, относятся: количество предприятий и численность работающих, а также объем потребляемых веществ, энергии и отходов производства (при определенном уровне производственной и очистной технологии).

Среди факторов, обусловливающих изменение динамики климатических процессов на урбанизированных территориях, особое место занимает характер организации территории, включая особенности ее застройки. Высокий процент застроенной и асфальтированной площади обусловливает повышенный уровень стока даже во время небольших дождей. Эти гидрологические изменения имеют и непосредственные последствия в метеорологическом режиме городов. В период между дождями количество влаги в воздухе ниже в городе по сравнению с окрестностями, и в результате в воздухе городов остается нереализованным определенное количество тепловой энергии, которая должна тратиться на процесс испарения (600 кал на 1 г воды). В связи с не реализованной на испарение воды тепловой энергией и повышенным выделением ее многочисленными источниками в городах в дневное время образуются «тепловые острова». Ночью же каменные поверхности отдают тепло быстрее, чем поверхности за пределами города, покрытые растительностью, в результате чего образуются так называемые городские бризы. Эффект «теплового острова» наиболее выражен в крупных городах и агломерациях, обусловливая азональность климатических условий городов — их более «южный» характер по сравнению с сельской местностью.

Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60−70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Выхлопные газы автомашин приносят основную массу свинца, износ шин — цинк, дизельные моторы — кадмий и другие тяжелые металлы, которые относятся к сильным токсикантам. Промышленные предприятия выбрасывают много пыли, окислов азота, железа, кальция, магния, кремния. Эти соединения не столь токсичны, однако снижают прозрачность атмосферы, дают на 50% больше туманов, на 10% больше осадков, на 30% сокращают солнечную радиацию. По сведениям американского специалиста К. Фрейзера, над Вашингтоном помутнение атмосферы с 1905 по 1964 г. составило 57%, а над одним из швейцарских городов — 88%. В целом на 1 человека приходится 46 кг вредных веществ в год.

Более активная конденсация влаги приводит к увеличению количества осадков в городах на 5−10%. Всем известно об их кислой реакции. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10−20% солнечной радиации и скорости ветра.

При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городами охватывают слои атмосферы в 250−400 м, а контрасты температуры могут достигать 5−6 °С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогу.

Впервые появление смога было зафиксировано в ЛосАнджелесе в конце 40-х гг. XX в. Причиной его стало чрезмерное загрязнение воздуха промышленными и транспортными выбросами. В декабре 1952 г. явление смога, вызвавшее катастрофические последствия, наблюдалось в Лондоне. Его жертвами стали около 4 тыс. человек, погибших из-за увеличения числа респираторных заболеваний, — столько же, сколько во время эпидемии холеры в 1854 г. В лондонском смоге токсической примесью был диоксид серы, концентрация которого достигала 5−10 мг/м³ (при ПДК- 0,05 мг/м³).

Сейчас выделяются несколько типов городского смога: лондонский, аляскинский (ледяной) и лос-анджелеский (фотохимический). Практически все крупнейшие города мира страдают от смогов (от англ, smoke — дым +fog — туман).

Причинами образования смога лондонского типа служат высокие концентрации в воздухе сернистого газа, пылевых частиц и тумана. Главным источником загрязнения атмосферы служат продукты сжигания угля и мазута.

Ледяной, или аляскинский, смог образуется при отрицательных и стабильных температурах и при малом количестве солнечной радиации. Представляет собой смесь твердых, газообразных (в основном SO2) веществ и кристаллов льда. Его действие сходно с лондонским.

Лос-анджелесский возникает в результате фотохимических реакций, протекающих под действием коротковолновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые выбросы. Обязательным условием образования смога служат высокие концентрации фотооксидантов: оксидов азота, углеводородов, галогенов и других соединений, и безветрие. Эти вещества в незначительном количестве всегда присутствуют в воздухе больших городов, но в фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые. В Лос-Анджелесе, например, ежедневно свыше 4 млн автомобилей выбрасывают в воздух около 1 тыс. т оксидов азота. В процессе фотохимических реакций возникают новые, более ядовитые вещества, чем сами выбросы. При фотохимическом смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домашние животные. У людей смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, появляются симптомы удушья, обостряются хронические легочные и сердечно-сосудистые заболевания. Смог оказывает вредное влияние на растения (многие из них погибают), способствует коррозии строительных материалов, растрескиванию лакокрасочных покрытий, резиновых и синтетических изделий, вызывает порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта, увеличивается число аварий.

Явно выраженный фотохимический смог в Лос-Анджелесе бывает более 60 дней в году. Фотохимическому смогу подвержены такие крупные города, как Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Токио, Милан. Резко возросла опасность возникновения фотохимического смога в крупных городах России в связи с быстрым ростом числа автомобилей. В настоящее время смог представляет большую опасность для жителей многих городов, он регистрируется в Москве, Санкт-Петербурге.

Совокупная муниципальная и промышленная деятельность ведут к значительной техногенной трансформации водных ресурсов населенных пунктов. Наряду с изменениями гидрогеологических условий (подтопление, осушение, просадка и пр.) одной из форм техногенной деформации городской среды является загрязнение поверхностных и подземных вод промышленными и коммунальнобытовыми стоками. Нередко даже условно чистые стоки содержат высокие концентрации загрязнителей, в десятки и сотни раз превышающие ПДК. Они в свою очередь являются дополнительным источником загрязнения, особенно если сбрасываются в открытые водоемы. Химический состав таких стоков с территории города, поступающих в канализационную сеть, отражает общую картину загрязнения городской территории. Они могут служить вторичным источником загрязнения, главным образом подземных вод.

Гидрогеохимия поверхностного стока в городах существенно отличается от фоновых условий. Меняется основной химический состав вод, степень их минерализации, содержание и соотношение макрокомпонентов. Исследования показали, что слабоминерализованные (200−400 мг/л) гидрокарбонатные фоновые воды в городах становятся солоноватыми (1 г/л и выше), гидрокарбонатносульфатными, а в период снеготаяния, когда растворяются противогололедные смеси, — хлоридными натриевыми. В городских поверхностных стоках содержание хлора, сульфат-, нитрити фосфатионов, натрия и калия в среднем в десятки и сотни раз больше, чем в фоновых условиях. При этом на твердой асфальтированной поверхности резко увеличивается ионный сток, который здесь выше на порядок, чем в природных и даже агроландшафтах. Особенно характерны для поверхностных вод городов синтетические загрязнители — фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВ), полихлорбифенилы (ПХБ). В ряде случаев они усиливают миграцию тяжелых металлов за счет образования растворимых комплексных соединений.

Часть проблем площадного стока с городской территории могла бы решить ливневая канализация — система отвода излишка воды от атмосферных осадков за пределы домовладения, улицы или целого района. Наряду с дренажными установками, она помогает сохранять целостность и прочность зданий и сооружений, продлить срок службы дорожных покрытий ит. д., но в большинстве городов она устарела и не справляется с сильными ливнями.

Повсеместной «городской» проблемой является подтопление территории. В частности, по исследованиям, проведенным в г. Омске в течение 20 лет, выяснили, что если в середине прошлого века для этого города глубина залегания грунтовых вод составляла — 5−7 м, то сейчас на большей части территории города она редко превышает 2 и в основном составляет 1 м. Уплотнение грунтов в основании инженерных сооружений способствует снижению их пористости, водопроницаемости и снижению коэффициента фильтрации в несколько раз. При применении асфальтных покрытий территории изменяются показатели испарения с поверхности, направление поверхностного стока и вследствие конденсации увеличивается уровень грунтовых вод.

Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает катастрофических размеров. При огромных расходах на очистку даже водопроводная вода содержит некоторое количество вредных соединений, главным образом удобрений и ядохимикатов. Водные ресурсы используются нерационально — более 20% воды уходит неиспользованной, так называемая серая вода. Например, только для бритья за один раз иногда используется до 100 л. Там, где имеются счетчики, водопотребление в 2−3 раза меньше. Объемы сточных вод достигают 1 м³ в сутки на одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных источников, например, в Москву вода доставляется из Волги. Сточные воды городов на.

98,6% подвергаются биологической очистке, однако в водоемы все же попадает очень много песка, соли, подкисленной и теплой воды.

Водоносные горизонты под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а кроме того, загрязнены на значительную глубину.

Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших площадях, под магистралями и кварталами, он физически уничтожен, и даже в зонах рекреации — парках, скверах, придомовых территориях — сильно уплотнен, загрязнен бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, тяжелыми металлами. Из-за сведения растительного покрова почва обнажена, что способствует водной и ветровой эрозии. В пределах города почвы значительно отличаются от своих аналогов в данной природной зоне. В первую очередь надо отметить повышение pH до 8−9, что связано с поступлением из атмосферы карбонатов кальция и магния. Почвы обогащены также органическими веществами, главным образом сажей. Содержание тяжелых металлов в 4−6 раз превышает фоновое.

Отсутствие организации полноценного отдыха горожан приводит к полной деградации экосистем, окружающих города, и невозможности общения с естественной природной средой. Проблема рекреации горожан, особенно крупных агломераций, стоит очень остро, особенно в контексте недостаточного озеленения самих населенных пунктов (см. лекцию 18). В большинстве городов страны этот показатель значительно ниже 30% - необходимого минимума.

Урбанизированная среда является местом жизни не только человека, но и многих животных и растений, которые претерпевают определенную трансформацию. Города породили возникновение новых, вряд ли существующих в природе экологических ниш (особенно с точки зрения питания и структуры занимаемого пространства). Появились синантропные виды среди животных (голуби, крысы, мухи и др.) и растений (крапива, лебеда, лопух и др.). Системы озеленения населенных пунктов, окультуренные, поддерживаемые человеком, часто занятые видами-интродуцентами, могут представлять угрозу для естественных видов.

Растительность испытывает сильное антропогенное воздействие. Преобладают газоны, цветочные клумбы, вазоны, кустарниковые искусственные насаждения. Деревья уже встречаются обычно отдельными экземплярами. Структура антропогенных фитоценозов не соответствует зональным и региональным типам естественной растительности. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения. До 30−40% насаждений затронуто болезнями, повреждено и потеряло способность к самовозобновлению. Центральные районы большинства населенных пунктов России вообще утратили древесные формы в угоду, например, автомобильным стоянкам. Хотя в Европе есть примеры городов (Прага, Амстердам, Берлин и др.), где не только улицы, а целые районы, особенно исторические, полностью освобождены от движения транспорта и озеленены.

Город как форма расселения имеет множество достоинств, которые сочетаются с не меньшим числом недостатков. Эта противоречивость порождает бесконечные споры о городе, его эффективности и праве на существование. Ясна необходимость планомерных действий по улучшению качества городской среды. Без разрешения экологических проблем невозможно комплексное социальноэкономическое развитие крупных городов.