Введение
В социальной экологии, которая большинством исследователей
рассматривается в настоящее время как наиболее общее понятие по отношению к
различным проблемам взаимодействия общества и окружающей среды,
сформировались различные научные направления, в том числе и такие, как
экология городов, экология городского населения. Архитекторы-проектировщики
пишут об урбоэкологии, хотя не всегда понятно, относится этот термин к
экологии города или к экологии городского жителя. Поэтому целесообразно
рассмотреть эти два взаимосвязанные, но достаточно специфические
направления исследований и провести между ними четкую грань.
Экология города (урбоэкология)
В некотором приближении город можно сравнить с единым сложно
устроенным организмом, который активно обменивается веществом и энергией с
окружающими его природными и сельскохозяйственными территориальными
комплексами, и другими городами. Важно отметить, что город можно разделить
на две основные подсистемы:
1. территориальная общность людей (все горожане), которая составляет
неотъемлемую часть города и является смыслом его существования;
2. все материальные объекты, которые составляют как бы “раковину” для
всех жителей.
Города служат центрами притяжения для людских и материальных ресурсов.
В крупных и крупнейших городах концентрируются высококвалифицированные
специалисты и рабочие, научная и творческая интеллигенция, хранятся
огромные материальные, культурные, исторические и научные ценности. В
города поступают промышленное сырье и полуфабрикаты, готовая продукция,
плоды сельскохозяйственного производства. Одновременно города
“экспортируют” промышленную продукцию, выбрасывают в окружающую среду
огромное количество отходов. Они становятся центрами техногенных
биогеохимических провинций. Фактически любой крупный город как при
“импорте” вещества и энергии, так и при “экспорте” готовой продукции и
своих отходов связан со всей планетой. Сырье, детали, станки и механизмы,
продукты питания поступают в города (прямо или косвенно) из разных регионов
и отправляются во многие страны мира. Химические вещества, выбрасываемые из
заводских труб больших городов (например, тяжелые металлы), включаются в
глобальный круговорот и выпадают на поверхность земли вплоть до ледников
Антарктиды и Гренландии. Но наиболее существенное влияние города оказывают
на свое непосредственное окружение.
Любой город неповторим и оригинален не только по своей архитектуре и
местоположению, но и по особенностям производства (сочетанию отдельных
отраслей), транспортно-экономическим связям. Изучение экологической
специфики каждого крупного города нашей страны и всего мира — задача крайне
важная, но в высшей степени трудоемкая. Тем не менее, уже сегодня возникают
различные ситуации, при которых для решения практических проблем требуется
усредненная модель города. Как в медицине анатомофизиологические параметры
каждого реального пациента сравнивают с абстрактной “нормой”, полученной в
результате усреднения информации об огромном количестве изученных больных и
здоровых людей, так и в урбоэкологии необходим эталон “города вообще”.
Работа над такой моделью была предпринята экологами Б.Б. Прохоровым и Ю.Н.
Лапиным.
Первоначально в качестве базовой модели был выбран условный город с
численностью населения в 1 млн. жителей, многофункциональный — в нем
представлены основные виды промышленности. Для создания модели эталонного
города использовались сведения о различных городах, которые с
соответствующими поправками пересчитывались применительно к выбранной
модели. Модель составлялась по принципу баланса: на входе — вещества,
поступающие в город в виде сырья, ресурсов, пищевых продуктов, а на выходе
- выбросы в атмосферу, промышленные и бытовые стоки, в природные воды и
отходы, поступающие на городские свалки.
Поступление веществ в города
Для нормального функционирования города нуждаются в самых
разнообразных продуктах и сырье. Больше всего город потребляет чистой воды.
Город с населением в 1 млн. жителей потребляет в год 470 млн. т, или почти
0,5 км2 воды (табл. 1).
Большая часть этой воды из города поступает в природные водотоки, но
уже в виде сточных вод, загрязненных различными примесями. В городах
постоянно осуществляется сжигание топлива, которое сопровождается
потреблением кислорода, идущего в первую очередь на окисление соединений
водорода и углерода. Подсчеты показывают, что миллионный город потребляет в
год около 50,0 млн. т воздуха.
Таблица 1
Поступление веществ (в млн. т/год) в город с населением
1 млн. человек
|Название вещества |Количество |
|Чистая вода |470,0 |
|Воздух |50,2 |
|Минерально-строительное сырье |10,0 |
|Уголь |3,8 |
|Сырая нефть |3,6 |
|Сырье черной металлургии |3,5 |
|Природный газ |1,7 |
|Жидкое топливо |1,6 |
|Горно-химическое сырье |1,5 |
|Сырье цветной металлургии |1,2 |
|Техническое растительное сырье |1,0 |
|Сырье пищевой промышленности, готовые продукты питания|1,0 |
|Энерго-химическое сырье |0,22 |
Следующий по величине поток поступающего в город вещества — минерально-
строительное сырье (до 10,0 млн.т/год), которое служит источником
поступления пыли в атмосферу. Важное место среди техногенных потоков
занимают различные виды топлива (в млн.т/год): уголь - 3,8; сырая нефть -
3,6; природный газ - 1,7 и жидкое топливо - 1,6. Соотношение видов топлива
может быть и другим, но каждый город-миллионер получает в год до 7 — 8
млн.т условного топлива.
В центростремительных потоках веществ, поступающих в город, важное
место занимает сырье для промышленных предприятий. В зависимости от
индустриальной специализации города сырье может быть самым различным. В
обобщенной модели миллионного города даны сведения, “приведенные” к
полииндустриальному центру, в котором имеется черная металлургия (3,5 млн.
т сырья), цветная металлургия (1,0 млн. т сырья). Горно-химическое сырье
составляет 1,5 млн. т, техническое растительное сырье около 1,0 млн. т,
энерго-химическое сырье находится в пределах 220 тыс. т. Особое место
занимают продукты, используемые в пищевой промышленности и поступающие
непосредственно в продовольственные магазины, на рынки и на предприятия
общественного питания. Жители города потребляют за год около 1 млн.т
пищевых продуктов (с учетом отходов при обработке). Таким образом, в город-
миллионер в год поступает около 29 млн. т (без учета воды и воздуха)
различных веществ, которые при транспортировке, переработке дают
значительное количество отходов, часть из которых оказывает отрицательное
воздействие на объекты окружающей среды. Часть загрязняющих веществ
попадает в атмосферу, другая часть вместе со сточными водами — в водоемы и
подземные водоносные горизонты, еще одна часть в виде твердых отходов — в
почву.
Атмосферные выбросы города-миллионера
Состав промышленных и бытовых выбросов города-миллионера, поступающих
в атмосферу, весьма разнообразен. Годовое количество газообразных выбросов
и их состав приведены в табл. 2.
Самая большая доля в составе атмосферных выбросов принадлежит воде
(водяной пар и аэрозоли) и углекислому газу, затем следуют сернистый
ангидрид, окись углерода и пыль. Плотность выбросов этих веществ в год с 1
км площади города-миллионера (в модели его усредненная площадь - 300 км2)
составляет для сернистого ангидрида и окиси углерода около 800 т, пыли —
около 500 т, а окислов азота -около 165 т. Следует подчеркнуть, что
внутригодовое распределение этих выбросов достаточно неравномерно. Максимум
поступлений в атмосферу отмечается в зимние месяцы, когда на полную
мощность работают тепловые электростанции и котельные. Еще один важный
компонент загрязнений приземного слоя атмосферы - углеводороды, которых
выбрасывается ежегодно до 108 тыс. т.
Таблица 2
Выбросы (в тыс.т/год) в атмосферу города с населением
1 млн. человек
|Ингредиенты атмосферных выбросов |Количество |
|Вода (пар, аэрозоль) |10800 |
|Углекислый газ |1200 |
|Сернистый ангидрид |240 |
|Окись углерода |240 |
|Пыль |180 |
|Углеводороды |108 |
|Окислы азота |60 |
|Органические вещества (фенолы, бензол, спирты, |8 |
|растворители, жирные кислоты...) | |
|Хлор, аэрозоли соляной кислоты |5 |
|Сероводород |5 |
|Аммиак |1,4 |
|Фториды (в перерасчете на фтор) |1,2 |
|Сероуглерод |1.0 |
|Цианистый водород |0,3 |
|Соединения свинца |0,5 |
|Никель (в составе пыли) |0,042 |
|ПАУ (в том числе бенз(а)пирен) |0,08 |
|Мышьяк |0,031 |
|Уран (в составе пыли) |0,024 |
|Кобальт (в составе пыли) |0,018 |
|Ртуть |0.0084 |
|Кадмий (в составе пыли) |0,0015 |
|Бериллий (в составе пыли) |0,0012 |
Следующая группа веществ, поступающих в воздух городов, содержится в
количествах на 1-2 порядка меньших, чем предыдущие. К этой группе относятся
органические вещества (фенолы, спирты, растворители, жирные кислоты,
бензол), суммарная масса которых достигает 8 тыс. т /год. Примерно в
одинаковых количествах (по 5 тыс. т) выбрасываются в атмосферу сероводород
и хлор в сочетании с аэрозолями соляной кислоты. Ежегодно в воздух
поступает около 1 тыс. т сероуглерода, несколько больше - фторидов и
аммиака.
Количество выбросов группы наиболее токсичных для человека и объектов
живой природы веществ — свинца, ртути, мышьяка, кадмия, бенз(а)пирена
составляет от сотен до нескольких тонн в год.
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу оставляют “свой след на
земле”. В стране ведется систематическое наблюдение за загрязнением
снежного покрова техногенными выбросами. Исследуются как фоновое
загрязнение снежного покрова, так и загрязнение снежного покрова вокруг
городов. Данные об ореолах загрязняющих веществ вокруг городов и городских
агломераций представляют огромный интерес, так как наглядно демонстрируют
воздействие городов на окружающие их территории, в том числе на
сельскохозяйственные угодья, зоны отдыха горожан, водоемы, заповедные
ландшафты и т.д. Исследования ведутся с помощью искусственных спутников
Земли “Метеор-Природа”.
Некоторое представление о соотношении площади городов и площади
ореолов загрязняющих веществ (пятен загрязнения вокруг них) дают
усредненные показатели, полученные на основе анализа материалов по 540
городам бывшего СССР (табл. 3).
Таблица 3
Средние значения площадей застройки и ореолов загрязнения
а также удаленности края ореолов от центров городов
|Города с |Средняя |Средняя площадь|Удаленность от центра |
|населением,|площадь |ореола |города края ореола |
|тыс. |городской |загрязнения, |загрязнения, км |
|человек |застройки, км2|км2 | |
| | | |Наибольшая |наименьшая |
|Более 1000 |179 |3390 |59 |13 |
|999 - 500 |74 |2370 |44 |12 |
|499 - 100 |34 |1550 |33 |10 |
|99 - 50 |22 |385 |26 |2 |
Средние значения по стране, естественно, существенно отличаются от
конкретных ситуаций. Так, отдельные ореолы загрязнения вокруг Москвы и
других городов и поселков Центрального экономического района слились в
единое пятно (площадью 177900 км2) - от Твери на северо-западе до Нижнего
Новгорода и Бора на северо-востоке, от южных границ Калужской области на
юго-западе до границ Мордовии на юго-востоке. Зона загрязнения вокруг
Екатеринбурга превышает 32,5 тыс.км2, вокруг Иркутско-Череховского
промышленного района — 31 тыс.км2.
Твердые и концентрированные городские отходы
Ежегодно город-миллионер “производит” и по преимуществу накапливает на
окружающих его территориях около 3,5 млн. т твердых и концентрированных
отходов. Концентрированные отходы представляют собой осадки,
накапливающиеся в отстойниках, и концентрат жидких отходов (табл. 4).
Наибольшую массу среди городских отходов составляют зола и шлаки
тепловых электростанций и котельных — около 16%. Вместе со шлаками
предприятий черной и цветной металлургии, горелой землей и пиритными
огарками их удельный вес достигает 30% всех твердых отходов. В качестве
примера вредного влияния этого вида отходов можно охарактеризовать
воздействие пиритных (колчеданных) огарков, получаемых в процессе
производства серной кислоты. Складирование пиритных огарков требует
отчуждения больших площадей ценных земель. Атмосферные осадки вымывают из
отвалов огарков ряд токсических веществ (например, мышьяк), которые
загрязняют почву и водоемы. Велика доля и галитовых отходов, поступающих
главным образом от целлюлозно-бумажной и химической промышленности. Этот
вид отходов достигает 400 тыс. т, или 11% всей массы отходов. Примерно
такова доля и древесных отходов. По 10% приходится на твердые бытовые
отходы и отходы сахарных заводов. Пищевая промышленность дает еще около 4%
отходов.
Особенно неблагоприятное влияние на окружающую среду оказывают
концентрированные осадки от стоков химических заводов в городе-миллионере —
примерно 90 тыс. т в год.
Фосфогипс и строительный мусор составляют около 5,5% всех отходов,
хлорид кальция — менее 1%, различные растворители (спирты, бензол, толуол и
др.) - 2%.
Все остальные отходы, которые город-миллионер “поставляет” в
окружающую среду в твердом или концентрированном состоянии, по своей массе
несколько превышают 25%. Данная часть отходов может весьма неблагоприятно
влиять на среду обитания людей, когда вся эта резина, клеенка, полимерные
отходы, кожа, шерсть и др. сжигаются на городских свалках и в значительной
степени превращаются в атмосферные загрязнения.
Таблица 4
Твердые и концентрированные отходы (в тыс.т/год) города
с населением 1 млн. человек
|Вид отходов |Количество
|
