Экология города

Экология города

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 |

|Зола и шлаки ТЭЦ |550,0 |

|Твердые осадки из общей канализации (95% влажности) |420,0 |

|Древесные отходы |400,0 |

|Галитовые отходы |400,0 |

|Сырой жом сахарных заводов |360,0 |

|Твердые бытовые отходы* |350,0 |

|Шлаки черной металлургии |320.0 |

|Фосфогипс |140.0 |

|Отходы пищевой промышленности (без сахарных заводов) |130.0 |

|Шлаки цветной металлургии |120,0 |

|Осадки стоков химических заводов |90,0 |

|Глинистые шламы |70,0 |

|Строительный мусор |50,0 |

|Пиритные огарки |30,0 |

|Горелая земля |30,0 |

|Хлорид кальция |20,0 |

|Автопокрышки |12,0 |

|Бумага (пергамент, картон, промасленная бумага) |9,0 |

|Текстиль (ветошь, пух, ворс, промасленная ветошь) |8,0 |

|Растворители (спирты, бензол, толуол и т.д.) |8,0 |

|Резина, клеенка |7,5 |

|Полимерные отходы |5,0 |

|Костра от производственного льна |3,6 |

|Отработанный карбид кальция |3,0 |

|Стеклобой |3,0 |

|Кожа, шерсть |2,0 |

|Аспирационная пыль (кожа, перо, текстиль) |1.2 |

|* Твердые бытовые отходы состоят из: бумага, картон - 35%, пищевые |

|отходы - 30%, стекло - 6%, дерево - 3%, текстиль - 3,5%, черные |

|металлы - 4%. Кости - 2,5%, пластмассы - 2%, кожа, резина - 1,5%, |

|цветные металлы - 0,2%, прочее - 13,5 %. |

Городские сточные воды

Город с миллионным населением ежегодно сбрасывает через

канализационную сеть и помимо нее до 350 млн.т загрязненных сточных вод

(включая ливневые и талые воды с промышленных площадок, городских свалок,

стоянок автотранспорта и т.д.).

Таблица 5

Сточные воды (в тыс. т) города с населением 1 млн. человек

|Показатель |Количество |

|Загрязненные сточные воды |350000,0 |

|В том числе: | |

|взвешенные вещества |36,0 |

|Фосфаты |24,0 |

|Азот |5.0 |

|Нефтепродукты |2,5 |

|синтетические поверхностно-активные вещества |0,6 |

Помимо веществ, приведенных в табл. 5, в сточных водах миллионного

города обнаруживаются в небольших количествах весьма биологически активные

химические элементы. Так, содержание фтора может достигать 400 - 1000 т,

цинка - 25 т, меди - 25 т, мышьяка - 14 т и т.д. Естественно, что

содержание этих веществ в сточных водах обусловлено промышленной

специализацией населенного пункта (в полной мере это, конечно, относится к

загрязнению атмосферного воздуха и твердым отходам).

Таким образом, сточные воды городов играют важную роль в общем балансе

веществ, поступающих в города и удаляемых из них. “Шлейф” водных

загрязнений от больших городов распространяется по естественным водотокам

на десятки и даже сотни километров и может отрицательно воздействовать на

источники питьевого водопотребления, расположенные ниже по течению от места

выпуска городских сточных вод.

Суммарное энергопотребление

Города служат огромными накопителями и выделителями энергии. В рамках

принятой модели можно считать, что ежегодно город с миллионным населением

потребляет энергии около 4,5(1015 кДж/год, или 1,5(1013 кДж/км2/год.

Последняя цифра несколько превышает величину энергии, поступающей от

Солнца на 56 град. с.ш. Концентрируя большое количество энергии, часть ее

города выделяют в окружающую среду. В городе температура воздуха всегда

выше, чем на территориях вокруг него. Происходит это как за счет

техногенной деятельности, так и за счет нагрева солнцем асфальтовых,

бетонных и каменных поверхностей улиц, площадей, стен и крыш домов и т.д. В

больших городах с плотной застройкой температура воздуха может повышаться

до 5°С по сравнению с окружающей местностью. При сильных морозах в центре

крупного города температура иногда бывает на 9-10°С выше, чем на его

окраине.

Концентрация населения вокруг городов

Общеизвестно, что рост количества городов и их численности оказали

существенное воздействие практически на все социальные, экономические и

экологические процессы, происходящие в мире, в том числе и в нашей стране,

где интенсивная урбанизация, связанная прежде всего, с ростом

промышленности, началась с конца прошлого века и особенно усилилась в

советский период. В городах России в 1897 г. проживало 15% населения, в

Советском Союзе в 1939 г.- 32%, в 1959 г.- 48%, в 1989 г.- 66% населения. С

1926 по 1989 г. численность городского населения бывшего СССР увеличилась в

Страницы: 1, 2