Экология/ 2.Экологические и метеорологические проблемы
больших городов и промышленных зон.
К.т.н. Лисьев В.Н.
Харьковский национальный
автомобильно–дорожный университет, Украина
К началу XXІ века урбанизация охватила около 2% площади земного шара. Примерно половина мирового населения уже живет в городах, а в промышленно развитых странах более 75% составляет городское население. Прогнозируется, что к 2025 г. городское население уже составит 2/3 от мирового. В последней четверти ХХ века усилилась тенденция укрупнения городских агломератов и уже более половины горожан планеты проживает в городах с населением более 500 тыс. человек, и с каждым годом эта тенденция только прогрессирует.
Приток в города большого количества людей, ранее проживавших в селах, поселках или малых городах сельскохозяйственных районов, обеспечил формирование специфичного социального и культурного климата крупных городов, для которого характерно: смешение патриархальных верований, привычек и воспоминаний; низкого культурного и образовательного уровня; фантазийных представлений о жизни в большом городе; отсутствие постоянного "общественного контроля" за поведением, существующего в малых населенных пунктах, с одной стороны, и эгоистических нравов, настроений, желаний и возможностей элит различного уровня, с другой стороны. Столкновение всех этих взглядов, а также особенностей развития экономики и специфики промышленного производства на урбанизированной территории большого города приводит к необратимому изменению окружающей природной среды: претерпевает изменение ландшафтный и гидрографический рельеф; естественная растительность сменяется урбанофитоценозами; формируется специфический микроклимат; уничтожается или сильно трансформируется почвенный покров и т.д.
Поскольку большинство больших городов сформировалось из малых населенных пунктов в сравнительно короткие, с исторической точки зрения, временные интервалы, то все эти изменения природной среды носят катастрофический характер, последствия которого негативны как для биоценозов, так и для населения больших городов. Первоначально большие города формировались или у основных транспортных магистралей или в районах получения наиболее ценных энергоресурсов, важных для экономики ископаемых или в районе, имеющем военно–стратегический характер. При этом никто не задумывался о роли природной среды для жизнедеятельности населения. С развитием научных знаний о градостроительстве, биоте, включая человека, и природных биоценозах, стали формироваться определенные требования к городской фауне: эмоциональные; пылезащитные; климатообразующие; шумопоглощающие; бактерицидные (фитонцидные); ионизационные; по защите от химического загрязнения и т.д.
С позиции ландшафтоведения и подходов, принятых в градостроительстве, современные экосистемы города можно поделить на:
- природные территории – лесные и лесопарковые массивы, незастроенные долины рек и ручьев, протекающих преимущественно в открытых руслах и в естественных берегах;
- озелененные территории общего пользования – парки, сады, скверы, бульвары, включая водные объекты;
- озелененные территории ограниченного пользования – территории рекреационных, лечебных и лечебно-оздоровительных, научных, учебных, административных учреждений (также отдельные участки внутриквартального озеленения);
- озелененные территории специального назначения – кладбища, защитные зоны линий электропередач, трубопроводов и других инженерно-технических коммуникаций;
- резервные территории – нарушенные хозяйственной деятельностью, в том числе застроенные территории и участки в долинах рек, на сопредельных с лесными массивами территориях, участки, выделяемые для создания объектов озеленения общего пользования в районах реконструкции жилых кварталов и промышленно-коммунальных зон, а также сельскохозяйственные угодья.
В целом Украина, находясь в зоне умеренно континентального климата, для которого характерны теплое лето, умеренно холодные зимы с устойчивым снеговым покровом, имеет хорошо выраженные переходные сезоны. Господствующей воздушной массой является воздух умеренных широт, поступающий с Атлантического океана, но в течение года сюда периодически проникает арктический воздух с севера и севера-востока или тропический – с юга Европы. Континентальность климата возрастает с запада на восток.
Однако, климатические условия большого города зависят не только от климатических особенностей региона, но и обладают специфическими чертами, так, при антициклональном типе погоды, над городом образуется тепловой купол, центр которого совпадает с экономическим и демографическим центром города. Наличие этого купола тепла предопределяет перемещения воздушных масс в пределах города: от окраин города к его центру - очагу тепла. И чем крупнее урбанизированный массив, тем интенсивнее перемещаются потоки воздуха. Эти потоки имеют восходящий характер. Поскольку основная промышленность города, в основном, размещена на окраинах, то эти потоки переносят загрязняющие вещества (ЗВ) с окраин в центр города и поднимаются над городом. Затем, по мере их охлаждения, они устремляются вниз к краям теплового купола, а оттуда – снова поступают центр. Таким образом, образуется турбулентный поток ЗВ, который только увеличивает концентрацию ЗВ в атмосфере большого города, за счет поступления от транспорта и промышленности, но не позволяет ЗВ покинуть тепловой купол.
Локализацию ЗВ в атмосфере теплового купола можно разрушить, только уменьшив градиент температуры "центр города - окраины" за счет системы зеленых насаждений, фонтанов и акваторий в центре города, которые обеспечат интенсивные нисходящие потоки в центре города. Массивы деревьев в жаркую погоду снижают температуру воздуха на (2-4)°С, а его влажность повышают на 15 %. Однако при этом следует учитывать, что нисходящие потоки создадут повышенную концентрацию ЗВ в зоне зеленых насаждений, фонтанов и акваторий, и эта зона станет не пригодной для рекреации населения.
Таким образом, зеленые насаждения в городе перестают играть роль поглотителей ЗВ и пыли, а концентрируют их. Концентрация ЗВ в такой зоне становится равной средней максимальной концентрации ЗВ в городской черте. На 1 км2 крупного города ежегодно выпадает до 30 т различных веществ, что в (4–6) раз больше, чем в сельской местности. Прямое негативное воздействие городов в некоторых случаях проявляется в радиусе (60–100) км.
Мнение, что растения
способны обеспечить высокое экологическое, почти фоновое состояние атмосферы –
довольно спорное.
Высаженные между
источниками шума и жилыми домами деревья снижают уровень шума на 5–10%. Кроны
лиственных деревьев поглощают до 26% падающей на них звуковой энергии. Крупные
лесные массивы снижают уровни шума авиационных моторов на 22–56% по сравнению с
открытым местом (на одном и том же расстоянии от источника шума). Даже
небольшой слой снега на ветвях деревьев усиливает поглощение шума. Однако, посадка
деревьев с густой плотной кроной по оси улицы с оживленным транспортным потоком
будет играть роль экрана, отражающего звуковые волны по направлению к жилым
домам.
Да, известно, что в солнечный день (конец весны - начало лета), 1га молодого леса, вне урбанизированной территории, аккумулирует (220-280) кг диоксида углерода и выделяет (180-220) кг кислорода. Однако, учитывая, что в течение года средний автомобиль выбрасывает CO2 в четыре раза больше собственного веса (вес легкового автомобиля в среднем составляет 1800кг), то при аккумулировании 280кг СО2 одним гектаром леса необходимо на один легковой автомобиль более 25га леса. Следует учитывать, что при пониженной освещенности и ночью интенсивность поглощения ЗВ растениями даже в "идеальных" условиях уменьшается. Прекращение газообмена зимой у хвойных пород также значительно уменьшает их возможности по "газоочистке" атмосферной среды. В период вегетативной спячки (поздняя осень, зима, а также в период ранней весны), роль флоры, как "очистителя" атмосферного воздуха, снижается многократно. Но в крупнейших мегаполисах мира, только до 10% площади, занятой лесами и лесопарками, близки к природным экосистемам. На остальных землях формируются природно-городские экосистемы, или урбоэкосистемы, состоящие из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промышленными зонами, автодорогами. Урбоэкосистема характеризуется созданием новых типов искусственно созданных систем, которые образовались в результате деградации, уничтожения или замещения природных систем. Урбоэкосистема отличается нарушением круговорота материи и энергии, сокращением биоразнообразия.
Загрязнение атмосферы отрицательно влияет на зеленые насаждения, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов, вызывая повреждение листьев, общее ухудшение существования и даже гибель растений. Первые работы в области газоустойчивости растений были выполнены в Германии, России и США во второй половине XIX - начале XX в. С 1934г. Н.П.Красинским были начаты планомерные исследования газоустойчивости растений в промышленных центрах Московской и Горьковской областей. К этому же времени относится начало систематических исследований американских экологов и физиологов. Эти и последующие исследования показали, что зеленые растения более чувствительны к различным ЗВ, чем животные и человек. Так, допустимая максимально-разовая концентрация SO2 для растений оказалось равной 0,02мг/м3 (для животных и человека – 0,05мг/м3). Большая чувствительность растений связана с большей скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма.
В различных почвенно-климатических условиях растения, несмотря на идентичность состава и концентрации токсических элементов в окружающей среде, накапливают в своих органах разное количество веществ; одновременно изменяется предельный уровень безвредного или поражающего накопления фитотоксиканта в тканях и каждому виду растений свойственна своя предельная доза накопления ЗВ. Это не позволяет разработать единые для всех случаев рекомендации по выращиванию растений в зоне загрязнений.
Необычен в городах и тепловой режим почвы. В летние жаркие дни асфальтовое покрытие, нагреваясь, отдает тепло не только приземному слою воздуха, но и почве. При температуре воздуха (26–27) °С – температура почвы на глубине 20 см достигает (34–37) °С, а на глубине 40 см – (29–32) °С, т.е. там, где сосредоточена основная масса корней растений. Для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них нередко выше, чем надземных. В естественных же условиях, наоборот, жизненные процессы у большинства растений умеренных широт протекают при обратном температурном режиме.
В городах растения часто испытывают недостаток в почвенной влаге из-за стекания ее в канализационную сеть. Из-за уборки опавших листьев осенью и снега зимой в холодный зимний период городские почвы сильнее выхолаживаются и глубже промерзают, чем в лесных массивах. Все это отрицательно сказывается на состоянии корневой системы растений и приводит к деградации городской растительности.
Вывод.
В условиях, которые характерны для больших городов, растительность не только перестает выполнять все защитные функции, за исключением "эмоциональной" и частично – шумозащитную, и деградирует, но и формирует условия для накопления в своих массивах больших концентраций ЗВ, равных значениям максимальных средних концентраций по урбанизированной территории.