Экологические особенности городской среды

Байтелова А. И., Гарицкая М. Ю., Чекмарева О. В.

Экологические особенности городской среды

Введение

В настоящее время в городах мира проживает почти половина населения планеты. Россия является высоко урбанизированной страной. Доля городских жителей в нашей стране составляет более 74 % населения. Городская среда становится основным условием жизнедеятельности людей. Показатели ее состояния влияют на сохранение здоровья, продолжительность жизни и трудовой активности горожан. Благоприятная для людей и природы здоровая среда городов обеспечивает физический, психологический и социальный комфорт жителей, гармоничное и устойчивое социальное и экономическое развитие города.

Города как места сосредоточения основной массы жителей Земли призваны удовлетворять их потребностям и обеспечивать достаточно высокое, экологически обоснованное качество городской среды жизни. Но вместе с тем они являются центрами возникновения основных экологических проблем. Город развивается не только как жилой массив, но и как место сосредоточения промышленности и составляющих ее энергетических, транспортных и иных предприятий. Концентрирование производств в больших городах – следствие экономической целесообразности процесса урбанизации.

В то же время в экологическом отношении современный город представляет собой клубок острых противоречий со сложнейшими путями поиска компромиссов. Прежде всего, процесс урбанизации наносит сильнейший удар по хрупкому экологическому равновесию: загрязняются воздушный и водный бассейны, почвы в городах и на прилегающих территориях, изменяются природные ландшафты из-за отчуждения земель, причем не только ради развития собственно города, но одновременно и в целях создания свалок.

Основным объектом экологии городской среды является среда обитания человека (жилая среда), рассматриваемая как открытая экосистема, взаимосвязанная с большой системой – окружающей средой города. При этом выявляются факторы среды обитания разной природы, оказывающие существенное влияние на условия жизнедеятельности человека, и определяющие в своей совокупности уровень ее качества.

Предметом экологии городской среды является изучение взаимоотношений производственной и непроизводственной деятельности людей и природных процессов на территории города, а также обоснование выбора мероприятий способствующих созданию благоприятной и экологически безопасной среды обитания человека.

Данное учебное пособие имеет целью заострить внимание на экологической проблематике городских территорий, подчеркнуть сопричастность всех нас в отношении того негативного, что происходит с природой, а с изменением ее компонентов и с самим человеком, его средой обитания. Рассмотреть возможные пути решения наиболее острых проблем, осмыслить основные направления обеспечения экологически безопасного не только существования, но и поступательного, природосберегающего развития общества.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов по направлениям подготовки «Техносферная безопасность» и «Экология и природопользование»

1 Введение в предмет

1.1 Урбанизация территорий

Экология города, иногда называемая антропоэкологией, – это исследование действий людей (горожан) и сравнение возникших в ходе этих действий оценок людьми тех или иных участков территории города и окружающего город пространства с объективно регулируемым набором свойств этих участков. Практически экология города является ветвью социальной экологии.

Ученые считают, что первые города возникли около 3000 лет тому назад на берегах Тигра и Евфрата, а позднее – Нила. Их появление было связано с необходимостью защиты людей от врагов, а также с развитием ремесел и торговли. Поэтому долгое время города представляли собой военные укрепления, расположенные в стратегических пунктах, часто на берегах рек и морей. Постепенно поселения трансформировались в города, численность городского населения возрастала, а роль городов в развитии общества неуклонно повышалась.

Процесс увеличения численности городских поселений, приводящий к росту и развитию городов, получил название урбанизации.

Урбанизация природы – это превращение естественных ландшафтов в искусственные под влиянием городской застройки. Процесс урбанизации неизбежно сопровождается почти полным изъятием данной территории из той, что ранее была занята естественными экосистемами.

В некотором приближении город можно сравнить с единым сложно устроенным организмом, который активно обменивается веществом и энергией с окружающими его природными и сельскохозяйственными территориальным комплексами, и другими городами. Важно отметить, что город можно разделить на две основные подсистемы:

а) территориальная общность людей (все горожане), которая составляет неотъемлемую часть города и является смыслом его существования;

б) 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) и 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 миллион 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.

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. тонн, или почти 0,5 км2 воды. 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 млн. тонн воздуха.

Следующий по величине поток поступающего в город вещества – минеральностроительное сырье (до 10 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. тонн 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. тонн сырья), цветная металлургия (1,0 млн. тонн сырья). Горно-химическое сырье составляет 1,5 млн. тонн, техническое растительное сырье около 1,0 млн. тонн, энергохимическое сырье находится в пределах 220 тыс. тонн. 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. тонн пищевых продуктов (с учетом отходов при обработке). Таким образом, в городе – миллионере в год поступает около 29 млн. тонн (без учета воды и воздуха) различных веществ, которые при транспортировке и 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.

Урбанизация и в дальнейшем будет играть важную роль в жизни людей, развитии экономики и влиять на состояние окружающей среды. Задача состоит в том, чтобы максимально полно использовать ее положительные стороны, направляя нежелательные процессы в регулируемое русло.

Обеспечение экологической безопасности городской среды основывается на последовательном решении взаимосвязанных, но, вместе с тем, достаточно самостоятельных задач урбоэкологии, учитывая при этом особенности местных условий и экономические факторы:

– планирование экологической совместимости города, как развивающейся социально-экономической системы, с окружающей природной средой;

– градостроительно – функциональное зонирование территории города и разработка ее архитектурно-планировочных решений;

– оценка динамики показателей экологического состояния локальных территорий (по данным мониторинга);

– оценка экологических факторов территорий строительства или реконструкции застройки (по данным инженерных изысканий);

– проектирование строительных систем с учетом факторов окружающей среды, влияющих на качество формируемой среды обитания;

– разработка с учетом конкретных условий средозащитных мероприятий, обеспечивающих выполнение требований к качеству среды обитания.

В наиболее общем виде задачей экологии городской среды является изучение возможностей улучшения (оздоровления) среды обитания человека в городе. Поэтому основным объектом экологии городской среды является среда обитания человека (жилая среда), рассматриваемая как открытая экосистема, взаимосвязанная с большей системой – окружающей средой города.

Формирование науки об экологичной городской среде далеко от завершения, что обусловлено ее постоянным развитием в соответствии с возникновением новых экологичных городских технологий, многообразием существующих поселений с местными проблемами, различием в уровне экономического и социального развития стран, быстрым ростом населения в ряде регионов. В этих условиях исследователями и разработчиками предлагаются различные пути создания экологичной городской среды. Здесь можно выделить следующие проблемы:

а) компактность города. С одной стороны, предлагается существенно повысить компактность экологичного города путем роста этажности, с другой стороны, многие урбоэкологи полагают, что этажность должна быть минимальна. Известны сверх компактные города, расположенные на берегах океана, что улучшает абсорбцию загрязнителей;

б) этажность зданий, включая жилые дома. Многоэтажные полностью экологичные здания пока не построены, но их некоторые преимущества считаются доказанными. Вместе с тем жилые небоскребы существуют и достаточно успешно эксплуатируются, но в них нельзя применить принцип «нулевого потребления энергии», люди в них оторваны от привычных физических полей Земли;

в) отношение к существующей городской среде. Это важная проблема, так как застроенная с использованием прежних урбанистических решений среда является основной средой поселений. Очевидно, что на первом плане должны быть проблемы экореконструкции и экореставрации;

г) размер городов. Пока, как правило, речь идет о небольших экологичных поселениях, но главной проблемой является создание экомегаполисов, экоурбоареалов, которые, очевидно, должны быть полицентричными, с экологическим каркасом, с зелеными территориями и коридорами;

д) уровень использования экологичных городских технологий. Мнения о широте применения современных экологичных технологий различны – от предложений по глубокой экологизиции всех направлений архитектуры, градостроительства, строительства, транспорта, промышленности, энергетики до частичной экологизации;

е) необходимость привития новой этики. Во многих исследованиях это обстоятельство считается определяющим: экологичная деятельность – следствие экологичного мышления. Это и наиболее сложный этап создания городов со здоровой средой: для формирования новой экологичной этики, ее принятия обществом, а главное, для ее использования в практической жизни требуется значительное время;

ж) связь создания экологичной городской среды с обеспечением равноправия. Как полагает большинство исследователей, в условиях неравноправия массовое движение к городу с экологичной средой нереально. Можно создать многообразные по степени экологичности поселения – от экологичных городов в богатых странах с очень высоким уровнем жизни и большим экологическим следом до городов в бедных странах с невысоким уровнем жизни, но такое всемирное общество не будет обладать необходимой устойчивостью. Хотя, безусловно, определенные различия в уровнях городских технологий, качестве жизни, удовлетворении потребностей не только возможны, но и необходимы как объективный элемент этнических предпочтений, здоровой конкуренции.

Россия – самая большая страна мира с огромным разнообразием ландшафтов, климата, геологического строения, этнических предпочтений. Многообразие ландшафтов – от полярных и ледниковых пустынь, тундры, хвойного и лиственного леса до степей, пустынь, полупустынь и субтропиков – имеет прямое влияние на возможность создания экосети. В то же время страна представляет собой единое целое территориально, экономически и духовно.

Вместе с тем структура экологичных городов с такой средой, вероятно, будет разнообразна в связи с разнообразием ландшафтов, климата, социальноэкономических и социально-экологических условий, этнических предпочтений. В связи с эти предлагаются следующие общие требования к структуре экологичного города с благоприятной городской средой вне зависимости от его размера и условий:

– создание здоровых внешней и внутренней сред жизни: экологичная среда жизни, чистый воздух, вода, озеленение, сенсорная экологичность, экологическая красота зданий и участков. Близкая к природной звуковая среда в здании и рядом с ним, близкая к природной среда запахов, экологически обоснованный объем внутренней и внешней сред на одного жителя. «Умные» системы в здании и вне здания для контроля качества среды, «умные» системы для контроля состояния здоровья жителей;

– сохранение и поддержка природы, сокращение площади застройки: озеленение всех доступных вертикальных и горизонтальных поверхностей, озеленение искусственно созданных грунтозаполненных объемов в зданиях и инженерных сооружениях. Строительство зданий, поднятых над поверхностью грунта на высоту этажа с озеленением поверхности под ним, производство биологической продукции на всех озелененных поверхностях зданий и города;

– экологически и экономически сбалансированный выбор строительных материалов: возобновляемые материалы, которые приспособлены к разборке и повторному использованию. Материалы, не загрязняющие среду в течение срока жизни, требующие минимума энергии для их производства;

– ресурсоэффективность, экономическая эффективность эксплуатации, независимость от внешних сетей: обеспечение энергоэффективности и использование возобновляемой энергии, эффективности водопотребления и водопользования, сохранения и рециркуляции материалов;

– минимизация негативного экологического воздействия зданий и отходов: создание системы утилизации всех отходов от зданий и участка, исключение негативных последствий при строительстве, использование местных растений для культурных ландшафтов, исключение химических методов борьбы с вредителями, поддержка зеленых коридоров;

– повышение экологического качества внутренней среды: сокращение содержания вредных летучих веществ в стройматериалах, контроль поступления свежего воздуха, обеспечение доступа к дневному свету, к общественным удобствам;

– решение экологических проблем жилого комплекса, его устойчивости, в том числе к катастрофам: обеспечение легкого доступа к местам работы, учебы с помощью массового транспорта, пешеходных и велосипедных дорожек. Обеспечение устойчивости зданий и города в целом к катастрофическим воздействиям.

На территории России все населенные пункты подразделяются на две категории: города и поселки городского типа; сельские населенные пункты. Для признания населенного пункта городом требуется два условия:

а) численность населения, постоянно проживающего в данном населенном пункте, не менее 10-12 тыс. человек;

б) социальный состав – не менее 85 % проживающих должны составлять рабочие и служащие. В иных случаях населенный пункт признается сельским, либо рабочим поселком, если большинство его жителей заняты в промышленности или на транспорте. Дачным поселком – если большинство его жителей используют данный пункт в качестве базы для отдыха или курортным поселком, если не менее половины его жителей являются приезжающими для отдыха или лечения.

Города и поселки в зависимости от численности населения подразделяются на крупнейшие, крупные, большие, средние и малые.

В настоящее время город перерос в городскую агломерацию – пространственно и функционально единую группировку поселений городского типа, составляющую общую социально – экономическую и экологическую систему. Агломерация в пределах страны или региона характеризуется функциональными связями, сформировавшимися в результате производственной деятельности и производственных отношений. При этом различают конурбацию и мегаполис:

а) конурбация – это группа близко расположенных и экономически связанных между собой городов. Примерами конурбаций являются Лондон, Москва;

б) мегаполис – это крупная городская агломерация, включающая многочисленные жилые поселения, т.е. функциональное соединение ряда городских агломераций. Численность населения мегаполиса значительно превышает 1 млн. человек. На территории США расположены три крупнейших мегаполиса. На северовостоке страны в результате слияния агломераций Бостона, Нью-Йорка, Филадельфии, Балтимора и Вашингтона образовался крупнейший мегаполис с населением в 40 млн. человек. Другой мегаполис, с населением в 30 млн. человек, сформировался на южном побережье Великих озер, в него входят Чикаго, Детройт, Кливленд, Питтсбург. В мегаполис Южной Калифорнии входит Лос-Анжелес и СанДиего.

Одно из первых мест в мире по темпам урбанизации занимает Япония. На Тихоокеанском побережье в результате срастания Токио, Йокогамы, Киото, Нагои и Кобе образовался мегаполис, в котором проживает 60 млн. человек – почти 40 % населения страны.

Однако рост городского населения, особенно в последние десятилетия, оказался настолько стремительным, что окружающая среда (ОС) многих городов мира уже не в состоянии удовлетворить многие биологические и социальные потребности современного человека. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды – атмосферу, растительность, почву, рельеф, гидрографическую сеть, подземные воды, грунты и даже климат.

Урбанизация является мощным экологическим фактором, сопровождающимся преобразованием ландшафта, земельных и водных ресурсов, массовым производством отходов, поступающих в атмосферу, водные и наземные экосистемы. Она поставила перед человечеством ряд экологических проблем, среди которых наиболее острыми являются растущая уязвимость городских систем, миграция, концентрация и дифференциация населения, низкое качество среды обитания, потеря плодородных земель, удаление отходов.

Объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных с загрязнением среды обитания, делает обстановку эпидемиологически опасной в случае нарушения санитарных норм. Жизнь горожан усложняется также из-за перегрузки узких улиц автомобилями и неизбежных автомобильных заторов, в результате которых скорость транспорта в больших городах существенно уменьшается.

Человек сам вполне осознано создает эти сложные урбанистические системы ради улучшения условий жизни. Созданная новая искусственная среда обитания ограждает человека от лимитирующих факторов и действительно повышает комфортность жизни, однако, человек отрывается от естественной природной обстановки, а внешний комфорт оплачивается постоянно усиливающимся состоянием внутреннего дискомфорта.

1.2 Урбоэкосистемы (городские экосистемы)

Урбоэкосистема (городская экосистема) – это пространственно ограниченная природно-техногенная система, сложный комплекс взаимосвязанных обменом вещества и энергии автономных живых организмов, абиотических элементов, природных и техногенных, создающих городскую среду жизни человека, отвечающую его биологическим, психологическим, этническим, трудовым, экономическим и социальным потребностям.

Урбоэкосистема – это неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем. И если первые обеспечивают в той или иной степени комфорт жизни современного горожанина, то вторые, напротив, снижают ее качество.

Городская экосистема состоит из взаимосвязанных и взаимопроникающих подсистем (сред): квазиприродной (преобразованной географической среды), ландшафтно-архитектурной, социально-экономической, общественнопроизводственной. Связь между ними столь велика, что практически ни одна из них в отдельности не может выполнять свои функции, и в то же время отсутствие одной из подсистем влечет разрушение урбоэкосистемы в целом. Город – это природноантропогенная система основным системообразующими факторами которой является человек (он сам и все виды деятельности, осуществляемой в пределах городской территории) и природная среда (рельеф, геология, климат, воды). Взаимодействие этих двух факторов и создает специфическую урбоэкосистему и присущую ей специфическую природно-антропогенную городскую среду. Природные процессы в среде, где возник и развивается город, протекают под его сильным влиянием.

Компонентами городской среды города является атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, грунты, солнечный свет. Это компоненты среды обитания, без которых жизнь человека и других организмов невозможна.

К природно-антропогенным объектам относятся городские леса, парки, сады, озелененные территории жилых и промышленных районов, бульвары, скверы, защитные зоны, каналы, водохранилища и т.д. Природными объектами города являются памятники природы. Природно-антропогенные и природные объекты вместе с компонентами природной среды образуют природную среду города, которая является важнейшей составляющей городской среды.

Среда, окружающая горожанина – это совокупность абиотической и социальной сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно ее можно делить на собственно природную среду, и преобразованную человеком природную среду. В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа – это часть техносферы, т.е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Наряду с наземной частью ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой. К ней относят горные породы и подземные воды, на которые оказывает воздействие деятельность человека.