Городские ландшафты

ГОРОДСКИЕ ЛАНДШАФТЫ

Характеризуются наибольшей степенью разнообразия хозяйственного использования территорий, а, следовательно, и наиболее разнообразными формами трансформации исходных природных ландшафтов. Процесс урбанизации, то есть роста и развития городов, сопровождающийся увеличением удельного веса городского населения в отдельных регионах, странах и мире в целом, является одним из важнейших аспектов современного этапа развития биосферы.

В настоящее время процесс урбанизации имеет в значительной мере стихийный, неуправляемый характер. С этим связано множество проблем, порождаемых современной цивилизацией. Среди них существенное место занимают проблемы геохимические, связанные с геохимической ролью городов в биосфере на современном этапе её развития.

Воздействие городов, в особенности крупных городов, на биосферу обусловлено тем, что они изменяют большинство компонентов природной среды – атмосферу, поверхностные и подземные воды, растительность, местные физические поля, а в некоторой степени – и климат.

В отношении климата: Большие города получают на 10-15% меньше солнечной энергии и на 5-10% больше осадков. При этом средняя температура в городах на 3-5˚ выше, чем в пригородной зоне. Снеговой покров в городах загрязнён пылью, и потому не только в самом городе, но и вокруг него, имеет более низкое альбедо и намного быстрее сходит весной. Скорость ветра в городах в целом ниже, чем за городом. Но могут возникать так называемые «коридорные» ветры, отражающие особенности высотной застройки и не связанные с общим направлением переноса воздушных масс.

При геохимическом изучении городов важно не только изучение степени загрязнения городских ландшафтов и того, как оно распределено  в отдельных компонентах городских экосистем (в том числе и людях). Нужно изучать геохимические связи между компонентами, направления техногенной миграции элементов, характер и степень трансформации среды под воздействием техногенной химической нагрузки. Нужно понять весь комплекс процессов, протекающих здесь при взаимодействии техногенных и техногенно-изменённых природных компонентов.

В пределах города выделяются экологические блоки, между которыми и происходит миграция загрязнителей.  Они делятся на три группы:

• источники загрязнения (промышленный комплекс, ЖКХ и транспорт);
• транзитные среды (атмосфера и атмосферные выпадения, т.е дождь, снег, пыль; водотоки, водоёмы, грунтовые воды);
• депонирующие среды, где продукты техногенеза накапливаются и преобразуются (водные осадки, почвы, растения, микроорганизмы, люди); особое внимание должно уделяться выявлению геохимических барьеров, на которых концентрируются различные загрязнители.

Источники загрязнения по своему физическому состоянию подразделяются на три группы: твёрдые отходы, жидкие стоки и аэрогенные выбросы. Их дальнейшая судьба разнообразна (см. схему 1, проанализировать). Различна и степень непосредственного воздействия каждой из этих групп на природную среду (обратно пропорциональна количественным параметрам). Подчеркнуть, что речь идёт именно о непосредственном воздействии, тогда как в долгосрочном плане количественные параметры могут быть более важными. Очень характерная черта большинства городских источников загрязнения – комплексность их состава (моноэлементные или монокомпонентные отходы практически неизвестны). При этом достаточно уверенно выделяется группа ведущих загрязнителей (наиболее часто встречающихся элементов). По данным современных геохимических исследований это (по частоте встречаемости: Zn, Cu, Cd, Hg, Pb, Ag, Sn, Cr, Ni). Видно, что ведущую роль играют элементы первого класса опасности. В то же время, все элементы в этом списке обладают повышенной технофильностью (сочетание низкого кларка с активным использованием в промышленности).

Рассмотрим отдельно влияние разных групп источников загрязнения.

Твёрдые отходы – это совокупность промышленных отходов, бытовых отходов и осадков городских очистительных сооружений. В развитых странах на одного человека образуется 3-5 тонн промышленных отходов в год и примерно на порядок меньше бытовых. Основной объём дают предприятия металлургии, энергетики, машиностроения и строительной индустрии. Это шлаки, зола, шлам, формовочные материалы, строительный и производственный мусор, уловленная очистными сооружениями пыль и т.д.

Зола и шлаки тепловых электростанций обогащены рядом микроэлементов, в том числе токсичных (Be, B, Zn, Pb, Mo, U и др.), что отражает их повышенные содержания в топливе (в основном в углях). Специфика нашей страны в том, что эти отходы здесь практически не утилизируются (в Германии – до 85%, в России – не более 10%).

Очень опасный вид твёрдых промышленных отходов – осадки гальванического производства. Они содержат токсичные металлы и соединения в очень высоких концентрациях. Концентрации Cd, Bi, Sn в отходах гальванического производства превышают кларковые в тысячи раз, Cu, Cr, Zn, Ni, Pb – в десятки и сотни раз. Аналогичные уровни накоплений токсичных металлов могут быть связаны с отходами химических производств.

Предприятия машиностроения, где практикуется абразивная обработка металлов, могут дать огромные количества металлоабразивной пыли – до 3 кг на станок за смену. Концентрация токсичных металлов в пылевых продуктах таких предприятий может составлять десятки процентов.

Особая проблема городов – утилизация твёрдых бытовых отходов. Они весьма разнообразны по составу и потому трудно поддаются утилизации. К тому же, некоторые их ингредиенты (стекло, керамика, пластмассы) не разрушаются или очень слабо разрушаются под действием естественных реагентов и могут сохраняться в природных средах очень долгое время. Есть два способа обращения с бытовыми отходами. Первый способ – их складирование на полигонах. Второй – уничтожение на мусоросжигательных заводах. Складирование практикуется в США, Канаде и ряде других стран, в том числе в России. Но следует подчеркнуть специфику России, где места складирования (свалки – название-то какое выразительное!) совершенно не соответствуют международным стандартам. Они никак не оборудованы, не имеют никакой защиты, ограждения или чего-то подобного. И, как следствие, становятся сами источниками загрязнения окружающих территорий.

В Японии и большинстве стран Европы, напротив, основная или хотя бы значительная доля бытового мусора сжигается. В Японии – 75%, Дании – 65%, Швеции – 55%, Франции – 42%, Германии – 35%. Но, как выяснилось, мусоросжигательные заводы, призванные бороться с загрязнением природной среды, сами являются её серьёзным загрязнителем. Решается проблема пространства – так как объём образующейся при сжигании мусора золы составляет только 20-30% объёма сожжённого мусора. Но образуются весьма токсичные отходы в виде шлака, летучей золы и газов. Подсчитано, что при сжигании 1 тонны мусора в атмосферу выделяется 23 г свинца, 4 г ртути, 1,3 г кадмия. Как источник загрязнения атмосферы, сжигание мусора по своим масштабам сопоставимо с такими природными процессами как вулканизм или дефляция.

Кроме того, среди отходов мусоросжигательных заводов большую роль играют продукты неполного сгорания мусора. В них установлено более 100 опасных веществ. В том числе – полиароматические углеводороды (бенз(а)пирен и другие), диоксины, а также соляная кислота, сернистый ангидрид, фенолы и прочие углеводороды и так далее.

Выброшенные в атмосферу продукты сжигания мусора неизбежно возвращаются в воды, в почву и, в конечном счёте, загрязняют токсичными компонентами все природные экосистемы. Они накапливаются в разных средах, включая организмы растений и животных (в том числе человека), и оказывают очень неблагоприятное воздействие. Поэтому один из геохимиков образно назвал мусоросжигательные заводы «помойками на небе». Реальное внедрение такой формы утилизации бытовых отходов имеет смысл лишь в случае обеспечения тщательной очистки выбросов продуктов сожжения мусора и захоронения (либо дальнейшей переработки) отходов. Последний вариант – дальнейшая переработка – даже предпочтительнее, так как может частично заменить добычу соответствующих полезных ископаемых.

Но условием переработки (по крайней мере, сейчас) является раздельный сбор различных видов отходов. Это достаточно эффективно реализуется в Германии, в странах Прибалтики, но в России такой вопрос никак не решается. Когда-то, ещё при Н.С. Хрущёве (который «подсмотрел» это в ГДР) у нас пытались отдельно наладить сбор хотя бы пищевых отходов, и вывозить их на свинофермы. Пришлось от этого отказаться, так как наши «граждане» сыпали в бачки для пищевых отходов всё, вплоть до битого стекла. И пока, видимо, наиболее экологичным способом решения проблемы бытовых отходов в наших условиях является их прессование, которое позволяет в несколько раз уменьшить объёмы мусора.

Особая разновидность твёрдых отходов – пастообразные осадки городских очистительных сооружений. В принципе основной их объём составляют фекальные стоки. Такие осадки содержат 70-80% органических веществ. В принципе, они вполне могут утилизироваться – используясь, после небольшой дополнительной подготовки, как нестандартизированные удобрения. Но это – в принципе. То есть, почти во всём мире. А если учитывать специфику нашей страны, то именно у нас, в большинстве случаев, – не могут. Потому что в России около 70% промышленных предприятий сбрасывают сточные воды в систему коммунальной канализации. И, соответственно, загрязняют её всем букетом тяжёлых металлов и других токсичных отходов. Поэтому в окрестностях крупнейших городов страны хранятся в специальных накопителях сотни миллионов тонн таких осадков, которые без дорогостоящей обработки утилизировать невозможно.

Выбросы в атмосферу связаны со многими источниками загрязнения, но основная роль принадлежит предприятиям энергетики, металлургической, химической и нефтехимической промышленности, а также автотранспорту. Ведущие промышленные загрязнители – оксиды серы, углерода и азота, разнообразные углеводороды, а также твёрдые частицы (пыль, зола, сажа). При высоких содержаниях в пылевых выбросах тяжёлых металлов, токсичность их многократно увеличивается. Распространённость тяжёлых металлов в пылевых выбросах городских предприятий тяжёлые металлы располагаются в следующей последовательности (от более к менее значимым):

Hg, Sb, Zn, Cu, Pb, Sn, W, Mo, Ni, Ag, Co, Cr, V, Cd

В настоящее время представления о степени «вредности» различных отраслей промышленности меняются, что связано с внедрением в производство новых материалов и технологий. Так, ранее предприятия лёгкой промышленности считались «экологически» безопасными. Но теперь, с широким внедрением использования синтетических волокон, полимеров, разнообразных красителей, клеящих материалов и т.д., многие предприятия лёгкой промышленности по набору загрязнителей в их выбросах уже не уступают химическим производствам. Они поставляют в атмосферу аммиак, сероводород, ацетон, формальдегид, различные смолы, кислоты и т.д.

На долю автомобильного транспорта в разных городах мира приходится от 30 до 90% загрязнения атмосферы. При этом среди автомобильных выбросов есть весьма опасные (свинец, бензапирен, другие углеводороды). При этом, в отличие от промышленных предприятий, выбросы которых доставляются трубами на большую высоту и рассеиваются на большем пространстве, транспортные выбросы поставляются в приземную атмосферу. Наибольшее воздействие эти выбросы оказывают на детей, которые из-за низкого роста дышат самым загрязнённым воздухом. При этом, по образному выражению А.И. Летувнинкаса, автомобиль в городе подобен таракану в квартире – он проникает везде, в том числе в зоны отдыха, в жилые кварталы, формирует «табуны» у жилых подъездов, больниц, школ и т.д. И везде делает своё «грязное дело». А в нашей стране, при низких требованиях к концентрации загрязнителей в автомобильных выхлопах, уже много лет наблюдается наплыв устаревших моделей, запрещённых к эксплуатации в других странах, но у нас вполне подходящих по нормам эксплуатации.

Жидкие стоки – ещё одна компонента городского загрязнения. Они подразделяются на условно чистые (то есть прошедшие предварительную очистку на очистительных сооружениях предприятий), и требующие предварительной очистки.

Условно чистые стоки на самом деле не всегда действительно являются достаточно чистыми. Они могут содержать достаточно высокие концентрации токсичных металлов и различных соединений, хотя и многократно сниженные по сравнению с исходным их содержанием в первичных отходах. А в реальности их концентрации могут превышать местные фоновые значения в сотни и тысячи раз. И при этом они напрямую сбрасываются в местные водоёмы.

Стоки, требующие предварительной очистки, подразделяются на:

- загрязнённые промышленные стоки;

- коммунально-бытовые стоки;

- поверхностный сток с загрязнённой  территории.

В разных городах их соотношение различно.

С промышленными стоками в городскую канализацию поступают чаще всего нефтепродукты, сульфат- и хлорид-ионы, фенолы, сложные органические соединения, минеральные и органические взвеси, соединения тяжёлых металлов. Интересно, что тяжёлые металлы обнаружены даже в стоках тех предприятий, где они, вроде бы, в технологическом цикле вообще не применяются.

Коммунально-бытовые стоки образуются в результате жизнедеятельности городского населения. И их количество возрастает пропорционально уровню жизни жителей города. Даже объём суточного потребления воды растёт в той же зависимости. Так, в целом по России норма потребления воды на одного человека составляет 250 л/сут., а в Москве – 380 л/сут. Средняя концентрация загрязняющих веществ в коммунально-бытовых сточных водах составляет около 1 кг/м3. Из них около 50% находится в растворённой форме, около 40% - взвешенные вещества.

Большая часть растворённых веществ – это минеральные соединения. Они представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, сульфатами, гидрокарбонатами и др. В органической части присутствуют азотистые и другие соединения. Специфической их частью являются детергенты – смесь веществ, входящих в состав моющих средств. Это смягчители воды (обычно фосфаты), ферменты, отбеливатели, покраски, отдушки и т.д. Но самыми опасными среди них являются СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества. Сами по себе они не токсичны. Но они концентрируются в поверхностном слое водоёмов и негативно влияют на обмен веществом между водой и атмосферой. Уменьшая поверхностное натяжение воды, они образуют хлопья пены даже при самом небольшом волнении, препятствуют поступлению в воду кислорода, солнечной энергии, способствуют накоплению во вспененной плёнке токсичных металлов. Всё это угнетающе действует на многие водные микро- и макроорганизмы. Самоочистка природных водоёмов от СПАВ может происходить при их биохимическом разложении, а также при сорбции взвешенными частицами и донными отложениями.

В окислительных (аэробных) условиях СПАВ достаточно быстро окисляются донными микроорганизмами. Но в анаэробных условиях они могут накапливаться в донных илах, превращая их во вторичные источники загрязнения.

Поверхностный сток с загрязнённой городской территории большей частью формируется весной при таянии снега, а также летом и осенью во время сильных дождей. Основными поставщиками загрязнения являются:

- загрязнённые городские почвы;