Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Августа 2014 в 07:51, доклад
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.
ПАУ, являющиеся сильнейшими канцерогенами, образуются в результате газификации угля, деятельности коксохимических, металлургических и других производств, где происходит неполное сгорание органических веществ. Специализированные наблюдения, проводившиеся в Братске на протяжении всего 1994 г., показали, что среднегодовая концентрация бенз(а)пирена в атмосфере города превысила ПДК в 15 раз, а шесть раз за год были отмечены случаи 100-кратного превышения.
Формальдегид (НСНО) оказывает на организм человека общетоксическое, аллергическое, канцерогенное и мутагенное воздействие. Он также является побочным продуктом металлургических и химических производств, а также производства и использования карбамидных смол (применяемых, в частности, в производстве строительных материалов и мебели). Такие изделия могут стать источником повышенных концентраций формальдегида в жилых помещениях. Содержится формальдегид и в выхлопах автомобилей, а также в составе табачного дыма. В большинстве городов его содержание в воздухе составляет 1-3 ПДК, но в некоторых промышленных центрах (в том числе в Красноярске) отмечались случаи превышения ПДК в 50-100. Между прочим, в помещениях, где постоянно курят, концентрация формальдегида составляет до 30 ПДК.
Почвы в городе являются механическим барьером на пути потоков аэрогенных выбросов и депонирующей средой, в которой идёт их накопление. Кроме того, загрязнители поступают в почву из снеговых и поверхностных вод и за счёт механического загрязнения твёрдыми отходами. Почвенные загрязнители подразделяются на два типа – педохимически активные (воздействующие на вещество почвы) и биохимически активные (воздействующие на почвенную биоту). Основная масса загрязнителей относится к первому типу, ко второй принадлежат, главным образом, токсичные элементы (в основном тяжёлые металлы).
Очень негативное влияние на почву оказывают кислотные дожди. Особенно существенно их воздействие на почвы городов лесной зоны России, которые и так являются кислыми. Выпадение таких осадков увеличивает кислотность и без того кислых почв, что ведёт к их деградации. При этом возрастает концентрация агрессивных анионов, возрастает подвижность многих металлов, усиливается разложение многих минеральных веществ, что существенно изменяет практически все характеристики городских почв. Неизбежным следствием этого является ухудшение условия развития растительности. Кроме того, оказывая такое воздействие на городские почвы, техногенная субсистема города получает обратное, и тоже отрицательное, воздействие. Повышение кислотности почв приводит к росту кислотности грунтовых вод, а это резко негативно сказывается на прочности и устойчивости фундаментов зданий и подземных коммуникаций, играющих важнейшую роль в функционировании любой городской системы.
Реже проявляется противоположный процесс подщелачивания городских почв. Это связано с притоками аэрогенной пыли, обогащённой кальцием. В результате накопления Са и образования карбонатных соединений кислые почвы становятся нейтральными или слабо щелочными. Особенно характерно это явление для окрестностей предприятий, производящих цемент, ЖБК, а иногда и вблизи ТЭЦ, выбрасывающих золу, богатую Са.
В связи с широко развитыми в городах процессами техногенного подтопления почв, характерны процессы оглеения. Этому способствуют также переуплотнение грунтов и перекрытие больших площадей асфальтом (что препятствует доступу атмосферного кислорода), а также специфический состав канализационных утечек, обогащённых органогенным веществом.
Серьёзный ущерб почвенному покрову в городах наносит многократное перекапывание и перемешивание, нарушающее естественную погоризонтную структуру почвы и способствующее её уплотнению. Очень часто мы встречаемся в городе даже не с почвами, а с так называемыми почвогрунтами или технозёмами, в составе которых почвенные образования незакономерно перемешаны с подпочвенными грунтами, а также строительным и иным мусором. На таких технозёмах условия для питания растений крайне неблагоприятны, в связи с чем формируются городские пустоши. Для их рекультивации приходится формировать почвенный покров заново, за счёт привозного материала.
Очень опасным загрязнителем почв являются тяжёлые металлы. Наиболее контрастные техногенные ореолы тяжёлых металлов формируются вокруг действующих промышленных предприятий, транспортных узлов, а также свалок. При аэрогенном переносе токсичные компоненты накапливаются преимущественно в самом верхнем почвенном слое (до 5 см), и лишь при очень длительном развитии загрязнения проникают глубже. Поэтому негативное воздействие таких загрязнителей не ограничивается их влиянием на почвенную биоту. Верхний слой почвы легко раздувается ветрами, и, вместе с пылью, токсичные элементы попадают в организм человека при дыхании. Сильнее всего такое загрязнение действует на детей. Во-первых, потому, что они ниже ростом, и вдыхают более запылённый воздух. А вдобавок к этому, дети часто играют с землёй и при этом неизбежно также вдыхают её частицы. Не говоря уже о том, что они не всегда беспокоятся о чистоте своих рук.
Наконец, ещё один загрязнитель, оказывающий негативное влияние на городские почвы. Это – легкорастворимые соли, в первую очередь NaCl, поваренная соль. Российские коммунальные службы активно используют соль для борьбы с обледенением дорог и тротуаров. С талыми водами растворимые соли попадают в почву. В результате концентрация ионов хлора в городских почвах достигает 50 мг/кг и более. При наиболее высоких концентрацииях начинается процесс отмирания корней деревьев (лиственницы – выше 100, тополя – свыше 200 мг/кг). Это ведёт к преждевременной гибели зелёных насаждений. Токсическое воздействие хлоридов проявляется на глубину до 2 м, то есть практически на всю глубину корнеобитаемого слоя. Попадая в коммуникационные системы, хлоридные соединения усиливают коррозию труб и оборудования.
Поверхностные и поздемные воды в городах также испытывают большую техногенную нагрузку. Основные источники загрязнения – сброс сточных вод и поверхностный сток с городских территорий.
По отношению к городским системам в целом водный компонент природной субсистемы играет важнейшую экологическую роль по очистке городских ландшафтов от загрязнителей. Основную работу по самоочистке города выполняют именно водные потоки, вынося за его пределы всё, что может быть растворено или перемещено во взвешенном состоянии. Но сами воды при этом загрязняются большим количеством токсичных компонентов. В целом чем больше загрязняющих веществ поступает на территорию города и чем хуже работают службы очистки и утилизации загрязнителей, тем выше техногенная нагрузка на водную систему и степень техногенной трансформации химического состава вод и их физических свойств.
Возможности естественной водной самоочистки городских систем во многом зависит от природных климатических факторов. Важнейший показатель – модуль стока (объём воды, стекающей с единицы площади в единицу времени). При влажном климате модуль стока выше, и это создаёт предпосылки для лучшей самоочистки. Низкий модуль стока, особенно подземной его составляющей, ведёт к накоплению загрязнителей. Как влияет на изменение этих величин сама городская система? Общий модуль стока в городах в результате деятельности городского хозяйства возрастает примерно вдвое в сравнении с прилегающими сельскими районами. А вот подземная составляющая, напротив, уменьшается из-за широкого развития асфальтового покрытия и других искусственных барьеров, меняющих естественные пути движения вод. В целом объём поверхностного стока в речные системы в пределах городов возрастает в 2-4 раза, что ведёт к усилению эрозионных процессов. Особенно ухудшат самоочистку городской системы как единого целого заключение всех водотоков в систему изолированных коллекторов. Это ускоряет общий сток и очистку поверхности, но резко сокращает объёмы водной самоочистки почв и грунтов. Если вспомнить, что, по Перельману, вода – это кровь ландшафта, то такое вмешательство в функционирование кровеносной системы очень негативно сказывается на здоровье организма.
Ещё более резко (в десятки и сотни раз) возрастает в городах по сравнению с исходными природными ландшафтами величина твёрдого стока – объём взвешенных частиц, переносимых водными потоками.
Сильно изменяется под действием антропогенной субсистемы города режим подземных вод. Строительство подземных сооружений и свайных оснований перекрывает естественные каналы дренирования городской территории и приводит к развитию процессов подтопления, усугубляемых утечками из водопроводных и канализационных систем. Это изменяет инженерные свойства грунтов, способствует активизации таких естественных процессов, как оползни, плывуны, зимнее пучение грунтов, суффозия.
Основные аспекты изменения химических параметров вод следующие:
Техногенное загрязнение поверхностных и грунтовых вод ведёт к изменению биогеохимических циклов и негативно отражается на функционировании большинства водных экосистем. Способность водных организмов накапливать токсичные вещества в соответствии с их концентрацией в водной среде ведёт к обогащению загрязнителями пищевых цепей и деградации экосистемы. Это в свою очередь снижает способность к самоочищению и приводит к дальнейшему росту химического загрязнения. Естественного выхода из этого порочного круга нет.
Специфическим результатом антропогенного воздействия является эвтрофирование водных систем в результате замедления водообмена. Бурное развитие в таких водоёмах растений, фитопланктона, бактерий ведёт к «цветению» воды и накоплению токсичных продуктов метаболизма. Вода приобретает неприятный запах и привкус, становится мутной, увеличивается её щёлочность. В придонных частях может развиваться метановое брожение и даже формироваться сероводородная обстановка. Употребление воды из таких водоёмов опасно для здоровья людей и животных.
В целом загрязнение водных систем серьёзно ограничивает возможности использования вод не только для питьевого водоснабжения, но и для орошения сельхозугодий и многих других хозяйственных нужд.
Донные отложения протекающих через город водотоков, а также озёр, прудов и водохранилищ являются депонирующей средой, представляя собой конечные звенья техногенных миграционных потоков. Этому способствует не только высокая концентрация загрязнителей в водах, но и предрасположенность донных осадков к их аккумуляции. Здесь совмещаются два геохимических барьера: гидромеханический (осаждение тонкой фракции взвесей – а вы помните, что именно в составе механических взвесей переносятся многие тяжёлые металлы) и сорбционный (на нём будут осаждаться многие растворённые компоненты). Следствием такого механизма является высокая степень неоднородности распределения токсичных компонентов, во многом подчинённая геоморфологии русла и связанному с ней гидродинамическому режиму водотока.
Нередко трансформация донных осадков настолько значительна, что приводит к их преобразованию в техногенные илы. Они представляют собой в целом тонкозернистые осадки (с отдельными более крупными техногенными включениями), имеющие пастообразную или желеобразную консистенцию, неприятный запах, повышенную маслянистость, окраску тёмных или пепельных тонов. Характерно формирование восстановительной среды - глеевой, реже сероводородной, а также повышенные содержания соединений железа, марганца и алюминия, различных синтетических органических соединений. Формирование восстановительной среды приводит к возникновению ещё одного барьера (дополнение к гидромеханическому и сорбционному) – глеевого или сероводородного. На таких комплексных барьерах могут накапливаться целые букеты загрязнителей.
В свою очередь, такие техногенные илы сами при определённых обстоятельствах могут стать источником вторичного техногенного загрязнения водных систем. Это может стать следствием изменения гидродинамического режима или химического состава вод, в результате которого ранее осаждённые компоненты могут снова перейти в раствор.
Растительный покров. В городских ландшафтах он принципиально изменён в сравнении с естественным, и это изменение происходит по двум направлениям:
Обычно эти процессы разобщены: при строительстве новых микрорайонов растительность практически полностью уничтожается, а затем городские службы и сами жители начинают «озеленять» застроенные территории, чтобы хоть немного улучшить экологические условия проживания. Естественно, видовой состав растительности при этом, как правило, кардинально изменяется и формируются совершенно новые биоценозы. Намного реже предпринимаются попытки «вписать» новую застройку в природную среду при сохранении естественных биоценозов. В нашей стране эта идея «экологиченого» градостроительства впервые была применена в конце 1950-х гг. при создании Новосибирского Академгородка, а затем позаимствована и в других городах (преимущественно, опять же, при создании окраинно-городских микрорайонов вокруг учреждений АН). Но и в этом случае первичные природные биоценозы подвергаются большей или меньшей антропогенной трансформации, и на таких территориях формируется своеобразный гибридный ландшафт, в котором сочетаются элементы лесопаркового, селитебного и дорожно-транспортного.