Геоэкологические аспекты урбанизации

Французский естествоиспытатель Ж.Б.Ламарк (1744—1829), автор термина «биология», в свое время пришел к печальному умозаключению: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания»[5].

Среди антропогенных воздействий на окружающую среду на первое место по мощности и многообразию факторов можно поставить современный город. Города — это типичные антропогенные системы. Городская среда — сложное образование, продукт взаимодействия природы и человеческой деятельности. Загрязнение городской среды, воспринимаемое как следствие технологического несовершенства инфраструктуры городского хозяйства, в действительности является закономерным порождением мощной концентрации населения и производства на относительно небольших площадях. Потоки загрязняющих веществ распространяются от крупных городов на многие десятки и сотни километров во всех направлениях, включая подземное пространство. Сформировавшись в результате развития общественного производства, города, в свою очередь, оказывают огромное влияние на все стороны социального развития.

Первые крупные города появились около 4 тыс. лет назад в густонаселенных сельскохозяйственных районах Месопотамии, в долинах рек Нила, Инда, Хуанхэ. Города возникали как резиденции правителей, крепости, центры торговли. С развитием мануфактур функциями городов стали производство товаров и услуг, управление и межрайонный обмен. Феноменальный процесс роста городов был порождением эпохи развитого капитализма и индустриализации мирового хозяйства. Демографический взрыв второй половины XX в. одновременно привел к резкому росту

Рост городского населения мира с 1975 по 2005 г.

(Г. Н. Голубев, 1999)

городского населения, который стал источником многих важнейших глобальных проблем современности (табл. 4.1).

Урбанизация (от лат. urbos — город, urbanus — городской) — исторический процесс роста числа городов и численности городского населения, сопровождаемый повышением роли городов в жизни общества и широким распространением городского образа жизни.

В 1800 г. горожане составляли всего 4,7 % мирового населения; в 1900 г. — 19 %; в 1996 г. — уже свыше 46 % (!). К настоящему времени в городах проживает 3/5 общего числа жителей планеты. В России на долю городов приходится более 74 % населения. Причины роста численности городского населения — миграция людей в города из сельских местностей и превышение в городах рождаемости над смертностью.

Особенно быстро растут города-гиганты. В 1950 г. население двух крупнейших городов мира составляло соответственно: Нью- Йорка — 12,3 млн чел., Лондона — 8,7 млн чел. В 1990 г. число городов-миллионеров достигло 440, а число крупнейших городов с населением свыше 8 млн чел. увеличилось до 21, из которых 16 относились к развивающимся странам (рис. 4.1).

Крупные города, разрастаясь, «поглощают» пригороды, образуя зоны сплошной застройки, функционально тесно связанные с ядром города, — так называемые агломерации (от лат. agglomero — накапливаю, присоединяю). Городские агломерации

Рис. 4.1. Увеличение численности населения ряда мегаполисов в период 1950—2000 гг. (прогноз) (И. А. Родионова, 1995)

стали в настоящее время основной формой расселения в индустриально развитых странах. Ниже приведены данные о численности населения (млн чел.) крупнейших городских агломераций мира в 1995 г.:

Но и агломерации не являются высшей формой концентрации населения. В США, Японии и Западной Европе сложились скопления агломераций, слившихся друг с другом и образующих сплошную полосу — мегалополис (от греч. megas, megalu — большой и polls — город); например мегалополис Бостон — Вашингтон на атлантическом побережье США.

Сверхгорода и прилегающие к ним территории являются своего рода «узлом» значительной антропогенной нагрузки на окружающую природную среду. Занимая всего 1 % площади обитаемой суши, города концентрируют в себе более 50 % мирового населения; здесь производится 4/5 всей промышленной продукции. Города — крупнейшие центры потребления природных ресурсов. Дефицит энергии, сырья и особенно качественной питьевой воды все более остро проявляется в большинстве крупных городов мира.

Процесс урбанизации в настоящее время охватил не только страны с высоким уровнем экономического развития. Стремительные темпы роста численности горожан отмечаются в регионах развивающегося мира, в странах, слабо развитых индустриально, что обусловлено прежде всего высоким уровнем естественного прироста населения.

Освоение человеком все большей части суши невольно приводит его на территории, подверженные воздействию опасных природных процессов (горные, высокоширотные, с суровыми климатическими условиями). В ряде стран планируется значительный пространственный рост городов на отвоеванных у моря площадях и искусственно созданных насыпных территориях. Строятся здания по 150 — 200 этажей. Ожидается резкое усложнение и углубление подземных частей городов (транспортные тоннели, склады, гаражи, укрытия и пр.).

Современные города — это сложные природно-социальные и техногенные комплексы; их взаимодействие с природой многообразно и постоянно меняется с их развитием. Переход города в стадию городской агломерации знаменует новый этап во взаимоотношениях города и природы, который характеризуется не только ростом населения, но и распространением техногенных нагрузок на обширные территории, где происходит интенсивное замещение естественных экосистем техногенными комплексами.

Города — это типичные антропогенные системы, порождение глобального процесса урбанизации. Вместе с тем многое в городе, в структуре организации его хозяйства и в жизни людей приспособлено к местным природным условиям и зависит от них. Однако большая часть городской инфраструктуры выступает как генератор совершенно особых природно-антропогенных и антропогенных процессов. Чрезвычайно быстрый рост городов, особенно в беднейших странах, приводит к резко усиливающемуся давлению на окружающую среду, так как все системы городского жизнеобеспечения не успевают за приростом населения. Это касается прежде всего систем водоснабжения, канализации, сбора и переработки отходов, снабжения электроэнергией, а также медицинского, социального и прочих видов обеспечения. Создается обстановка, опасная для жизни и здоровья людей. Ландшафты крупных городов не могут сохраняться без постоянной поддержки человеком. Заброшенные или малоухоженные кварталы мегаполисов представляют собой наихудший вид антропогенной пустыни.

Крупный современный город в некоторых отношениях может рассматриваться как экстремальная антропогенная зона жизнедеятельности человека.

Крупные города (более 100 тыс. жителей) заметно влияют на свой микроклимат — температуру и осадки. Центр города всегда заметно теплее его окрестностей (на 1 — 3 °С). Увеличение плотности застройки и асфальтирование до 50 % площади повышает разность максимальных летних температур в центре города и за его пределами на 5 °С и более. «Остров тепла» над городом и связанная с ним повышенная конвективность воздушных потоков, а также техногенная запыленность атмосферы приводят к увеличению числа гроз, росту интенсивности и общего количества осадков (в Москве в среднем на 25 %). Сток с урбанизированных территорий в 2 — 3 раза выше, а максимальный расход водных потоков в 8 раз выше, чем в естественных условиях, что увеличивает опасность линейной эрозии.

В высокоэтажных городах, особенно на возвышенностях, обостряется проблема ветровых нагрузок на здания. Небоскребы могут раскачиваться ветром; вокруг высоких домов увеличивается крутящий момент, в конструкциях строений возникает вибрация и т. п. До 70 % деформаций зданий в крупных городах вызваны природно-техногенными явлениями, главные из которых — изменения уровня грунтовых вод, мерзлотные деформации и просадки грунтов, оползни, активизация овражной эрозии, суф- фозионные деформации грунтов и пр.

Отдельно необходимо отметить природные воздействия, опасные для здоровья людей, особенно резко проявляющиеся в городе. К воздействиям геофизического характера относятся резкие изменения температуры воздуха и атмосферного давления, влияющие на усвоение организмом кислорода, а также влажность воздуха, режим осадков и ветров, солнечная радиация. Среди приезжих и переселенцев в городах отмечается нарастание частоты сердечно-сосудистых расстройств, нарушений нервной деятельности, повышается вероятность аварийных ситуаций с их участием. Биопомехи и биоповреждения (грызуны, микроорганизмы, насекомые) могут служить причиной тяжелых аварий и чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера.

Доля участия автомобильного транспорта в загрязнении соединениями азота и углерода атмосферы крупных городов мира, % (Н.Ф. Винокурова, 1995)

Степень антропогенных преобразований городских ландшафтов весьма высока. Лишь в парках и скверах, в пригородных лесах сохраняются участки естественной растительности.

Для города, а тем более мегаполиса, характерна чрезвычайная плотность населения, развитая инфраструктура промышленных предприятий, связи, транспорта, насыщенность опасными веществами и технологиями. В таких условиях возрастают вероятность возникновения неблагоприятных природно-техногенных процессов и масштабных воздействий на человека и городскую среду, потерь и ущербов. Следовательно, фактор природного риска в мегаполисе достигает наибольших значений. В частности, 68 % городов России подвержены наводнениям, 66 % — оползням, 28 % — карстовым явлениям.

Для крупных промышленных городов, находящихся в сейсмически опасных районах, особо серьезный риск связан с возможностью разрушения в результате стихийных природных процессов контейнеров с радиоактивными и токсичными материалами, разноса высвобождающихся веществ водными и воздушными потоками. Во многих городах имеется большое количество контролируемых и неконтролируемых складов и свалок отходов, в том числе токсичных.

В наибольших масштабах различным видам загрязнения подвержены крупные города. Потоки загрязняющих веществ распространяются от них во всех направлениях, включая и подземное пространство.

В городах основной путь поступления вредных химических веществ — атмосферный. Ведущую роль в загрязнении атмосферы городов в настоящее время играет автотранспорт (табл. 4.2).

В связи с увеличением численности мирового парка автомобилей растет валовой выброс вредных продуктов. Ежегодно в атмосферу Земли двигателями внутреннего сгорания выбрасыва-

Рис. 4.2. Состояние атмосферного воздуха в г. Москве (по данным Московской центральной гидрометеорологической службы и Росгидроме-

теоцентра, 1992):

1—7 — соотношение выбросов в атмосферу, превышение ПДК в 5 и более раз (/ — СО; 2 — N02; 3 — фенол; 4 — NH3; 5 — ксилол; 6 — толуол; 7 — пыль); 8 — пункт контроля атмосферного воздуха; 9—11 — зоны различной степени загрязнения воздуха по индексу загрязнения атмосферы (ИЗА) — комплексному показателю загрязнения атмосферы (9 — менее 5,0; 10 — 5,1 —8,0; / / — 8,1 —15)

ется 260 млн т оксида углерода (II); 40 млн т летучих углеводородов, 20 млн т оксидов азота.

Стационарные промышленные источники, в том числе тепловые электростанции, загрязняют атмосферу S02, пылью, N02, высокотоксичными полициклическими ароматическими углеводородами, среди которых особенно опасен канцерогенный бенз(а)пирен, тяжелыми металлами (предприятия цветной металлургии). В атмосфере городов происходит трансформация многих ингредиентов промышленных выбросов, в результате чего образуются так называемые вторичные аэрозоли. Динамика воздушных масс, господствующее направление ветров определяют масштабы распространения аэрозолей и твердых выбросов в окружающей среде. В частности, с преобладанием в течение года над Москвой западных ветров в значительной мере связано экологическое неблагополучие воздушного бассейна восточной части города (рис. 4.2). Загрязняющие вещества интенсивно удаляются ветром или осадками из воздуха городов и накапливаются в нем в безветренную погоду. Особенно плохо они рассеиваются при наличии туманов (известные дымные облака — смог). Примерно такая же ситуация создается в условиях температурной инверсии воздуха зимой, когда холодные воздушные массы застаиваются в крупных понижениях рельефа или на равнинных территориях. Это явление характерно для городов Сибири, северо-восточных районов Китая, Средней Европы.

Плотность населения крупных городов мира — важный геоэкологический показатель антропогенной нагрузки на поверхностные и подземные водные системы, обеспечивающие водоснабжение. Нехватка чистой питьевой воды, особенно в населенных пунктах развивающихся стран с высоким уровнем прироста населения и низким национальным доходом, обусловливает распространение многих заболеваний среди населения и частые случаи смерти, особенно детей. По имеющимся данным, 220 млн жителей городов не имеют источников пригодной для питья воды.

Более 420 млн человек, живущих в городах, не имеют доступа к простейшим туалетам. От 30 до 65 % городского мусора вообще не убирается. Канализационные системы, водохозяйственные службы отведения и очистки бытовых и производственных сточных вод не всегда справляются со своими задачами в многомиллионных городах. В некоторых густонаселенных районах земного шара (Китай, Индия) плотность городского населения достигает 800—1 000 чел./га. В реки, протекающие через эти города, поступает огромное количество наносов, с твердыми частицами которых переносятся токсичные вещества. Для большинства городских водоемов характерно загрязнение нефтепродуктами, хлоридами, биогенными веществами, тяжелыми металлами, по-

Предельно допустимые концентрации микроэлементов для питьевой воды и их влияние на здоровье людей (С. П. Горшков, 1998)

ступающими с пылью, сточными водами, из подводных свалок. О характере воздействия некоторых микроэлементов, содержащихся в питьевой воде, и их предельно допустимых концентрациях (ПДК) можно судить по данным табл. 4.3.

Огромные объемы отработанных теплых вод сбрасываются тепловыми электростанциями в водоемы городов. При этом ухудшается санитарно-микробиологическое состояние воды, размножается патогенная микрофлора, с которой связывают до 50 % всех острых кишечных заболеваний (холера, гепатит, брюшной тиф, дизентерия).

В процессе застройки и развития города значительные изменения претерпевают все компоненты природного ландшафта: происходит уничтожение неровностей рельефа, оврагов, мелких водоемов, растительности, небольшие речки и ручейки оказываются забранными в коллекторы, уплотняется грунт, загрязняется почва. Интенсивная эксплуатация подземных водоносных горизонтов вызывает просадку грунтов, подтопление зданий, повреждение дорог, фундаментов строений, многочисленных подземных коммуникаций.

Подтопление территорий — один из наиболее распространенных и ущербоносных техногенно-природных процессов. Раз-

витие его выражается в подъеме уровня грунтовых вод к поверхности земли, что приводит к переувлажнению грунтов и снижению их несущей способности, заболачиванию, затоплению подвальных помещений, загрязнению грунтовых вод, усилению коррозионных процессов в подземных конструкциях. В последние десятилетия XX в. процесс подтопления освоенных территорий принял в России практически повсеместный характер: из 1 064 городов подтопление отмечается в 792 (74,4 %). Это многие крупнейшие города страны, такие как Астрахань, Волгоград, Иркутск, Москва, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Ростов-на-Дону, Санкт- Петербург, Томск, Тюмень, Хабаровск и др. (табл. 4.4).

Для городской среды обитания типичны высокие показатели демографического, физико-механического и технологического воздействий, в десятки, а иногда и в сотни раз превосходящие аналогичные показатели для сельской местности. Лишь в отдельных районах интенсивного сельскохозяйственного производства, являющихся очагами водной и ветровой эрозии, воздействие на природную среду может быть сопоставимо по масштабам с характерным для городских территорий. Большие города, как гигантские агломерации, так и менее крупные города-«миллионеры» — это зоны экологического бедствия.

Международная научная общественность, озабоченная разработкой стратегии устойчивого существования человеческой цивилизации на Земле, создала специальную программу ООН «Устойчивое развитие городов», подчеркивая тем самым глобальность масштабов проблем, связанных с урбанизацией. Важнейшая среди них — проблема экологического состояния городской среды. Многоэтажные каменные здания, покрытая асфальтом земля, небольшие вкрапления зеленых насаждений, только внешне напоминающих природные экосистемы, загрязненная воздушная и водная среда, оторванность от природных источников существования, искусственные пищевые добавки, темп жизни, стрессы — все это влияет на состояние здоровья горожан и делает задачу экологизации городской среды крайне актуальной.

В развитых странах многие геоэкологические проблемы в той или иной степени решены. В мировой практике уже давно начат поворот к экологизации городов, к восстановлению качественного состояния городской среды. Усиленно ведется разработка стратегии создания «экогородов». Программа устойчивого развития таких городов основывается на трех основополагающих моментах: восстановление качества всех природных компонентов (воздух, вода, почва, растительность), экологизация всех направлений производственной деятельности в городе (промышленность, транспорт, энергетика и пр.) и экологическое образование. Москва и многие города России включились в деятельность по решению

Характеристика пораженности опасными природно-техногенными процессами урбанизированных территорий России

(Природные опасности России, 2002)

социальных, экономических и экологических вопросов устойчивого развития городов, в том числе касающихся улучшения качества жизни и экологической безопасности в городах, проблем бедности, детской смертности, продолжительности жизни и здоровья населения.

Уместно задаться вопросом: благо ли для биосферы, что человечество концентрируется в городах? Многие исследователи дают на него положительный ответ: сужается ареал воздействия человека на окружающую среду, человечеству, сконцентрированному

в городах, остается один выход — сделать город экологически чистым, вписанным в естественную среду, в противном случае, человек как вид может исчезнуть с лица Земли.