Реферат: Антропоэкология и экология городов
В социальной экологии, которая большинством исследователей рассматривается в настоящее время как наиболее общее понятие по отношению к различным проблемам взаимодействия общества и окружающей среды, сформировались различные научные направления, в том числе и такие, как экология городов, экология городского населения. Архитекторы-проектировщики пишут об урбоэкологии, хотя не всегда понятно, относится этот термин к экологии города или к экологии городского жителя. Поэтому целесообразно рассмотреть эти два взаимосвязанные, но достаточно специфические направления исследований и провести между ними четкую грань.
Экология города (урбоэкология)
В некотором приближении город можно сравнить с единым сложно устроенным организмом, который активно обменивается веществом и энергией с окружающими его природными и сельскохозяйственными территориальными комплексами, и другими городами. Важно отметить, что город можно разделить на две основные подсистемы:
территориальная общность людей (все горожане), которая составляет неотъемлемую часть города и является смыслом его существования;
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), 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 млн. 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.
Поступление веществ в города
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. т, или почти 0,5 км2 воды (табл. 1).
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 50,0 млн. т воздуха.
Таблица 1
Поступление веществ (в млн. т/год) в город с населением
1 млн. человек
| Название вещества | Количество |
| Чистая вода | 470,0 |
| Воздух | 50,2 |
| Минерально-строительное сырье | 10,0 |
| Уголь | 3,8 |
| Сырая нефть | 3,6 |
| Сырье черной металлургии | 3,5 |
| Природный газ | 1,7 |
| Жидкое топливо | 1,6 |
| Горно-химическое сырье | 1,5 |
| Сырье цветной металлургии | 1,2 |
| Техническое растительное сырье | 1,0 |
| Сырье пищевой промышленности, готовые продукты питания | 1,0 |
| Энерго-химическое сырье | 0,22 |
Следующий по величине поток поступающего в город вещества — минерально-строительное сырье (до 10,0 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.т 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. т сырья), цветная металлургия (1,0 млн. т сырья). Горно-химическое сырье составляет 1,5 млн. т, техническое растительное сырье около 1,0 млн. т, энерго-химическое сырье находится в пределах 220 тыс. т. 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.т пищевых продуктов (с учетом отходов при обработке). Таким образом, в город-миллионер в год поступает около 29 млн. т (без учета воды и воздуха) различных веществ, которые при транспортировке, 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.
Атмосферные выбросы города-миллионера
Состав промышленных и бытовых выбросов города-миллионера, поступающих в атмосферу, весьма разнообразен. Годовое количество газообразных выбросов и их состав приведены в табл. 2.
Самая большая доля в составе атмосферных выбросов принадлежит воде (водяной пар и аэрозоли) и углекислому газу, затем следуют сернистый ангидрид, окись углерода и пыль. Плотность выбросов этих веществ в год с 1 км площади города-миллионера (в модели его усредненная площадь - 300 км2) составляет для сернистого ангидрида и окиси углерода около 800 т, пыли — около 500 т, а окислов азота -около 165 т. Следует подчеркнуть, что внутригодовое распределение этих выбросов достаточно неравномерно. Максимум поступлений в атмосферу отмечается в зимние месяцы, когда на полную мощность работают тепловые электростанции и котельные. Еще один важный компонент загрязнений приземного слоя атмосферы - углеводороды, которых выбрасывается ежегодно до 108 тыс. т.
Таблица 2
Выбросы (в тыс.т/год) в атмосферу города с населением 1 млн. человек
| Ингредиенты атмосферных выбросов | Количество |
| Вода (пар, аэрозоль) | 10800 |
| Углекислый газ | 1200 |
| Сернистый ангидрид | 240 |
| Окись углерода | 240 |
| Пыль | 180 |
| Углеводороды | 108 |
| Окислы азота | 60 |
| Органические вещества (фенолы, бензол, спирты, растворители, жирные кислоты...) | 8 |
| Хлор, аэрозоли соляной кислоты | 5 |
| Сероводород | 5 |
| Аммиак | 1,4 |
| Фториды (в перерасчете на фтор) | 1,2 |
| Сероуглерод | 1.0 |
| Цианистый водород | 0,3 |
| Соединения свинца | 0,5 |
| Никель (в составе пыли) | 0,042 |
| ПАУ (в том числе бенз(а)пирен) | 0,08 |
| Мышьяк | 0,031 |
| Уран (в составе пыли) | 0,024 |
| Кобальт (в составе пыли) | 0,018 |
| Ртуть | 0.0084 |
| Кадмий (в составе пыли) | 0,0015 |
| Бериллий (в составе пыли) | 0,0012 |
Следующая группа веществ, поступающих в воздух городов, содержится в количествах на 1-2 порядка меньших, чем предыдущие. К этой группе относятся органические вещества (фенолы, спирты, растворители, жирные кислоты, бензол), суммарная масса которых достигает 8 тыс. т /год. Примерно в одинаковых количествах (по 5 тыс. т) выбрасываются в атмосферу сероводород и хлор в сочетании с аэрозолями соляной кислоты. Ежегодно в воздух поступает около 1 тыс. т сероуглерода, несколько больше - фторидов и аммиака.
Количество выбросов группы наиболее токсичных для человека и объектов живой природы веществ — свинца, ртути, мышьяка, кадмия, бенз(а)пирена составляет от сотен до нескольких тонн в год.
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу оставляют «свой след на земле». В стране ведется систематическое наблюдение за загрязнением снежного покрова техногенными выбросами. Исследуются как фоновое загрязнение снежного покрова, так и загрязнение снежного покрова вокруг городов. Данные об ореолах загрязняющих веществ вокруг городов и городских агломераций представляют огромный интерес, так как наглядно демонстрируют воздействие городов на окружающие их территории, в том числе на сельскохозяйственные угодья, зоны отдыха горожан, водоемы, заповедные ландшафты и т.д. Исследования ведутся с помощью искусственных спутников Земли «Метеор-Природа».
Некоторое представление о соотношении площади городов и площади ореолов загрязняющих веществ (пятен загрязнения вокруг них) дают усредненные показатели, полученные на основе анализа материалов по 540 городам бывшего СССР (табл. 3).
Таблица 3
Средние значения площадей застройки и ореолов загрязнения а также удаленности края ореолов от центров городов
| Города с населением, тыс. человек | Средняя площадь городской застройки, км2 | Средняя площадь ореола загрязнения, км2 | Удаленность от центра города края ореола загрязнения, км | |
| наибольшая | наименьшая | |||
| Более 1000 | 179 | 3390 | 59 | 13 |
| 999 - 500 | 74 | 2370 | 44 | 12 |
| 499 - 100 | 34 | 1550 | 33 | 10 |
| 99 - 50 | 22 | 385 | 26 | 2 |
Средние значения по стране, естественно, существенно отличаются от конкретных ситуаций. Так, отдельные ореолы загрязнения вокруг Москвы и других городов и поселков Центрального экономического района слились в единое пятно (площадью 177900 км2) - от Твери на северо-западе до Нижнего Новгорода и Бора на северо-востоке, от южных границ Калужской области на юго-западе до границ Мордовии на юго-востоке. Зона загрязнения вокруг Екатеринбурга превышает 32,5 тыс.км2, вокруг Иркутско-Череховского промышленного района — 31 тыс.км2.
Твердые и концентрированные городские отходы
Ежегодно город-миллионер «производит» и по преимуществу накапливает на окружающих его территориях около 3,5 млн. т твердых и концентрированных отходов. Концентрированные отходы представляют собой осадки, накапливающиеся в отстойниках, и концентрат жидких отходов (табл. 4).
Наибольшую массу среди городских отходов составляют зола и шлаки тепловых электростанций и котельных — около 16%. Вместе со шлаками предприятий черной и цветной металлургии, горелой землей и пиритными огарками их удельный вес достигает 30% всех твердых отходов. В качестве примера вредного влияния этого вида отходов можно охарактеризовать воздействие пиритных (колчеданных) огарков, получаемых в процессе производства серной кислоты. Складирование пиритных огарков требует отчуждения больших площадей ценных земель. Атмосферные осадки вымывают из отвалов огарков ряд токсических веществ (например, мышьяк), которые загрязняют почву и водоемы. Велика доля и галитовых отходов, поступающих главным образом от целлюлозно-бумажной и химической промышленности. Этот вид отходов достигает 400 тыс. т, или 11% всей массы отходов. Примерно такова доля и древесных отходов. По 10% приходится на твердые бытовые отходы и отходы сахарных заводов. Пищевая промышленность дает еще около 4% отходов.
Особенно неблагоприятное влияние на окружающую среду оказывают концентрированные осадки от стоков химических заводов в городе-миллионере — примерно 90 тыс. т в год.
Фосфогипс и строительный мусор составляют около 5,5% всех отходов, хлорид кальция — менее 1%, различные растворители (спирты, бензол, толуол и др.) - 2%.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--