Будрейко Е. Н.
Проблема экологии городских территорий приобретает в настоящее время все большую актуальность. По экспертным оценкам, уже около половины человечества проживает в городах, а к 2050 г. этот показатель возрастет до 70% и превысит 80% в промышленно развитых странах.
В России численность городского населения составляет 72,8%, а на северо-западе страны, где из-за природных условий практически невозможно заниматься сельским хозяйством, достигает 92%. Согласно докладу ООН «Распределение населения, урбанизация, внутренняя миграция и развитие» (апрель 2008 г.) Россия входит в список 25 наиболее урбанизированных стран мира, занимая в нем шестое место.
Процесс урбанизации в России проходил весьма неравномерно, был связан с различными экономическими и политическими событиями в жизни страны и наиболее интенсифицировался в последние 100 лет.
Например, в начале XVIII в., в период реформ Петра I, новые города (Санкт-Петербург, Петрозаводск) появились на северо-западе, а также на Урале (Екатеринбург), где началось интенсивное развитие металлургии. В XIX в. новые города (Владикавказ, Владивосток и др.) были основаны в присоединенных к стране районах. В конце XIX в. при строительстве Транссибирской железнодорожной магистрали возник Новониколаевск (ныне Новосибирск) – самый молодой из городов-миллионеров России, крупнейший в азиатской части страны.
Интенсивным ростом городов ознаменовались 30-е годы XX в., когда крупное промышленное строительство первых пятилеток не только привело к возникновению ряда новых городов и поселков (например, Магнитогорска, Комсомольска-на-Амуре), но и дало мощный стимул к разрастанию старых поселений. В результате рядом с новыми заводами выросли новые промышленные районы – Кузбасс, Южный Урал и др.
Следующим по значимости этапом роста городов страны стал период Великой Отечественной войны и восстановления промышленности, когда в результате перебазирования экономического потенциала южных и западных районов на Урал и в Западную Сибирь там были созданы новые обширные промышленные районы.
В послевоенное время, во второй половине XX в., фактором, стимулировавшим возникновение новых городских поселений, стало освоение природных ресурсов, в основном на севере и востоке страны (Нижневартовск, Мирный); создание закрытых центров оборонной промышленности и наукоградов, строительство крупных промышленных и энергетических объектов.
В результате, если по переписи 1897 г. в городах проживало лишь 13% населения, то к 1920 г. этот показатель повысился до 18%, к концу 30-х годов – до 34%, к 1958 г. – до 50%.
Таким образом, показатели жизни именно городского населения, в том числе такие определяющие лицо страны, как продолжительность здоровой жизни и состояние здоровья, оказывают решающее влияние на уровень их в масштабе государства.
На конгрессе Всемирной ассоциации мегаполисов (1987 г.) отмечалось, что крупнейшие города, являясь центрами сосредоточения интеллектуальных и культурных ценностей, предоставляя большие возможности для развития здравоохранения и т.п., сталкиваются в своем функционировании со значительными трудностями и что город, который раньше считался основным двигателем экономического и социального прогресса, скорее является его тормозом. Это подтверждается быстрым ухудшением условий жизни городского населения, связанным с недостаточным развитием инфраструктуры, экономическим кризисом, ростом безработицы и финансовых трудностей, нарушением экологического равновесия и социальным неравенством. Рост городского населения, начиная со второй половины XX в., был настолько стремительным, а концентрация и интенсификация производственной и непроизводственной деятельности такой высокой, что окружающая среда многих городов мира уже не в состоянии удовлетворять биологические и социальные потребности их жителей.
Так, характеризуя лишь экологический аспект урбанизации, отметим, что крупный город изменяет почти все компоненты природной среды: атмосферу, растительность, почву, рельеф, грунты, подземные воды и даже климат. Перепады температур, относительной влажности, солнечной радиации между городом и его окрестностями иногда соизмеряется с весьма значительным продвижением в естественных условиях по широте, причем изменение одних условий вызывает изменение других. Горожане получают на 15% меньше солнечных лучей летом и на 30% зимой, на 10% больше осадков, на 10% больше облачных дней, на 30% больше тумана летом и на 100% зимой.
Города дают 80% всех выбросов в атмосферу и 3/4 общего объема загрязнений; все города мира ежегодно выбрасывают до 3 млрд т твёрдых отходов, свыше 500 млрд м3 промышленных и бытовых стоков, около 1 млрд т аэрозолей; загрязняющее и тепловое воздействие больших городов и агломераций прослеживается на расстоянии около 50 км; города изменяют естественные ландшафты, формируя антропогенный ландшафт.
Понимание глубины воздействия процесса урбанизации на природу и человека в последние десятилетия существенно изменилось. Это показывает, например, значительное расширение понятия «загрязнение». Так, к загрязнителям, приводящим к деградации экосистем и снижению качества среды обитания, стали относить любой природный и антропогенный физический агент, химическое соединение, или биологический вид, который попадает в неё или возникает в ней в количествах, выходящих за рамки своего обычного наличия – предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.
Выделение экологических и сопряженных с ними вопросов, имеющих наиболее важное значение для городов, дает семь блоков взаимосвязанных факторов:
1. Проблемы, обусловленные чрезмерными нагрузками на литосферу города и ее поверхность: изменение рельефа; изменение структуры водосборных бассейнов; изменение свойств литосферы; нарушение целостности, образование карстовых пустот в результате строительных работ.
2. Проблемы, связанные с нагрузками на ландшафт: деградация природного ландшафта в городе; деградация природного ландшафта в пригородных зонах, обусловленная чрезмерной посещаемостью лесных и рекреационных зон, отчуждением земель под свалки, коттеджные поселки и автомагистрали; недостаток зеленых массивов и мест отдыха; болезни растений, обусловленные изменением состава почв, загрязнением атмосферы и гидросферы, необходимость создания оптимального «городского» видового состава растительности.
3. Проблемы, связанные с водоснабжением: значительные изменения водного баланса; чрезмерная эксплуатация водных ресурсов и связанные с ней изменения гидрологической и гидрогеологической обстановки; влияние на окружающую среду искусственных водоемов; влияние хозяйственной деятельности на состояние поверхностных питьевых источников и охрана их от загрязнения; взаимовлияние поверхностных и подземных вод, изменение качества водоисточников.
4. Проблемы, связанные с загрязнением атмосферы: кислотные осадки; «остров тепла»; запыленность атмосферы и т. п.
5. Проблема образования и утилизации твердых бытовых отходов.
6. Влияние электромагнитного излучения, шума, вибрации, светового и информационного загрязнений.
7. Проблемы, связанные с функционированием городских сетей (транспорт, водо-, тепло-, газо- и энергоснабжение, канализация и др.).
Эти проблемы углубляются с переходом города на стадию образования городской агломерации – новый этап во взаимоотношениях города и природы, характеризующийся не только количественным ростом населения, но и большими изменениями природной среды, распространением техногенных нагрузок на обширную территорию, интенсивным замещением естественных природных комплексов урбокомплексами. Радиусы воздействия городских агломераций в десятки раз больше, чем их собственный. В результате возникают своеобразные искусственные зоны с экстремальными экологическими условиями.
В России уже сложился целый ряд городских агломераций: Московская, Воронежская, Саратовская, Красноярская. Больше всего их на Урале и в Поволжье. По существу вся европейская часть страны без севера и редко заселенных районов Прикаспийской низменности представляет собой зону сплошного заселения.
Развитие городов России в XX в., периоде наиболее бурной урбанизации, определялось не только спецификой исторических условий формирования городской среды, особенностями роста населения и промышленности, трудностями, связанными с общественными катаклизмами, но и целым рядом других факторов.
Так, например, с точки зрения необходимых энергозатрат большинство российских городов располагаются в неблагоприятных климатических условиях. К тому же, в географическом поясе, в котором находится наша страна, способность природных биологических систем к самовосстановлению значительно ниже, чем в более теплых зонах; зеленые насаждения, микробиологические системы в водоемах и почве работают не более 5-6 месяцев в году. Все это, особенно в городах с высокой плотностью населения, затрудняет поддержание необходимого качества окружающей среды и увеличивает цену поддержания экологической безопасности.
Свой вклад в неблагополучную экологическую ситуацию внесли директивный подход к размещению промышленных предприятий, недостаточно проработанный выбор места их расположения, гипертрофированное развитие тяжелой промышленности в крупных городах.
Загрязнение атмосферного воздуха
Решающее значение для выработки мероприятий по оздоровлению экологической ситуации в городах имеет наличие полной, объективной, конкретной информации по этой проблеме. Такая информация с 1992 г. публикуется в ежегодных Государственных докладах Министерства природных ресурсов Российской Федерации «О состоянии и об охране окружающей природной среды РФ», докладах Департамента природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы «О состоянии окружающей среды в Москве», других аналогичных документах.
Согласно этим документам «загрязнение окружающей среды остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей для Российской Федерации приоритетное социальное и экономическое значение».
Постоянной экологической проблемой городских территорий является загрязнение атмосферного воздуха. Её первостепенное значение определяется тем, что чистота воздуха – фактор, непосредственно влияющий на здоровье населения. Атмосфера оказывает интенсивное воздействие на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты.
Среди антропогенных источников загрязнения приземной атмосферы к наиболее опасным относятся сгорание различных видов топлива, бытовых и промышленных отходов, ядерные реакции при получении атомной энергии, металлургия и горячая металлообработка, различные химические производства, в том числе переработка газа, нефти и угля. Свой вклад в загрязнение атмосферы городов вносят строительные объекты, транспорт и автотранспортные хозяйства.
Так, например, в Москве, по данным на 1997 г., источниками загрязнения атмосферы являлись около 31 тыс. промышленных и строительных объектов (в т.ч. 2,7 тыс. автотранспортных хозяйств), 13 тепло- и электростанций и их филиалов, 63 районных и квартальных тепловых станции, более 1 тыс. мелких котельных, а также свыше 3 млн. единиц автотранспорта. В результате в атмосферу ежегодно выбрасывалось около 1 млн тонн загрязняющих веществ. При этом их общее количество с каждым годом возрастало.
Следует учитывать и то, что в крупных городах негативное воздействие общего состояния атмосферы усугубляется тем, что большая часть населения проводит в помещениях до 20–23 часов в сутки, в то время как уровень загрязнения внутри здания превосходит уровень загрязнения наружного воздуха в 1,5–4 раза.
Основными загрязнителями атмосферы являются диоксид азота, оксид углерода, взвешенные вещества, диоксид серы, формальдегид, фенол, сероводород, свинец, хром, никель, 3,4-бензапирен.
По данным Росстата за 2007 г., более 30 тыс. предприятий имеют выбросы загрязняющих веществ с отходящими газами от стационарных источников в атмосферу. Количество отходящих от них загрязняющих веществ – 81,98 млн т; выброшено в атмосферу без очистки – 18,11 млн т. Из выбросов, поступивших на очистные сооружения, уловлено и обезврежено 74,8%.
В городах с высоким уровнем загрязнения атмосферы проживают около 58 млн. человек, в том числе, в Москве и Санкт-Петербурге 100%, а на Камчатке, в Новосибирской, Оренбургской и Омской областях – более 70% населения. В городах, атмосфера которых содержит высокие концентрации диоксида азота проживают 51,5 млн. человек, взвешенных веществ – 23,5, формальдегида и фенола – более 20, бензина и бензола – более 19 млн человек. При этом с конца 90-х гг. число городов с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздушного бассейна возрастает.
До начала 90-х годов основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносили промышленные предприятия. В этот период в число населенных пунктов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха входили такие «города-заводы», как Братск, Екатеринбург, Кемерово, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Тольятти, Норильск и др. Однако по мере спада, а затем некоторого подъема и перепрофилирования промышленного производства, с одной стороны, и происходящего в русле общемировых тенденций ускоренного роста автомобильного парка, с другой стороны, происходили изменения в списке приоритетных факторов, влияющих на состояние атмосферы населенных пунктов.
В первую очередь это отразилось на экологии крупных городов. Так, в Москве в 1994–1998 гг. основные тенденц
Спустя шесть лет, в 2004 г., в Москве поступление загрязняющих веществ от промышленных предприятий возросло до 8%, практически неизменным остался вклад объектов теплоэнергетики – 5% и еще более повысилась доля автомобильного транспорта – 87%. (В этот же период в среднем по России имело место другое соотношение: выбросы от автотранспортных средств составили 43%.) К настоящему времени автомобильный парк столицы составляет свыше 3 млн. единиц. Суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу города составляет 1830 т/год или 120 кг на одного жителя.
В Санкт-Петербурге вклад автотранспорта в валовой выброс загрязняющих веществ составлял в 2002 г. около 77%. За период 90-х годов парк автомобилей в городе увеличился в 3 раза. В 2001 г. их число составляло 1,4 млн. единиц.
Ускоренный рост автотранспорта оказывает резко негативное влияние на состояние окружающей среды в городах, которое не ограничивается загрязнением воздушного бассейна такими соединениями, как двуокись азота, формальдегид, бензапирен, взвешенные частицы, оксид углерода, фенол, соединения свинца и др. Этот фактор приводит к загрязнению почв, шумовому дискомфорту, угнетению растительности вблизи автомагистралей и т.д.
В России неконтролируемый рост автотранспортного парка сопровождается снижением числа единиц экологически чистого общественного транспорта – троллейбусов и трамваев. К тому же автомобилизация населения влияет на состояние окружающей среды сильнее, чем в других индустриальных странах, поскольку происходит в условиях отставания экологических показателей отечественных автотранспортных средств и используемых моторных топлив от мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом состоянии улично-дорожной сети. В связи с этим основным вопросом экологической политики в крупных городах России становится «экологизация» автотранспортного комплекса, под которой подразумеваются не только сами автомобили, но и стратегия развития общественного транспорта, градостроительная политика, стратегия сохранения природного комплекса, система нормативно-правовых актов, экономические механизмы «вытеснения» углеводородного топлива (за исключением природного газа) и др.
Влияние энергетики на загрязнение атмосферного воздуха
Наряду с промышленностью и автомобильным транспортом в число трёх крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха входит энергетика. Во многом это обусловлено географическим расположением страны, ее климатическими условиями.
Россия в расчете на количество населения, живущего в суровом климате, – самая холодная страна мира. В первом приближении это можно выразить с помощью такого параметра, как градусо-сутки отопительного периода (ГСОП), который для США, Центральной и Западной Европы имеет значения 1000–2500, а для России – 4500–8000 (максимум составляет ГСОП=12 000). Москва – наиболее холодный из многомиллионных городов Европы. Для создания комфортных условий жизни (температура 20°С) москвичу требуется в 1,5 раза больше тепла, чем, например, жителю Берлина и в 3 раза больше, чем жителю Токио. Следует, правда, заметить, что эти цифры могли бы быть меньше при условии хотя бы частичного использования известных способов энергосбережения.
Влияние энергетики на окружающую среду определяется не только масштабами ее развития, но и структурой топливного баланса. Показать изменение этой структуры за прошедшее столетие позволяют следующие данные. В 1913 г. в топливном балансе Москвы 37% составляли дрова, 25% – торф, 13% – нефтепродукты. В 1975 г. наибольшая часть – 70% – приходилась на долю природного газа. Остальное примерно в равных долях обеспечивалось углем и мазутом и в незначительном количестве сжиженным газом. В настоящее время доля экологически чистого топлива – природного газа – в балансе города достигла примерно 94%.
Степень загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива зависит от его вида и от характера теплоиспользующей установки. Основными загрязнителями являются оксиды серы, азота, углерода, зола, сажа, углеводороды. Немаловажно, что в процессе сжигания топлива потребляется огромное количество кислорода. Расчеты показывают, что 8 млрд. тонн ископаемого органического топлива, ежегодно сжигаемого на планете, содержат 75% углерода и 10% водорода, требующих на окисление при сжигании соответственно 16 и 6,4 млрд тонн кислорода.
Вклад жилищно-коммунального хозяйства в загрязнение атмосферного воздуха
В соответствии с Государственным докладом «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2006 г.» жилищно-коммунальное хозяйство вносит значительный вклад в загрязнение окружающей среды.
В список крупнейших загрязнителей атмосферы вошли 55 предприятий, в том числе: добывающих производств – 11; обрабатывающих производств – 25; предприятий про производству и распределению электроэнергии, газа и воды – 19.
Загрязнение гидросферы
Несмотря на обилие воды на нашей планете, количество пресной воды составляет всего 6%, а доступной для использования пресной воды питьевого качества – не более 0,36%. Россия хорошо обеспечена водой; её речной сток достигает 10% от мирового. Но вода на территории нашей страны распределена крайне неравномерно: на практически полностью урбанизированную Европейскую часть (17% территории и 74% населения) приходится всего 3,5%. В основном это воды рек Волго-Окского бассейна. (В эти же реки сбрасывается 35% всех сточных вод страны.)
Промышленность всех стран мира ежегодно сбрасывает в реки и моря 1,5 км3 сточных вод, которые даже после обработки по достаточно совершенным технологиям требуют 5-10 кратного разбавления для дальнейшего очищения в биосфере. Кратность разбавления неочищенных сточных вод намного выше. Таким образом, уже сейчас ресурсов ежегодного мирового речного стока – 37,5–45 км3 – недостаточно для разбавления сбросов промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. В результате нарушается один из глобальных биогеохимических круговоротов – круговорот воды, а сама пресная вода не является больше возобновляемым ресурсом.
Под источниками загрязнения гидросферы понимаются объекты, с которых осуществляется сброс или поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.
В России отраслями – основными загрязнителями гидросферы являются чёрная и цветная металлургия, нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая, химическая, целлюлозно-бумажная, лёгкая промышленность, жилищно-коммунальное хозяйство, морской, особенно нефтеналивной, и речной транспорт, ТЭС и АЭС.
Основные химические соединения и виды загрязнений включают: нефтепродукты (нарушение процессов фотосинтеза, гибель флоры и фауны); соединения фосфора и азота (чрезмерное развитие водорослей и гибель других экосистем (эвтрофикация), заболачивание местности); тяжёлые металлы (нарушение жизнедеятельности животных и человека); кислотные дожди (закисление водоёмов); бактериальное и биологическое загрязнения (развитие патогенных микроорганизмов, грибов и водорослей); радиоактивное загрязнение.
Мониторинг состояния водных объектов в местах водопользования показывает, что в 29,8% случаев по санитарно-химическим показателям и в 26,6% по микробиологическим показателям оно не отвечает установленным санитарно-эпидемиологическим нормам.
Жилищно-коммунальное хозяйство больших городов России вносит очень значительный вклад в загрязнение гидросферы. Вклад предприятий отрасли в сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водоёмы составляет: в Москве и Омске более 90%, в Ульяновске и Санкт-Петербурге – до 80%, в Волгограде – до 70%, Нижнем Новгороде, Саратове, Воронеже – около 50%.
Список крупнейших предприятий ЖКХ и промышленности, на долю которых в разные годы приходилось от 42 до 48% суммарного по России объема сброса загрязненных сточных вод, включает 55 позиций, в том числе: предприятий по предоставлению коммунальных, социальных и персональных услуг – 35; обрабатывающих производств – 17; производству и распределению электроэнергии, газа и воды – 3.
В связи с негативным влиянием, оказываемым предприятиями ЖКХ на гидросферу, в России принята и действует целевая комплексная программа «Обеспечение населения России питьевой водой». В рамках этой программы проводятся мероприятия по строительству и реконструкции водозаборов подземных и поверхностных вод, водоводов, реконструкции и техническому перевооружению водоочистных станций, строительству и реконструкции сооружений по очистке сточных вод и др. Выполняются также научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по расширению использования подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении; совершенствованию водозаборов из поверхностных и подземных источников и технологий подготовки питьевой воды; разработке технологий по рациональному использованию и экономии питьевой воды; развитию системы подачи и распределения питьевой воды.
Загрязнение почв
Деятельность человека оказывает значительное влияние на состояние литосферы. При этом наибольшую антропогенную нагрузку испытывает её поверхностный слой – почва.
По оценкам специалистов, наряду с зелёными насаждениями почва – один из главных природных компонентов, поддерживающих необходимое для сохранения здоровья человека состояние окружающей среды. «Живые» почвы поглощают и утилизируют 70-80% окиси углерода и 80-85% диоксида серы. Почва служит естественным фильтром загрязнений, поступающих на её поверхность с атмосферными осадками, а также из других источников. Однако в настоящее время в городах практически не осталось «живых» почв. Их повсеместно заменили урбанозёмы.
В масштабах планеты застроенные земли занимают более 150 млн га. Ожидается, что уже через несколько лет эта площадь увеличится вдвое. Полностью урбанизированная поверхность земли, где дождевая вода не проникает в почву, составляет около 50 млн га и соответствует площади такого, например, государства, как Франция. Эта ситуация представляет особую опасность, так как приводит к нарушению круговорота воды и водного баланса, что отрицательно влияет на состояние экосистемы Земли в целом.
В крупных городах России запечатывание почв асфальтом и другими дорожными покрытиями достигает значительных масштабов. Так, например, в Москве запечатанность почвы в пределах Садового кольца составляет 90-95%, в промышленных зонах – до 80%, в жилых кварталах – 60%. Асфальтобетонные покрытия оказывают двоякое действие. С одной стороны, они нарушают водный баланс, лишают экосистему универсального фильтра, каким является почва. Кроме того, они изменяют характер теплообмена почвы с атмосферой, способствуют образованию «острова тепла» на территории города. С другой стороны, покрытия защищают почву от химических загрязнений, которые, минуя почвенное тело, поступают через канализацию в водоёмы и речную сеть.
О масштабах химического загрязнения поверхности литосферы говорят следующие данные: за сто лет (1870–1970) на земную поверхность осели свыше 20 млрд т шлаков, 3 млрд т золы; выбросы цинка и сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка – 1,5 млн т, кобальта – свыше 0,9 млн т, никеля – более 1 млн т. Суммарные выбросы ртути составляют 4-5 тыс. т в год, а из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца, в итоге оседающего на землю, выделяется в атмосферу с выхлопными газами автомобилей.
Источники химического загрязнения почв в условиях города чрезвычайно многообразны. Среди наиболее крупных из них: загрязнения, выпадающие с атмосферными осадками; хранилища сырья и отходов промышленных предприятий; отвалы электростанций и шахт; утечки из инженерных сетей и сетей жилищно-коммунального хозяйства; полигоны и свалки промышленных и бытовых отходов. К отчуждению и загрязнению больших территорий ведут прокладка автомобильных и железнодорожных трасс, строительство зданий и сооружений, создание полей фильтрации. Важное значение в последние десятилетия приобрели типично городские проблемы: выгул животных и переуплотнение почв.
По оценкам специалистов, с ростом урбанизации в городах прогрессивно уменьшается площадь озеленения и увеличивается запечатанность территории жилыми постройками, камнем, асфальтом и т.д.; ухудшаются почвенно-геологические условия, что ведёт к подтоплению, заболачиванию, просадкам, образованию карстовых зон; увеличивается загрязнение приземного воздушного слоя; наблюдается превышение норм рекреативного использования. Помимо этого всё большее значение приобретает действие других экологически неблагоприятных факторов: переуплотнения корнеобитаемого слоя и захламления поверхности, истощения и нарушения органопрофиля, сокращения биоразнообразия, микрофлоры и почвенной мезофауны и её структурных изменений, заражения патогенными микроорганизмами, внедрения загрязняющих веществ, источниками которых являются внутригородские и аварийные выбросы и глобальные массопереносы, загрязнения тяжёлыми металлами и другими токсичными веществами, изменения кислотности и щёлочности почв.