Индустриально-городские экосистемы

Урбанизация — это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения за счет сельской местно­сти, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности — характерная чер­та городов.

Человек сам создает эти сложные урбанистические систе­мы, преследуя цель — улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природ­ных экосистем.

Урбанистическая система неустойчи­вая природно-антропогенная система, по мере развития города все более дифференцируют­ся на функциональные зоны — промышленная, селитеб­ная, лесопарковая. Промышленные зоны — это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (ме­таллургической, химической, машиностроительной, электрон­ной и др.). Они являются основными источниками загрязне­ния окружающей среды.

Селитебные зоны — это территории сосредоточения жи­лых домов, административных зданий, объектов культуры, про­свещения и т. п.

Лесопарковая — это зеленая зона вокруг города, окульту­ренная человеком, т. е. приспособленная для массового отды­ха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри горо­дов, но обычно здесь городские парки — древесные насажде­ния в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естест­венных лесов и даже лесопарков, городские парки и в городе (скверы, бульвары) не явля­ются самоподдерживающимися и само регулируемыми систе­мами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки тер­ритории, отведенные и специально приспособленные для от­дыха людей, называют рекреационными зонами.

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению ин­фраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные до­роги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслужива­ния, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные — метрополитен; аэродромы с комплек­сом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду.

Среда, окружающая человека в этих условиях, — это сово­купность абиотической и социальных сред, совместно и непо­средственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. По Н. Ф. Реймерсу, ее можно делить на собственно природную среду и преобразованную человеком при­родную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусст­венного окружения людей — здания, асфальт дорог, искусст­венное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В це­лом же среда городская и населенных пунктов городского типа — это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным обра­зом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Геологиче­ская среда — это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека (рис.9.2).

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно вы­делить группу систем, отражающую всю сложность взаимо­действия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы — это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существова­ние урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомно-энергетического сырья, искусственно регулируется и поддер­живается человеком.

Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологиче­ская части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала ис­кусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реути­лизации вовлекаемых в оборот

Рис.9.2. Взаимодействие технической системы с внешними средами: ТС — техническая система; ПТС — природно-техническая система; 3В — зона воздействия (влияния) технической системы на геологическую среду

природных ресурсов, загрязне­ния и очистки окружающей среды, здесь происходит все боль­шая изоляция хозяйственно-производственных циклов от при­родного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и пото­ка энергии в природных экосистемах. Именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, кото­рые угрожают здоровью человека.

Контрольные вопросы

1. Какой принцип положен Ю. Одумом в выделение четырех фундаментальных типов экосистем? Перечислите эти типы.

2. Что характерно для первого и второго типа экосистем (при­родных)?

3. Чем отличается третий тип экосистем (агроэкосистем) от похожих на них природных экосистем?

4. Что такое урбанизация и урбанистические системы?

5. Что понимается под природно-технической системой и ис­кусственной средой?

 

Тесты для самопроверки

1. Природно-промышленная система включает в себя:

а) системы деятельности обеспечивающие сохранение природно-ресурсного потенциала;

b) совокупность мер исправленных на сохранение природы в состоянии, соответствующем эволюционным потребностям;

c) экосистему оказывающая влияние на деятельность человеческого общества;

d) структура производства, включающая в себя созданную человеком экосистему и оказывающее влияние на промышленное производство;

e) совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению.

2. Важнейшей составной частью экосистемы современного города являются:

а) благоустроенные жилища;

b) автодороги и транспорт;

c) сферы услуг и развлечений;

d) зеленые насаждения;

e) совокупность промышленных предприятий

3. С экологической точки зрения решение проблем энергетики связано:

а) со строительством гидроэлектростанций;

b) со стороительстом современных теплоэлектростанций;

c) с разработкой новых безопасных реакторов для атомных станций;

d) с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии;

e) со строительством гидротермольных и тепловых электростанций;

4. К антропогенным источникам загрязнения окружающей среды не относятся

а) транспорт

b) сельское хозяйство

c) вулканы и гейзеры

d) промышленные предприятия

e) городское хозяйство

4. Тяжесть воздействия загрязняющих веществ на организм человека определяют 3 основных фактора:

а) химическая природа загрязнителя, его концентрация и устойчивость во внешней среде

b) характер источника загрязнения, концентрация загрязняющего вещества и длительность его воздействия на организмы

c) агрегатное состояние загрязнителя, его устойчивость во внешней среде и площадь загрязнения

d) характер источника загрязнения, химическая природа загрязнителя и его способность к саморазрушению

e) все ответы верны

5. Высокая доля использования природных ресурсов и, как следствие, высокий уровень загрязнения окружающей среды является ключевыми факторами, характеризующими

а) благосостояние населения;

b) перепотребление;

c) уровень развития производства;

d) демографический взрыв

 

 

10. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ

10.1 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА БИОСФЕРУ

Биосфера, динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изме­нялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способ­ность к саморегуляции и нейтрализации негативных процес­сов. Достигалось это посредством сложного механизма круго­ворота веществ.

Главным событием эволюции биосферы признавалось при­способление организмов к изменившимся внешним условиям. Гарантом дина­мической устойчивости биосферы в течение многих лет служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объеме.

Однако по мере возникновения, совершенствования и рас­пространения новых технологий (охота — земледельческая куль­тура — промышленная революция) планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, все в боль­шей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они че­ловеком, а потому называются антропогенными. Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, куль­турных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.

Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в эколо­гические процессы:

— упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;

— концентрация рассеянной энергии в виде теплового загряз­нения;

— рост ядовитых отходов от химических производств;

— введение в экосистему новых видов;

—появление генетических изменений в организмах растений и животных.

Подавляющая часть антропогенных воздействий носит це­ленаправленный характер, т. е. осуществляется человеком со­знательно во имя достижения конкретных целей.

Нарушение основных систем жизнеобеспечения биосферы связаны в первую очередь с целенаправленными антропоген­ными воздействиями. По своей природе, глубине и площади распространения, времени действия и характеру приложения они могут быть различными.

Анализ экологических последствий антропогенных воздей­ствий позволяет разделить всеих виды на положительные и отрицательные (негативные). К положительным воздействи­ям человека на биосферу можно отнести воспроизводство при­родных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, рекультивацию земель на месте разработок полезных ископаемых и некоторые другие мероприя­тия.

Отрицательное (негативное) воздействие человека на био­сферу проявляется в самых разнообразных масштабных ак­циях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель, резком сокращении численности, а также видов животных и растений, и т. д.

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрица­тельного воздействия человека на биосферу является загрязне­ние. Большинство экологических ситуаций в мире так или иначе связаны с загрязнением окружающей природной среды (кислотные дожди, опасные от­ходы и т. д.). Поэтому понятие «загрязнение» рассмотрим по­дробнее.

Загрязнением называют поступление в окружающую при­родную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излуче­ний) в количествах, вредных для здоровья человека, живот­ных, состояния растений и экосистем.

Более развернутую характеристику этого понятия приводит известный французский ученый Ф. Рамад: «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой дея­тельности, прямо или косвенно меняет распределение прихо­дящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойст­ва окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сель­скохозяйственную продукцию, через воду или другие биологи­ческие продукты (вещества)».

По объектам загрязнения различают загрязнение поверхно­стных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т. д. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космиче­ского пространства.

Источниками антропогенного загрязнения, наиболее опас­ного для популяций любых организмов, являются промыш­ленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.), теп­лоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производст­во и другие технологии. Под влиянием урбанизации загрязнены территории крупных городов и промышленных агломераций. Природными загрязнителями могут быть пыльные бури, вулканический пепел, селевые по­токи и др.

По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение (рис.10.1). По своим масштабам и распростране­нию загрязнение может быть локальным, регио­нальным и глобальным.

Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и чис­ло их по мере развития новых технологических процессов по­стоянно растет. В этом отношении «приоритет», как в локаль­ном, так и в глобальном масштабе, ученые отдают следующим загрязняющим веществам:

— диоксиду серы (с учетом эффектов вымывания диоксида се­ры из атмосферы и попадания образующихся серной кисло­ты и сульфатов на растительность, почву и в водоемы);

— тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и особенно ртути (с учетом ее миграции и превраще­ния в высокотоксичную метилртуть);

— некоторым канцерогенным веществам, в частности бенз(а)пирену;

— нефти и нефтепродуктам в морях и океанах;

— хлорорганическим пестицидам (в сельских районах);

— оксиду углерода и оксидам азота (в городах).

Под видами загрязнений понимают также любые нежела­тельные для экосистем антропогенные изменения

ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (например,

Рис. 10.1. Виды загрязнения окружающей среды

 

бытовые стоки, ядохимикаты, продук­ты сгорания и т. д);

параметрическое загрязнение, связанное с изменениями ка­чественных параметров окружающей среды (тепловое, шу­мовое, радиационное, электромагнитное);

биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в со­ставе и структуре популяций живых организмов (перепро­мысел, акклиматизация ви­дов и т. д.);

стациалъно-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение), связан­ное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экоси­стем в процессе природопользования (регулирование во­дотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.).

Можно отметить, что воздейст­вие человека на биосферу в целом и на отдельные ее компонен­ты (атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические сообще­ства) достигло к настоящему времени беспрецедентных разме­ров. Современное состояние планеты Земля оценивается как глобальный экологический кризис. Негативные тенденции этих воздействий человека на биоту носят не только выраженный локальный, но и глобаль­ный характер.

10.2 АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические про­блемы современности — «парниковый эффект», нарушение озо­нового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный воз­дух занимает особое положение среди других компонентов сферы. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно хо­лодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосфер осадка­ми, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т.д. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. При антропогенных загрязнениях в атмосфере стали проявляться нежелательные экологические последствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует по­нимать любое изменение его состава и свойств, которое оказы­вает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природ­ным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, вы­ветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняю­щих веществ в процессе деятельности человека. По своим мас­штабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональ­ное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повы­шенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйствен­ная зона и др.). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные про­странства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твер­дые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, ор­ганическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещест­ва и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея­тельности человека — диоксид серы (SO₂), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98 % в общем, объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных за­грязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, ам­миак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно кон­центрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наи­более часто превышают допустимые уровни во многих городах.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы — радиоактив­ное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами — продуктами испытания ядерного оружия, проводивших­ся в атмосфере и под землей.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является ло­кальное избыточное поступление тепла от антропогенных ис­точников. Признаком теплового (термического) загрязнения ат­мосферы служат так называемые термические юны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоемов и т. п. Основные источники загрязнения атмосферы В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосфер­ного воздуха следующие отрас­ли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, про­мышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранс­порт, предприятия цветной металлургии и производство строй­материалов.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмо­сферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и Германии приходится на авто­транспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики зна­чительно меньше, всего 16—20%.

Тепловые и атомные электростанции. Котельные уста­новки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (ди­оксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетиче­ских выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектро­станция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO₂ и SO₃, 120-140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает вы­бросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы — отопительная сис­тема жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой вы­соты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентра­циях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тон­ны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как мар­ганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бен­зола, аммиака и других токсичных веществ. Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержа­щих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной ме­таллургии при переработке свинцово-цинковых, медных, суль­фидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значи­тельного разнообразия и концентрированное представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнооб­разных химических производствах атмосферный воздух загряз­няют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные га­зы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколь­ко сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений — бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).Наибольшее количество вредных веществ в составе отрабо­тавших газов образуется при не отрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет сни­зить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечает­ся также при добыче и переработки минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при вы­бросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжи­гании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промыш­ленные комплексы по производству мяса, распыление пести­цидов и т. д.