Новітні напрями прикладної екології

ЕКОЛОГІЯ МІСЬКИХ ЕКОСИСТЕМ

Останнім часом набули значного розвитку новітні напрями прикладної екології: екологія міських екосистем, екосистем космосу, військово-промислового комплексу, екологічна освіта та виховання, радіаційна екологія, правові й політичні засади екології та ін. З розвитком містобудівництва та значним зростанням чисельності міського населення великого значення набуває розвиток екології міських екосистем – урбоекологія.

Урбоекологія (лат. urbanus – міський) – галузь знань, що займається вивченням містоутворення і дослідженням взаємозв’язків людських поселень між собою та з навколишнім природним середовищем у міських екосистемах. За визначенням Європейської конференції (Прага, 1949), містом вважається компактне поселення з мінімальною чисельністю населення 2000 чоловік. Категорію міста присвоюють населеному пункту згідно з чинним національним законодавством.

Чисельність міського населення безперервно зростає. Одночасно виникають величезні житлові та промислові поселення з населенням у мільйони й десятки мільйонів чоловік. Якщо до 1800 р. єдиним містом у світі з населенням 1 млн чоловік був Лондон, то в 1900 р. таких міст налічувалося 12, на початок другої світової війни – 42, у 1960 р. – 88. Нині в усьому світі налічується понад 160 міст з мільйонним населенням. За станом на 01.01.1997 р. у світі налічується 94 міста з населенням понад 2 млн чоловік. З’явилися міс-та-мегаполіси (міста з приміськими поселеннями), чисельність населення в яких становить 10 млн чоловік і більше (Нью-Йорк, Мехіко, Токіо, Сан-Паулу, Бостон, Шанхай, Делі, Лондон, Москва та багато інших). Значно зростає чисельність населення і в містах України. Так, порівняно з довоєнним періодом кількість населення в обласних центрах збільшилася: у Львові – у 2,3 раза, в Луцьку, Житомирі, Рівному – у 4,5-6, у Дніпропетровську, Кривому Розі, Києві – у 7-10 разів. У Києві нині мешкає близько З млн чоловік. Великі мегаполіси сформувалися в Донбасі: Донецьк-Макіївка-Горлівка, Краматорськ-Костянтинівка-Слов’янськ та ін.

Інтенсивність урбанізації в країнах істотно залежить від рівня їх промислового розвитку. В індустріально розвинених країнах рівень урбанізації становить лише 10 %, тоді як у найбільш розвинених – 60-70 %. У міру промислового зростання ступінь урбанізації країн, що розвиваються, наближатиметься до рівня промислово розвинених. Зростатимуть і міста промислово розвинених країн. Очікується, що в перспективі населення Землі мешкатиме переважно в містах.

З усієї поверхні Землі – 510 млн км² – площа суші, як відомо, становить 146 млн км², а площа суші, придатна для життя за кліматичними умовами, – 70,6 млн км², тобто не більш як 3 % загальної площі суходолу. Площа, придатна для міської забудови, становить 28,1 млн км².

Середня густота населення в сучасних умовах становить 50 чол/км², тоді як у містах у 10 разів вища – 500 чол/км². За даними ООН, у містах більшості розвинених країн нині мешкає 75-80 % загальної кількості населення (табл. 12.1).

Причинами зростання міст та їх ролі в господарюванні є ефективніше використання природних і людських ресурсів для найповнішого задоволення різнобічних суспільних та особистих потреб людини – біологічних, економічних, соціальних та ін. Отже, головною метою урбоекології є пошук оптимальних рішень містобудування, спрямованих на поліпшення умов життя та всебічну раціоналізацію природокористування в межах території міської забудови. При цьому потрібно вирішувати комплекс проблем, пов’язаних з функціонуванням міських екосистем: рекреаційних, еколого-економічних, інженерно-технічних, соціального обслуговування тощо. Впродовж останнього часу темпи зростання території міст удвічі перевищують темпи зростання чисельності їх населення, тому густота населення в містах зменшується. Отже, площа під забудову міст буде потрібна в зростаючій кількості. При цьому також значно зростають потреби в харчових продуктах, воді, енергії та інших життєвих ресурсах. Зростання споживання природних ресурсів ускладнює екологічні проблеми урбанізації. Особливого значення набувають завдання з охорони довкілля.

Таблиця 12.1. Показники урбанізованості населення Землі (станом на 01.01.1995)

 

Континент	Загальна чисель- ність населення, млн чол.	Чисель- НІСТЬ міського насе- лення, млн чол.	Частка країн з показниками урбанізованості, %	Серед- ня урба- нізова-ність, %
<20	20-40	40-60	60-80	>80	Немає даних
Австралія
і Океанія	27,9	19,6	25,0	25,0			16,67	33,33	70,25
Азія	3322,6	1097,1	15,91	25,0	22,73	18,18	13,64	4,55	33,02
Америка
(Північна)	386,2	286,5							74,17
Америка
(Центральна
і Південна)	382,2	268,0		18,75	37,5	18,75	15,63	9,38	70,12
Африка	720,4	222,2	15,38	51,92	21,15	5,77	1,92	3,85	30,84
Європа		535,7		6,67	24,44			8,89	71,43

 

До складу об’єктів міського господарства входять різні споруди та підприємства, що забезпечують функціонування міста. До них належать системи забезпечення продовольчими й господарськими товарами, водопостачання та водовідведення, енергопостачання, зв’язку, газо- і теплозабезпечення, міського транспорту, благоустрою і санітарного стану міської території, а також водойми та зелені насадження. Чим більше місто, тим складніші системи життєзабезпечення. Одним із найважливіших завдань міського господарства є створення належних умов для задовільного функціонування складної соціально-еколого-економічної системи.

У процесі функціонування систем життєзабезпечення міста споживається значна кількість різних природних ресурсів та створюється величезна кількість газоподібних, рідких і твердих відходів (табл. 12.2).

Водопостачання має цілодобово забезпечувати населення й промислові підприємства водою належної якості, що відповідає державним стандартам. Задовільно виконати це завдання не завжди вдається. У більшості міст України якість питної води не відповідає санітарним нормам. Тому поряд з централізованим водопостачанням у містах все більшою мірою використовують децентралізоване постачання населення водою, яку добувають з глибинних підземних горизонтів.

У результаті споживання значної кількості води утворюється багато промислових і побутових стічних вод. Щодоби на одного мешканця міста припадає в середньому 0,1-0,4 м³ побутових стічних вод. Кількість таких стоків залежить від густоти населення і становить 10-15 тис. м³/рік на 1 га житлової забудови. Вміст забруднювальних речовин у каналізаційних водах, що припадає на одного мешканця міста на добу, становить, г/л: завислі речовини – 65, амонійний нітроген – 8, органічні речовини (за БСК_повн) – 35-40, хлориди – 9, фосфор – 1,7.

Таблиця 12.2. Споживання і відходи міста з населенням 1 мли чол.

(за Г. В. Стадницьким і А. І. Радіоновим)

 

Види споживання та їх обсяг, т /добу	Види відходів та їх обсяг, т /добу
Вода	625 000	Стічні води	500 000
Продукти харчування		Тверді відходи	2 000
Енергетичні матеріали:		Газоподібні викиди:
газ		пил
нафта		оксиди сульфуру
бензин		оксиди нітрогену
вугілля		оксид карбону (IV)
		органічні речовини

 

Під час опадів утворюються зливові стоки, забруднені різними речовинами – зависями, солями, поверхнево-активними речовинами та ін. Основними джерелами забруднення зливового стоку в містах є:

† сміття з поверхні покриття;

† продукти ерозії ґрунтів;

† продукти руйнування дорожнього покриття та автомобільних покришок;

† розливання нафтопродуктів та втрати інших матеріалів;

† сміттєзбірні майданчики;

† газодимові викиди в атмосферу енергетичними системами, автомобільним транспортом та промисловими підприємствами. З одного гектара території великих промислових міст під час зливи виноситься у водойми в середньому, кг: завислих речовин – 2000-2500, органічних речовин (за БСК_повн) – 140-200, нафтопродуктів – 60-100, азоту – 4-6, фосфору – 1-1,5, мінеральних солей – 400-600.

Зливові стоки з територій підприємств залежать від асортименту та кількості вироблюваної продукції. Так, з територій підприємств нафто- і коксохімічної промисловості надходять зливові стоки, що містять, мг/л: смол і мастила – до 200, амонійного азоту – до 20, роданідів – до 5, фенолів – до 3. З територій заводів, що виробляють мінеральні добрива, з дощовою водою виноситься амонійного азоту – 200, фосфатів – до 100, фтору – до 100 мг/л. З територій заводів, які виробляють кольорові метали, утворюються зливові стоки, що містять, мг/л: міді – до 100, кадмію – до 40, цинку – до 15, алюмінію – до 5, титану – до 3, свинцю – до 3, арсену – до 75, фтору – до 200.

У містах у значній кількості утворюється побутове сміття, поховання та перероблення якого є досить складною проблемою. Так, кількість побутового сміття, що припадає на одного мешканця міста, становить 160- 190 кг/рік. Загальна кількість сміття, що утворюється на одного мешканця, – 250-300 кг/рік. Для поховання 1 т побутових відходів потрібно 3 м² території. До складу побутового сміття входять, %: харчові відходи – 43,5, папір – 28,3, шкіра та гума – 5,1, пластмаса – 2,6, метал – 5, скло – 5,5. На звалищах побутових відходів вже через рік після їх складування утворюється біогаз, що містить 54 % метану і 46 % оксиду карбону (IV). З однієї тонни побутового сміття виділяється 11,4 тис. м³ біогазу. Термін знешкодження міського сміття на звалищах становить 50-100 років, на компостувальних заводах – 3-4 доби, на сміттєспалювальному заводі – менше доби.

Ґрунти на території міст забруднюються різними сторонніми речовинами, які поділяють на механічні, хімічні та біологічні. До механічних забруднень належить будівельне сміття, бите скло, кераміка та інші матеріали, що негативно впливають на механічні властивості ґрунтів. Хімічні забруднення пов’язані з потраплянням у ґрунти різних хімічних речовин, що призводить до зміни природної концентрації хімічних елементів, яка може перевищувати встановлені нормативами ГДК. Біологічні забруднення спричинюють внесені в ґрунти різноманітні мікроорганізми, що погіршують бактеріологічні, гельмінтологічні та ентомологічні показники стану ґрунтів і визначають рівень епідеміологічної небезпеки в місті.

Під впливом зміни рельєфу, регулювання поверхневого стоку, втрат з водоносних комунікацій може спостерігатись підвищення рівня ґрунтових вод та підтоплення. Водонасичення ґрунтів знижує їх міцність і призводить до деформації та руйнування будівель. З метою захисту від зсувів та обвалів крутосхилів здійснюють різні інженерні заходи: зміну рельєфу схилу, регулювання стоку поверхневих вод, агромеліорацію, закріплення пухких і тріщинуватих порід, будівництво споруд для закріплення схилів тощо.

Фізичні забруднення міста виявляються в місцевій зміні температурного, електричного, магнітного та йонізаційних полів і вібрацій, які значно перевищують природний фон. Інтенсивність шуму в містах промислово розвинених країн щороку збільшується на 0,5-1 дБ. Рівні шуму на міських вулицях становлять 85-87 дБ, що зумовлює зашумленість міських територій.

Основними забрудниками атмосферного повітря в містах є об’єкти енергетики, промисловості й транспорт. У великих містах формується власний мікроклімат. Істотно змінюється вологість, аеродинамічні, термічні та радіаційні характеристики. Можуть спостерігатися локальні підвищення температури повітря порівняно з температурою навколишнього середовища та утворюватися смоги. На формування міського мікроклімату впливають викиди теплоти й зміна режиму сонячної радіації, пило-газові викиди промислових підприємств і транспорту, зміна теплового балансу за рахунок випаровування, рельєф місцевості, що створюється міською забудовою, тощо. В загазованих містах від раку легенів помирає значно більше людей, ніж у віддалених передмістях. Зростає кількість захворювань на ларингіт, фарингіт, кон’юнктивіт, екзему, пневмонію, інфаркт міокарда, бронхіальну астму, алергічні та інші хвороби.

Охорону атмосферного повітря в місті можна здійснювати шляхом організації санітарно-захисних зон, архітектурно-планувальних рішень та інженерно-організаційних заходів, до яких належить використання безвідходних та маловідходних технологій, а також різні методи очищення газодимових викидів.

Місто є середовищем не тільки для проживання людей, а й для існування різних видів рослин і тварин. Частково вони існують в одомашненому (окультуреному) стані, інші ж можуть жити тільки в специфічних домашніх умовах (оранжереях, теплицях, акваріумах тощо). Зустрічаються також дикорослі рослини та дикі тварини.

Зелені насадження крім естетичного призначення мають значний вплив на поліпшення міського мікроклімату, властивостей ґрунтів, очищення повітря від забруднювальних речовин та збудників хвороб, шумопоглинання тощо. Разом з тим деякі рослини можуть зумовлювати алергічні реакції. Багато тварин і мікроорганізмів є збудниками чи переносниками хвороб.

Особлива роль належить зеленим зонам за межами міст, до складу яких входять ліси й лісопарки. Вони виконують три основні функції: захисну, санітарно-гігієнічну та рекреаційну. Загальні розміри зелених зон встановлюють залежно від чисельності населення, природно-кліматичної зони та загальної лісистості території. Розмір лісопаркової зони встановлюють залежно від чисельності населення міста (табл. 12.3).

Міста чинять величезний негативний вплив на довкілля, що виявляється насамперед у забрудненні атмосферного повітря. В повітрі міст зосереджено до 86 % усіх забруднень, до 13 % припадає на решту суходолу і лише 1 % – на океанський простір. Іншим негативним фактором дії на здоров’я мешканців міста є незадовільна якість питної води. Нерегулярне видалення побутових відходів, їх накопичення та гниття зумовлюють погіршення санітарно-гігієнічних умов і призводять до виникнення інфекційних захворювань. Міський шум, особливо поблизу автомобільних і залізничних магістралей, аеропортів, вокзалів та промислових підприємств стали причиною масових нервових захворювань (неврозів та психічних хвороб). Напружений ритм міського життя разом з погіршеною екологічною ситуацією спричинюють психоневрологічні розлади та депресії, серцево-судинні й нервові захворювання, діабет тощо. Несприятливі екологічні умови проживання населення послаблюють імунну систему і призводять до скорочення тривалості життя та підвищеної смертності.

Поліпшення екологічного стану в містах має здійснюватись шляхом поступової стабілізації зростання міст, обґрунтованого з еколого-економічних позицій їх розміщення на території держави, вдосконалення господарських систем та збільшення площ зеленої зони. Гострота екологічних проблем переважної більшості міст світу спонукає до пошуку нових шляхів їх вирішення.

Основним принципом майбутнього містобудування є гармонізація природного і соціального середовищ у місті. Тут можливі різні шляхи вирішення цієї проблеми: будівництво невеликих міст або багатомільйонних мегаполісів зі спорудженням сімейних котеджів чи багатоповерхових будівель. Сучасні тенденції містобудування, зокрема мегаполісів, свідчать про те, що дедалі більша перевага віддається будівництву невеликих житлових міст, які розташовані поблизу промислово-ділової частини міста.

Міста майбутнього мають бути екологічно чистими з достатньо великими зеленими зонами. Покрівлі передбачається використовувати для спорудження сонячних колекторів, що дасть змогу заощаджувати до 25 %

Таблиця 12.3. Розмір лісопаркової зеленої зони міста

 

Чисельність населення міста, тис. чол.	Розмір лісопаркової зеленої зони, га/1000 чол.		Чисельність населення міста, тис. чол.	Розмір лісопаркової зеленої зони, га/1000 чол.
Понад 500 до 1000 Понад 250 до 500	25 20		Понад 100 до 250 До 100	15 10

 

енергії. Вони повинні гармонійно вписуватися в природні ландшафти з незайманими природними екосистемами. Набуває певного поширення напрям підземного будівництва. Під землею вже будуються гаражі, складські приміщення, торгові центри, метро та інші побутові об’єкти. Особливого значення набуває будівництво підземної транспортної мережі. Не виключено, що й житлова частина міста буде розташована під землею, що дасть змогу заощадити будівельні матеріали під час будівництва та теплову енергію під час проживання. Отже, основними завданнями в майбутньому містобудуванні має бути вирішення екологічних проблем, пов’язаних з нормальним проживанням населення в екологічно безпечних умовах.