Глава 21. ГОРОДА И ГОРОДСКИЕ ЛАНДШАФТЫ

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Наиболее сильно техногенное воздействие на природную среду и население проявляется в крупных промышленных городах, которые по интенсивности и площади аномалий загрязняющих веществ представляют собой техногенные геохимические и биогеохимические провинции. На природном и агротехногенном фоне города выделяются как центры накопления веществ, поступающих с транспортными потоками и затем перерабатываемыми промышленностью и коммунальной деятельностью. Города — это мощные источники техногенных веществ, включающихся в региональные миграционные циклы.

Во многих городах России и других стран экологическая ситуация близка к критической. При экологическом мониторинге получают геохимическую информацию примерно о 200 городах России, в которых проводятся комплексные эколого-геохимические оценки и картографирование, использующие методы геохимии ландшафта и геохимии окружающей среды.

Основы экогеохимии ландшафтов городов как особого научного направления разрабатываются в ИМГРЭ (Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов — Ю.Е. Сает, Р.С. Смирнова, Е.П. Сорокина и др.), на географическом и почвенном факультетах МГУ (Н.С. Касимов, А.И. Обухов, Е.М. Никифорова, Т.М. Белякова, С.И. Решетников и др.), в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (А.И. Перельман), в Институте экспериментальной метеорологии (Э.П. Махонько и др.), в Институте мерзлотоведения в Якутске (А.Н. Макаров) и других учреждениях России.

Систематика городов и городских ландшафтов

Геохимические принципы эколого-географической систематики городов

Геохимические принципы имеют ведущее значение при эколого- географической классификации городов. Однако пока базовая классификация не разработана, рационально рассмотреть систематику городов с чисто геохимических позиций на основе показателей, характеризующих их природную и техногенную ситуацию — количество выбросов, стоков, уровни загрязнения, природные особенности. Подобная геохимическая информация хотя и в неполном объеме имеется для многих городов.

Можно выделить два уровня геохимической систематики урбанизированных территорий. Первый — это систематика городов как целостных систем, второй — систематика ландшафтов внутри города. Оба подхода опираются на близкие, но не полностью совпадающие принципы.

Отряды городов. Селитебные, в том числе и городские ландшафты, мы относим к отряду антропогенных ландшафтов, в основе выделения которого лежит ведущая роль техногенной миграции, наличие искусственного рельефа (строения), концентрация населения. В качестве первого приближения этот таксон целесообразно разделить на таксономические единицы, выделяемые по техногенным и природным особенностям миграции и концентрации химических элементов (табл. 21.1.).

Таблица 21.1.

Основные таксономические единицы геохимической систематики городов

Н аи ме но ваии е единицы Критерии ВЫДЕЛЕНИЯ

Отряд Ведущая ролътехногенной миграции, искусственный рельеф, концентрация населения (селитебные ландшафты)

Разряд Степень техногенного воздействия на население и городскую среду

Группа           Группа природных геохимических ландшафтов

Тип     Тип природного геохимического ландшафта

Семейство     Особенности воздушной миграции продуктов техногенеза

Класс  Класс водной миграции продуктов техногенеза

Род      Геохимическая специализация литогенного субстрата

Разряды городов. Между содержанием вредных веществ в атмосфере и размером города существует довольно четкая зависимость, что позволяет использовать число жителей в качестве одного из оснований геохимической классификации городов. Но так как существуют крупные города с относительно небольшим количеством выбросов и, наоборот, малые и средние города с большими объемами выбросов, более информативным показателем степени загрязнения является коэффициент эмиссионной нагрузки, показывающий количество выбросов на одного жителя в год (, где Р — количество выбросов, тыс. т год, а N — число жителей, тыс. чел.).

В крупных городах с населением более 500 тыс. жителей Е меняется от 0,1 до 0,7 со значениями более >0,3 в городах с преобладанием химической и нефтехимической промышленностью (Баку, Омск, Ярославль, Уфа, Тольятти) и тяжелым машиностроением (Челябинск, Тула). Для Москвы Е составляет 0,12 т/чел. год.* В малых и средних промышленных городах Е изменяется от 0,2 — 0,3 до более 10. Среди наиболее загрязненных явно преобладают города с черной и цветной металлургией. По значениям коэффициента Е можно установить градации городов, обозначаемые буквенными индексами:

L — до 0,3 т/чел. год — многие крупные и средние города с

машиностроительной специализацией; М — 0,3 — 1 т/чел. год — крупные города с нефтехимической и химической промышленностью и другие промышленные центры; N — 1 — 2 т/чел. год — города с черной и цветной металлургией, тяжелым машиностроением, химической промышленностью (Липецк, Нижний Тагил, Красиотурьииск, Ангарск, Фергана, Днепродзержинск, Лисичанск);

Р — 2 — Зт/чел. год — это четыре города: Ново-Троицк, Красноперекопск, Череповец и Магнитогорск;

R — 3 — 5 т/чел. год — к нему относится только Темиртау (Е=4,4);

S — >5 т/чел. год — уникальная нагрузка характерна для Норильска, где на одного человека в год приходится 12 — 13 т. выбросов вредных веществ.

Сочетание эмиссионной суммарной нагрузки выбросов на одного жителя в год или на площадь с известными показателями уровней загрязнения (Zc и др.) депонирующих сред — почв и снега можно использовать в качестве оснований для выделения геохимических разрядов городов, которые обозначаются буквенно- числовыми индексами (табл. 2.2.) и оцениваются в баллах.

Между выбросами на одного жителя и уровнями загрязнения почв нет прямой зависимости. Так, города с черной металлургией и особенно большим количеством выбросов, например, Темиртау (население 228 тыс. чел., выбросы 1000 тыс. т в год, Е = 4,4; Zc почв = 17 — 21), относятся к разряду R 2 (10 баллов), а города с цветной металлургией — Чимкент (389 тыс. чел., 180 тыс. т в год, Е = 0,46; Zc = 220 — 1300) с меньшими, но более токсичными выбросами тяжелых металлов могут относиться к разрядам с более высокими баллами загрязнения — МЗ — М4, N3 — N4 и т.д. На этих же принципах может быть основана систематика городов с радионуклидным загрязнением (Чернобыль и ДР-)-

Важной эколого-геохимической характеристикой городов является структура загрязнения. Она может учитываться отдельно для макрополлютантов (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, пыль), на долю которых приходится более 90 — 95% от общего объема выбросов, и микрополлютантов, объемы выбросов которых малы, но велики уровни концентрации в выбросах и токсичность (тяжелые металлы, хлорорганические соединения, углеводороды и др.). Так, среди крупных городов мира по средним концентрациям в воздухе выделяются "серные" города — Тбилиси, Тегеран, Милан, Сеул и др., "азотные" — Донецк, Ташкент, Тель- Авив, Одесса, Москва и др., "углеродные" — Париж, Сантьяго, Ереван, Мадрид и др. (Э.Ю. Безуглая и др.).

Подобная геохимическая специализация существует и для микропримесей, особенно в депонирующих средах — почвах, растениях, донных отложениях. Наиболее высокие кларки концентрации в почвах (относительно литосферы) 30 наиболее загрязненных микроэлементами городов бывшего СССР имеют Cd, Pb, Zn, Си, а наиболее контрастные локальные техногенные аномалии в этих городах образуют Ni, Cd, Zn, Си и Hg (21.1). Их максимальные содержания достигают десятков и даже сотен кларков концентрации (Cd, Pb). Каждый промышленный город имеет свою геохимическую специализацию, которую следует учитывать при выделении подразрядов городов:

Норильск — Cu, Ni, Pb;

ТОЛЬЯТТИ — Cr, Мо, Ni, PB, Си;

Братск — 3,4 бензпирен, Al, F, Zn, Be, Pb;

Чернобыль — Pu, 137Cs, 90Sr.

Так, наряду с "серными" и "азотными" выделяются "медные", "фторные", "плутониевые"и другие города.

Геохимическая специализация и загрязнение городов изображаются на экологических ландшафтно-геохимических картах в виде формул из символов приоритетных загрязняющих поллютантов. Например, в числителе — коэффициенты аномальности в атмосферных выпадениях, снеге, в знаменателе — в почвах. Если необходимо, рядом с дробью — в растениях, а также суммарные показатели загрязнения (перед дробью).

Группы и типы городов выделяются по группам и типам природных ландшафтов, в которых сформировался городской ландшафт. Так, существенно различаются группы городов в тундре, тайге, пустыне. С этих же позиций в лесной группе выделяются типы городов влажных тропиков и тайги, в пустынной  группе — города тропических и бореальных пустынь и т.д. С зональных позиций геохимия ландшафтов городов еще не анализировалась. Это, несомненно, связано как с определенной ландшафтно-геохимической уникальностью каждого города, так и отсутствием исследований типа: "азотные", "свинцовые" города в разных природных зонах или, наоборот, разной геохимической специализации в одной зоне.

Классы городов выделяются по условиям водной миграции продуктов

Семейства городов определяются особенностями воздушной миграции продуктов техногенеза, положением города в бассейнах атмосферного переноса и региональными особенностями загрязнения и самоочищения атмосферы. Важное значение имеет соотношение сильных и штилевых ветров, наличие инверсий, определяющих появление смога, рельеф и т.д. Критерии выделения семейств требуют уточнения. Многие из этих факторов отражены в геоморфологии города. Поэтому выделяются равнинное семейство (Москва), горно-котловинное и горнодолинное (Улан-Батор, Тбилиси), предгорное (Алма-Ата), приморское (Санкт- Петербург) и другие. Приморские города характеризуются высокой очищаемостью атмосферного воздуха от загрязнителей, и поэтому среди крупных промышленных городов мира только они (Копенгаген, Осака, Токио, Нью-Йорк, Ванкувер, Мельбурн, Торонто) отличаются наименьшими средними концентрациями взвешенных в воздухе частиц (Э.Ю. Безуглая). Наоборот, горнокотловинные и предгорные города при прочих равных факторах имеют самые высокие показатели загрязнения.

Роды городов определяются геохимической специализацией литогенного субстрата. По уровням содержания токсичных элементов и соединений в коренных, почвообразующих породах и почвах можно выделить три рода: I — фоновые города с околокларковыми содержаниями большинства элементов (многие города на четвертичных рыхлых отложениях); II — субаномальные ландшафты с повышенными содержаниями отдельных элементов в литогенной основе; III — города с природно-аномальными литогеохимическими условиями, построенные на территории рудных, угольных, нефтяных и газовых месторождений, где высокие природно-обусловленные концентрации токсичных элементов создают достаточно высокий уровень загрязнения городского ландшафта. Примерами служат город Моа на хром-никелевом месторождении Кубы, Баку — в нефтеносном районе и др. Добыча и переработка полезных ископаемых в этих случаях вносит дополнительную техногенную нагрузку, что увеличивает опасность экологической ситуации.

Возможны и другие подходы к геохимической систематике городов, например, в большей степени учитывающие устойчивость городских ландшафтов к загрязнению, медико-гигиенические и медико-геохимические показатели и т.п. Но это проблема дальнейших исследований или создания классификаций городов, основанных на других, негеохимических признаках. Предложенные принципы геохимической систематики городов учитывают главные факторы — интенсивность и характер техногенной нагрузки и природно-техногенную геохимическую обстановку, в которой мигрируют и трансформируются загрязняющие вещества.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов