Общая характеристика городских экосистем
Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это – месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции. Кроме того, чтобы накормить одного горожанина, требуется не менее 1 га сельскохозяйственных угодий, включающих пашню, сенокосы и пастбища. В России на одного горожанина приходится около 2 га сельскохозяйственных угодий. Собственное производство продуктов питания (теплицы, пригородные сады) в городе незначительно.
Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек непосредственно употребляет. Основная часть воды идет на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного горожанина приходится до 1000 л в сутки.
Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии – она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.
Растения (продуценты) в составе городских экосистем растут в лесопарках, парках, садах, на газонах, но их главное назначение – не производство органического вещества (древесины, сена, съедобных плодов и т.д.), а регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в нее при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения также имеют большое эстетическое и декоративное значение.
Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка, зяблик, славки; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных – спутников человека. В ее составе – птицы (воробьи, скворцы, ласточки, вороны, галки, голуби), грызуны (крысы и мыши) и насекомые (тараканы, клопы, моль, мухи и др.). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, вороны, воробьи). Это – санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.
Горожане разводят домашних животных – собак и кошек, декоративных животных (попугаев, голубей, хомячков, аквариумных рыбок), в конюшнях ипподромов – лошадей.
Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них полностью нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов – сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта.
Наконец, человек определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а в последние годы и в России, быстро «расползаются» за счет строительства коттеджей в пригородах. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их появление сопровождается строительством новых шоссейных дорог, что также уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.
На рис. 94 показана связь города с другими экосистемами.
Контрольные вопросы
1. Каковы причины невозможности достижения экологического равновесия в городских экосистемах?
2. Как представлены в городской экосистеме продуценты, какова их роль?
3. Какие виды животных входят в фауну города?
Справочный материал
В 1992 г. в конкурсе на звание «Экологическая столица Германии» почетный титул заслужил город Фрайбург (земля Баден – Вюртемберг). В этом городе введен «единый экологический билет» для проезда на всех видах транспорта, что уменьшило интенсивность движения личного транспорта. Центр города закрыт для автомобилей, горожане пользуются трамваем и велосипедами, для которых есть специальные дорожки на всех улицах. В контейнеры разного цвета собираются бутылки, бумага, алюминиевые банки, пищевые отходы (рис. 95). В городе на всех участках, не занятых зданиями, создаются «биотопы» – небольшие фрагменты растительности, напоминающей естественную.
Шум измеряется в децибелах (сокращенно – дб). Тиканье часов – 10 дб, шепот – 25, шум от оживленной магистрали – 80, шум самолета при взлете (с расстояния 7,5 м) – 130 дб. Болевой порог шума – 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50–60 дб.
Фактором, негативно влияющим на состояние горожан, является видеозагрязнение – насыщение городской архитектуры элементами строений, которые служат причиной появления у человека раздражительности и даже агрессивности. Этот вопрос был специально исследован В.А. Филиным, который создал особый раздел городской экологии – видеоэкологию. Причина видеозагрязнения – увеличение доли гомогенных агрессивных полей (голые стены, монолитное стекло, глухие заборы, асфальтовые покрытия, гладкие крыши домов, одинаковые и равномерно размещенные на поверхности элементы – окна на стене дома, плитки на тротуаре или стене, гофрированные поверхности и пр.).
Исторически у человека сформировалась потребность в разнообразии зрительного восприятия в естественной среде. На голой стене глазу не за что «зацепиться», что отрицательно сказывается на работе центральной нервной системы и в конечном итоге на общем самочувствии человека. Таким образом, так называемые «архитектурные излишества» могут служить положительным фактором, повышающим разнообразие городской среды.
За свою жизнь каждый человек съедает большое количество продуктов, выпивает и использует на бытовые нужды много воды и изнашивает одежду и обувь, мебель и т.д. На него тратится энергия, которая вырабатывается на электростанциях, работают заводы, где производят автомобили и различные бытовые приборы, без которых немыслима жизнь цивилизованного человека. На одного американца, например, в течение жизни расходуется 4,24 т нефти, 15 т железа и чугуна, 1,5 т алюминия, 700 кг меди, 12 т глины, 13 т поваренной соли, 500 т стройматериалов (в том числе 100 м3 древесины).
В городах России в среднем один житель расходует 400 л воды в сутки (в Москве и Санкт-Петербурге – до 1000 л). Это неэкономное расходование. В Европе один житель тратит 150–160 л воды, а ведь европейцы не менее чистоплотны, чем россияне! За воду взимают достаточно высокую плату, что подталкивает к ее экономии. На предприятиях используют специальную техническую воду, качество которой ниже, чем у той, что подают в квартиры. Международная санитарно-гигиеническая норма воды на одного человека составляет около 235 л в сутки. С самой тоненькой струйкой из неисправного крана в сутки вытекает 150 л воды.
«Производство» бытового мусора постоянно растет. Сейчас его на каждого горожанина приходится от 150 до 600 кг в год. Больше всего мусора производят в США – 520 кг в год на одного жителя, в Норвегии, Испании, Швеции, Нидерландах – 200–300 кг, в Москве – 300–320 кг. США – одна из самых «замусоренных» стран мира, там ежегодно образуется до 160 млн. т мусора. Нагруженная этим мусором колонна десятитонных грузовиков растянулась бы от Земли до Луны, а 18 млрд. одноразовых пеленок, которые ежегодно выбрасывают американцы, можно протянуть от Земли до Луны 7 раз.
Для того чтобы в природной среде разложилась бумага, требуется от двух до десяти лет, консервная банка – более 90 лет, фильтр от сигареты – 100 лет, полиэтиленовый пакет – более 200 лет, пластмасса – 500 лет, стекло – более 1000 лет. Вспомните об этом, прежде чем бросить в лесу старый полиэтиленовый пакет или бутылку!
В составе современного бытового мусора много крайне медленно разлагающихся пластмасс (полимерных материалов). С новыми полимерными материалами ситуация лучше – в их составе есть светочувствительные молекулярные группы, либо молекулярные группы, которые легко усваиваются микроорганизмами. В обоих случаях прочные длинные нити полимерных макромолекул распадаются на части, с которыми быстро справляются микроорганизмы. Скорость разложения таких полимерных отходов возрастает во много раз, отпадает необходимость их сжигания в высокотемпературных печах.
Экологически опасен пористый стайроформ, из которого в США делают одноразовые стаканы. Если расставить в ряд стаканы, использованные за год, они опояшут Землю по экватору 463 раза. Этот пластик не разлагается в природе, а при его производстве из дорогостоящей нефти в атмосферу выделяются хлоруглероды, разрушающие озоновый слой.
В США перерабатывают всего 20% мусора, остальное концентрируется на свалках. До 1/3 этого мусора составляет тара. На упаковку американцы расходуют 75% производимого стекла, 50% бумаги, 40% алюминия, 40% пластика, 8% стали. Каждый час американцы используют 2,5 млн. пластиковых бутылок.
В некоторых штатах США полиэтилен собирают в специальные контейнеры и из него делают доски для парковых скамеек, дренажные трубы, кухонную утварь, игрушки; созданы специальные предприятия, на которых превращают бумажную тару от молока и соков в хлопья, а затем прессуют в стройматериалы (брус). Контроль бытовых отходов в США 20 лет назад стоил 10 долларов за 1 т, а сегодня уже 500. Расходы на обработку одного контейнера мусора возросли с 25–60 до 50–137 долларов.
В Швеции утилизируют банки от пива и соков. В магазины возвращают 8 банок из 10. В итоге 600 млн. банок в год попадает на переплавку (при населении 8 млн. человек). Изготовление банки из вторичного сырья стоит всего 4% от стоимости банки из нового алюминия.
УРБАНИЗАЦИЯ
Урбанизацией называется процесс увеличения доли городского населения и усиления влияния городов на биосферу. Если в 1830 г. в городах проживало около 3% населения, то в 1960 г. – 34%, в 2000 г. – около 48%. Начиная с 1970 г. прирост населения городов значительно опережает прирост народонаселения планеты (соответственно 4 и 1,7%).
Процесс урбанизации сопровождается уменьшением доли биосферы, способной продуцировать органическое вещество и кислород (происходит «запечатывание» поверхности асфальтом и строениями), и повышением уровня загрязнения окружающей среды. Положительным моментом урбанизации является сдерживание роста народонаселения, так как число детей в семье горожанина в среднем меньше, чем в сельской семье.
Самой «сердцевиной» процесса урбанизации является возникновение мегополисов – гигантских агломераций городов с общим населением свыше 10 млн. человек. К мегаполисам относятся Буэнос-Айрес, Шанхай, Калькутта, Бомбей, Тегеран, Нью-Йорк, Токио, Сан-Паулу, Мехико, Рио-де-Жанейро, Лондон, Сеул. В настоящее время мегаполисы продолжают бурно расти, так как программы децентрализации, которые разрабатываются правительствами, не эффективны, и существование мегаполисов – неизбежная реалия с множеством экономических и экологических проблем (дороговизна жизни, сложность транспортного обеспечения, проблемы загрязнения и т.д.).
Контрольные вопросы
1. Что такое урбанизация и каковы причины этого процесса?
2. Каковы негативные последствия урбанизации?
3. Есть ли «плюсы» у урбанизации?
4. Приведите примеры мегаполисов.
Справочный материал
В табл. 5 показаны данные об урбанизации в некоторых регионах Земного Шара.
Таблица 5
Доля городского населения в некоторых регионах
земного шара (%)
| Регионы мира | 1950 г. | 1986 г. | 2000 г. |
| Северная Америка | |||
| Европа | |||
| СНГ | |||
| Восточная Азия | |||
| Латинская Америка | |||
| Африка | |||
| Южная Азия | |||
| Океания | |||
| Китай | |||
| Весь мир |
Процесс урбанизации активно протекает в РФ. В настоящее время зарегистрировано 1059 городов, 2066 поселков городского типа. Уровень урбанизации достиг 73%, а в таких регионах, как Урал, Сибирь и Дальний Восток, доля городского населения превысила 80%. При этом в 33 крупных городах РФ плотность населения превышает оптимальную величину (300 человек на 1 га). Причем эта опасная тенденция усиливается (для сравнения, Париж – 291 чел/га, Берлин – 189, Лондон – 128 чел/га). Столь высокая плотность населения ухудшает условия жизни горожан.