Экологические проблемы крупных городов.
Охрана окружающей среды в населенных местах и, прежде всего, в городах, является особенно актуальной. Это связано с тем, что основные источники загрязнения здесь находятся в непосредственной близости к человеку и представляют потенциальную опасность для его здоровья. Одна из наиболее сложных проблем современных городов – загрязнение и деградация окружающей среды. Вызванные урбанизацией коренные изменения ландшафтов, загрязнение воздуха, воды и почвы, использование огромного количества воды на хозяйственные нужды, климатические изменения ставят целый ряд экологических и медико-биологических проблем.
В городах основными источниками химического загрязнения воздушной среды являются (наряду с отопительными системами) промышленные предприятия, автомобильный транспорт, а также процесс сжигания различных отходов. К промышленным источникам можно отнести: черную и цветную металлургию, нефтехимию, производство стройматериалов, химическую и др. отрасли промышленности, а также теплоэлектроцентрали. Степень загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива электростанций зависит от качества топлива и от характера топливоизолирующей установки. Основными загрязнителями являются продукты полного (окислы серы и зола) и неполного (главным образом окись углерода, сажа, углеводороды) сгорания. Важную роль играют окислы азота, образующиеся преимущественно из азота воздуха при высоких температурах горения. Тепловые электростанции, сжигающие нефть, почти не выбрасывают золы, но зато выделяют в три раза больше серного ангидрида. Мелкие технологические установки дают мало окислов азота, но могут выбрасывать довольно большое количество продуктов неполного сгорания, особенно сажи.
Следует подчеркнуть, что внутригодовое распределение этих выбросов достаточно неравномерно. Максимум поступлений в атмосферу отмечается в зимние месяцы, когда на полную мощность работают тепловые электростанции и котельные
В группу транспортных источников загрязнения воздушного бассейна включены: железнодорожный, водный, авиационный и автомобильный транспорт. Причем роль последнего в изменении химического состава воздуха стремительно растет. В ста пятидесяти городах российских городах автомобильные выбросы превалируют над промышленными. В Москве этот показатель составляется 88%. Двигатели внутреннего сгорания потребляют значительное количество кислорода, а их выхлопные газы содержат более 200 различных химических веществ. Основную часть составляют окись углерода и его диоксид, окислы азота, углеводороды и соединения свинца. Установлено, что один автомобиль при годовом пробеге 15 тыс. км изымает из атмосферы города 4,4 т кислорода, а выбрасывает в неё 3,3 т углекислого газа, 0,5 т угарного газа, 0,1 т ядовитых углеводородов и 30 кг окислов азота. Существенны загрязнения и парами бензина, масел и других жидкостей на автозаправочных станциях и станциях технического обслуживания автомобилей [26].
В городах автомобильный транспорт является самым крупным источником поступления (около 90% от общего количества антропогенных выбросов) окиси углерода. В зависимости от времени суток и интенсивности движения автотранспорта содержание этого поллютанта в городском воздухе колеблется в пределах 1 – 50 мг/м3. на перекрестках его концентрация в 2,5 – 4 раза выше, чем на перегонах. В результате того, что оксид углерода в 200 раз легче, чем кислород, соединяется с гемоглобином крови, он препятствует переносу кислорода у тканям. При этом у человека наблюдается расстройства в восприятии и анализе информации, нарушаются ранее сформировавшиеся навыки [20]. Говоря о роли автотранспорта, как источника загрязнения атмосферного воздуха, следует подчеркнуть присущие ему отличительные особенности. Во-первых, численность автомобилей в крупных городах быстро увеличивается, а вместе с тем и непрерывно растет валовый выброс вредных продуктов. Во-вторых, в отличие от промышленных источников загрязнения, «привязанных» к определенным площадкам и могущих быть изолированными от жилой застройки санитарно-защитными зонами, автомобиль – движущийся источник загрязнения, негативное воздействие которого максимально приближено к жилым районам, местам отдыха и т.д. В-третьих, автомобильный выброс находится почти на уровне дыхания человека, его рассеивание в условиях городской застройки затруднено. И, наконец, современные возможности ещё не в состоянии обеспечить желаемую степень чистоты воздушного бассейна города.
На фоне выбросов автотранспорта и промышленных предприятий в городах особую опасность представляет группа сильнодействующих ядовитых веществ. Среди них выделяют вещества, содержащие циаонгруппу, соединения фосфора, галогены, некоторые соединения металлов (например, производные мышьяка), минеральные и органические кислоты (серная, азотная, фосфорная и др.), щелочи, аммиак, соединения серы, фенолы, крезолы и их производные. Хранение их на складах создает большую опасность для городского населения, так как там сосредоточено большое их количество.
Загрязнение атмосферы оказывает не только прямое влияние на здоровье населения, но и опосредованное – через изменение теплового режима. Во многом этот показатель зависит от прозрачности атмосферы, которая определяется степенью ее запыленности. В крупных городах, как Москва, степень запыленности атмосферы может быть весьма высокой, что уменьшает поступление солнечной радиации. В результате запыленности атмосферы уменьшается освещенность в городах, изменяется спектральный состав поступающей солнечной радиации. Если бы физическими или химическими методами удалось устранить содержащиеся в воздухе частицы, рассеивающие солнечные свет, то инсоляция в городах увеличилась бы на 15–20%. Это особенно касается ультрафиолетовой части спектра. Потери биологически активных ультрафиолетовых лучей могут увеличиваться вследствие нерациональной планировки кварталов, высокой плотности застройки, неправильной ориентации улиц.
Другая сторона этой проблемы заключается в том, энергия поглощенных лучей расходуется на непосредственное повышение температуры воздуха. Повышению температуры воздуха в городах способствуют и другие факторы. На полях дождевая вода просачивается в почву, а в городе стекает в ливневую канализацию и, следовательно, не отнимает тепло в результате испарения. Повышению температуры воздуха способствует тепло жилых домов, заводов и др. трубопроводы теплофикационной системы выделяют в окружающую среду 15 – 20% тепла, проходящего по ним. Среднегодовая температура воздуха в городах в связи с этим выше, чем в малонаселенной местности, примерно на 1,5 оС [26].
Особо следует сказать о неблагоприятных ветровых режимах на территории городов. Наиболее ярко это проявляется во многих новых районах со свободной застройкой. Из-за нерационального планирования кварталов в отдельных точках наблюдаются местные падения атмосферного давления. Так в небольших промежутках между двумя крупными домами при определенных направлениях ветра скорость его потоков может значительно возрастать. Согласно законам аэродинамики происходит местное падение давления, которое с внутренней стороны квартала приобретает пульсирующий характер. Пребывание в таких зонах людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, может отрицательно влиять на их здоровье.
Существенная и во многом специфичная проблема городов – использование водных ресурсов для бытового и промышленного водоснабжения. При использовании воды для промышленного и хозяйственно-бытового водоснабжения в пределах городской территории образуются значительные количества сточных вод, обогащенных минеральными и органическими веществами, находящимися как в растворенном, так и во взвешенном состоянии. По данным ВОЗ, во многих городах общий объем сточных вод достигает 600 л в сутки на одного жителя и продолжает расти. В результате этого суммарное содержание растворенных органических веществ в ряде рек увеличивается на 400% относительно естественного фона [20].
Загрязнение природных вод происходит в результате поверхностного стока с городской территории. Такие воды (они формируются в результате выпадения атмосферных осадков и поступления поливо-моечных вод) содержат большое количество органических и минеральных веществ. В связи с загрязнением воздушного бассейна выпадающие на городскую территорию атмосферные осадки представляют собой растворы солей, кислот, органических веществ с примесью мелких твердых частиц. Суммарное количество загрязняющих веществ, поступающих в водоприемники за счет поверхностного стока с урбанизированной территории, cоставляет 8 – 15% от объема загрязняющих веществ хозяйственно бытовых вод, формирующихся на этой же площадке. Имеются многочисленные данные, указывающие на значительное содержание в ливневых водах тяжелых металлов и нефтепродуктов, отмечается и их сильная бактериальная загрязненность.
Проблемой городов, непосредственно связанной с экологией человека, является загрязнение подземных вод. Острота проблемы заключается в том, что подземные воды – это один из основных источников бытового водоснабжения, и от их качества и степени загрязненности зависит прежде всего здоровье человека. Загрязнение подземных вод происходит за счет хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, фильтрации из хранилищ твердых отходов и сбросов вод, из-за потерь в системах канализации и очистных сооружений, за счет ливневых, талых и поливо-моечных вод, а также в результате аварийных ситуаций, связанных с производством, складированием и транспортировкой различных видов химического сырья или отходов.
Существенной проблемой урбанизированных территорий является и проблема отходов, их уничтожения и обезвреживания. Количество бытовых и промышленных отходов непрерывно возрастает, представляя реальную угрозу загрязнения окружающей среды, в частности воздуха и природных вод в местах свалок. Серьезные проблемы возникают и в связи с очисткой городских стоков, так как очистные сооружения воспроизводят огромное количество концентрированного шлама или активного ила. Наиболее распространенный в настоящее время способ захоронения твердых отходов – организация специально отведенных мест. Эти отходы могут быть очень опасны для здоровья человека, они неоднократно служили источником инфекционных болезней, а в отдельных случаях – эпидемий. В мусоре размножаются грызуны и их паразиты, а также различные виды мух. В последние годы на городских свалках обитают стаи одичавших собак, которые могут стать источником различных инфекционных заболеваний.
Установлено, что воды, стекающие со свалок, как правило, загрязнены химически и бактериально в 10 раз больше, чем городские бытовые стоки, а загрязняющие вещества в местах скопления отходов проникают в почвогрунты на глубину до 2,5 м. Среди них нередко встречается ртуть, содержание которой может быть в 50 раз больше, чем в почвогрунтах свободных от свалок городских территорий. Заслуживает внимание и термическое воздействие свалок на режим грунтовых вод, так как повышение температуры под свалкой и вблизи ее достигает значительных величин и в среднем составляет 10о [26]. Свалки являются существенным, но не единственным источником загрязнения почвенного покрова городов. К источникам загрязнения почв в городе относятся промышленные выбросы, строительная, дорожная и другая пыль, грунтовые воды, атмосферные осадки, опавшие листья, снег (который в последнее время во многих городах не вывозится), а в ряде случаев и грунты, используемые для подсыпки отдельных участков городской территории. Все это формирует геохимическую специфичность природных сред городских территорий.
В настоящее время в результате развития различных видов энергетики, промышленности в целом, физические факторы электромагнитной природы приобретают одно из ведущих мест в экологической значимости среди других факторов окружающей среды. Поэтому сейчас в полной мере можно говорить о так называемом электромагнитном «загрязнении», и эта проблема переходит в разряд глобальных в отличие от других факторов окружающей среды, электромагнитные поля, вследствие использования их физических свойств в производстве и в быту невозможно заменить на какие-либо другие, менее вредные.
Серьезно ухудшает жизненную среду большого города шум. Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков – механических колебаний в области частот от 16 до 20000 Гц, воспринимаемых ухом человека [5]. В условиях производства он вызывается работой технологического оборудования и транспортных средств, на улицах города – транспортом и уличной толпой. На долю транспорта, и в первую очередь автомобильного, приходится подавляющая (до 70 – 90 %) часть шумового загрязнения окружающей среды. В Москве транспорт является основным источником шума. В зонах повышенного уровня шума, создаваемого этим источником, проживает более трех миллионов человек или 30 % населения Москвы. За последние годы уровень шума на основных магистралях города вырос на 5 дБА и составляет 78 – 82 дБА. Ширина зон акустического дискомфорта в некоторых случаях в дневные часы может достигать 700 – 900 м в зависимости от типа прилегающей застройки, а интенсивность шумового воздействия значительно превышает порог чувствителньости человека [20]. Организм часто реагирует на шум на бессознательном уровне, но вес равно такое воздействие вызывает у человека объективную реакцию: повышенную психическую напряженность, внутреннее напряжение.
Существенной проблемой городов является радиационное загрязнение, которое создается в результате работы тепловых электростанций и котельных (они выбрасывают в атмосферу с дымом значительное количество радиоактивных изотопов), деятельности предприятий и организаций, использующих радиоактивные вещества, глобального выпадения радионуклидов из атмосферы. На антропогенный радиационный фон накладывается излучение природных источников. К этим источникам относятся выходящие на дневную поверхность породы с повышенным содержанием естественных радиоактивных элементов, а также используемые в строительстве материалы с повышенным содержанием естественных радионуклидов. Установлено, что стены домов из кирпича и бетона содержат больше естественных радионуклидов, чем деревянные, поэтому горожане получают большую, чем сельские жители, дозу облучения в своих квартирах и рабочих помещениях.
Таким образом, в результате воздействия вышеперечисленных факторов сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка в городах, негативно влияющая на здоровье населения. К таким последствиям можно отнести увеличение заболеваний, связанных с городским образом жизни (появление так называемых болезней цивилизации), срыв адаптационных механизмов, а также специфическая перестройка обменных процессов и формирование патологических.