На биосферу и здоровье населения
Урбанизация- это исторический процесс повышения роли городов в жизни общества, который характеризуетсяконцентрациейбольшого количества населения на небольшой территории с резким увеличением несельскохозяйственных функций и распространением городского образа жизни. Сегодня процесс урбанизации приобрел всемирный характер, имохвачены страны с различным общественным строем и уровнем экономического развития. Рост городского населения за последние пятьдесят лет происходит экспоненциально в странах со слаборазвитой промышленностью и линейно – в промышленно развитых странах (см. рис. 1). При этом в первых удвоение городского населения происходит менее чем за 20 лет. Предполагается, что такая тенденция сохранится в ближайшие десятилетия и городское население продолжит расти быстрее, чем население мира в целом. Таким образом, ожидается, что весь прирост населения придется на городские территории, а численность горожан на Земле в 2050 г. достигнет 6,3 миллиарда человек.
Урбанизация относится к наиболее трудноуправляемому процессу преобразования природы. Город потребляет из окружающей среды огромное количество природных ресурсов, а возвращает в нее отходы жизнедеятельности. Главная особенность городских территорий состоит в том, что в них невозможно экологическое равновесие как в биосфере. Все потоки регулирования потоков вещества и энергии в городских агломерациях человек берет на себя, а это связано с экстенсивным захватом новых территорий - «расползанием» городов. Гигантская концентрация людей в городах и рост потребления приводят к истощению ресурсов территории городов и прилегающих к ним районов. Недаром Ю. Одум рассматривал городскую среду как аномальное, геопатологическое явление, называя город «паразитом биосферы». На урбанизированной территории многократно возрастают объемы поставок воды, энергии, продуктов питания, часто вместе с наращиванием производства и услуг происходит накопление на территории городов огромных объемов загрязненных вод, промышленных и бытовых отходов. В последнее время стал применяться термин «экологический след» города, под которым понимается площадь продуктивных земель и акваторий, необходимая для производства потребляемых городом ресурсов и ассимиляции отходов. Подсчитано, что для Лондона, имеющего площадь 170 тыс. га, «экологический след» составляет около 21 млн. га, что в 125 раз больше его собственной площади и равно всей площади продуктивных земель Великобритании.
Интенсивная и многофункциональная деятельность человека в крупных городах приводит к существенному, и часто необратимому изменению окружающей среды. Концентрация огромного количества людей, транспорта, потребление значительного количества природных ресурсов и внушительные объемы отходов, рост заболевания населения все это характерно для крупных мегаполисов. Экологические проблемы крупных городов являются, с одной стороны, следствием неграмотного проектирования и организации урбанизированного пространства, а с другой, - откликом природы на техногенное вмешательство. Важно отметить, что учесть все многообразие ответных реакций природной среды на стадии проектирования и строительства городов достаточно сложно, т. е. формирование этих обратных связей имеет длительную задержку во времени и дифференцированно в пространстве. Знание о процессах отклика появляются только тогда, когда город уже построен, и урбанистические факторы начинают взаимодействовать с природными. Именно поэтому объект исследований - город, как целостность человека, техники и геологической среды - представляет собой огромное разнообразие качественно новых процессов и явлений, в изучении которых мы стоим в начале пути.
Современный город представляет собой сложный экономико-географический, архитектурно-строительный и культурный комплекс с широким спектром социальных, инженерно-технических и, особенно, экологических проблем. Общими чертами современной урбанизации являются: быстрые темпы роста городского населения; концентрация городского населения в крупных городах и уплотнение городской застройки; расширение границ города и создание городских агломераций – мегаполисов; строительство зданий повышенной этажности, создающих высокую удельную нагрузку на породы основания; расширение использования подземного пространства; насыщение городской инфраструктуры промышленными предприятиями. Все это приводит к быстрому и многократному росту сосредоточенных техногенных нагрузок на геологическое пространство, истощению его природного потенциала, дефициту площадок с благоприятными для строительства геологическими условиями и как результат - к возрастанию вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, увеличению геологического и экологического риска.
Проблема урбанизированных территорий усугубляется еще и тем, что наряду с природными в их пределах широко развиты техноприродные и техногенные процессы - принципиально новые опасные процессы в земной коре, спровоцированные деятельностью человека. К их числу относятся наведенная сейсмичность, опускание поверхности земли, искусственные физические поля, геохимические аномалии и др. Под влиянием хозяйственной деятельности активизируются подтопление, оползни, обвалы, просадки, карст, суффозия, эрозия, абразия, что приводит к увеличению вероятности развития опасных явлений, а с учетом уязвимости всей инфраструктуры городов, обусловливает высокие природные риски. В России встречается более 30 различных природных опасностей, из которых наиболее широко распространены подтопление и суффозия (табл. 5). Этими процессами поражены территории 93 % городов России. Далее идут наводнения 72 %, оползни - 70 %, просадки лессовых пород - 55 %, речная эрозия - 43 %, карст - 29 %, землетрясения - 10 % и др. Развитие техноприродных процессов определяет необходимость защиты геологической среды города.
Разумеется, город не только паразит «на теле» биосферы. Город - сгусток социальной энергии, материальное воплощение технического прогресса современной цивилизации. Главная причина роста крупных городов объясняется экономическими преимуществами концентрации и специализации производства в пределах сравнительно небольших территорий, а также наиболее эффективным приложением в них сил и знаний в любой сфере деятельности, использованием социально-культурного потенциала города. В то же время процесс концентрации производства и населения сопровождается интенсивным воздействием на окружающую среду, вызывая ее разрушение, и вступает в явное противоречие с историческим назначением и ролью города как средства улучшения условий жизни и благосостояния людей. Поэтому задача заключается в решении экологических проблем городов, приумножении положительных моментов городской жизни. Так, И. Пригожин и И. Стенгерс считают, что «города являются и источниками загрязнения окружающей среды, и источником социальных, художественных и интеллектуальных инноваций. Эта аналогия плодотворна, так как позволяет нам лучше понять то, что мы довольно часто пытались противопоставлять - порядок и беспорядок, хотя бессильна помочь нам в вынесении любого суждения относительно ценности создаваемого или уничтожаемого: такие
Таблица 5. Опасные природные процессы
на урбанизированных территориях России [31]
| Процессы и явления | Степень поражен-ности территории России, % | Доля населения, прожива- ющего на пораженной территории, % | Города, подверженные процессам | |
| всего | % от общего числа | |||
| Землетрясения | 41,6 | |||
| Цунами | 0,1 | 0,1 | 1,4 | |
| Оползни | ||||
| Сели | 1,3 | |||
| Лавины | 0,8 | |||
| Карст | ||||
| Суффозия | ||||
| Просадки лессовых пород | ||||
| Эрозия речная | 0,2 | 0,3 | ||
| Эрозия плоскостная и овражная | ||||
| Переработка берегов морей и водохранилищ | 0,07 | |||
| Подтопление | 0,5 | 6,9 | ||
| Наводнения | 2,4 | 0,9 | ||
| Криогенные процессы | ||||
| Ураганы, смерчи |
суждения выходят за рамки собственно науки и касаются ответственности человека».
Город разрушает не только природные системы, но и здоровье горожан. По современным данным, 80 % всех болезней жителей города связано с неблагополучной экологической обстановкой в российских городах. Нарастание удельного веса так называемых «урбанистических» заболеваний требует принятия формулы «город для человека, а не для производства» и внимания к средообразующим функциям города, поощрения работ по медико-экологическому изучению городов, разработки новых подходов к его осуществлению [2].
Состояние здоровья городского населения зависит от множества факторов: социальных, экологических, санитарно-гигиенических, природных, функциональных и т. п. Отсюда возникают непростые задачи инвентаризации и учета всех факторов, влияющих на здоровье горожан, определение корреляционных отношений между различными факторами. Изучение изменений в состоянии здоровья населения, обусловленных воздействием факторов окружающей среды, является достаточно сложным в методологическом плане, так как предполагает использование многофакторного анализа параметров природной, техногенной и социальной составляющих урбогеосистемы.
Прежде всего, не следует считать, что загрязнение окружающей природной среды является определяющим фактором, вызывающим заболеваемость населения городов. Не меньшую, а часто и основную роль играют генетические особенности человека, а также образ жизни, качество питания, уровень медицинского обслуживания. Так, согласно заключению экспертов ВОЗ состояние здоровья населения на 10 % определяется условиями развития медицины; по 20 % - наследственностью и состоянием окружающей среды; на 50 % - образом жизни. В то же время, многочисленными исследованиями в разных странах доказано, что низкое качество окружающей среды определенно способствует снижению защитных сил организма и росту заболеваемости. Интенсивные и длительные воздействия факторов окружающей среды могут проявляться определенными клиническими и патологическими процессами в иммунной системе. Например, загрязнение воды вызывает болезни желудочно-кишечного тракта, при этом особенно уязвимы к экологическому неблагополучию дети.
Природная геологическая среда постоянно испытывает влияние антропогенных объектов, особенно в городах с большим количеством промышленных предприятий, которые получили название «геотехногенных комплексов» и состоят из домов, инженерных сооружений, коммунальных служб, транзитных магистральных систем, линий электропередач, подземных сооружений (нефте-, газопроводы, метро, подземные хранилища газа, воды, промстоков, промотходов). Каждое промышленное предприятие характеризуется как источник локального техногенного воздействия, но в сумме эти источники оказывают региональное техногенное воздействие на природную среду. Так, атмосферное загрязнение распространяется от Москвы на восток на 70-100 км, депрессионные воронки от забора артезианских вод имеют радиусы 100-200 км, тепловое загрязнение и нарушение режима осадков наблюдается на расстоянии 90-100 км, а угнетение лесных массивов - на 30-40 км [22].
Процессы техногенного загрязнения окружающей среды городов характеризуются особенностями поступления химических элементов от различных источников и транспортирования их в природные объекты. Если в природных аномалиях источники образования химических элементов обычно расположены ниже земной поверхности и начальные стадии транспортировки вещества определяются процессами механической миграции и внутригрунтового стока, то источники техногенных загрязнений расположены чаще всего на дневной поверхности или выше ее и транспорт вещества в большей степени обусловлен атмосферным переносом и поверхностным стоком. Конкретные источники, пути загрязнения окружающей среды и вид техногенных аномалий весьма разнообразны (табл. 6). Для обобщающих оценок загрязнения окружающей среды городов необходима информация о распределении как отдельных химических элементов, особенно наиболее опасных, так и их ассоциаций. Состояние городской окружающей среды характеризуется не только распределением содержаний химических элементов, но и распределением их абсолютных масс, поступающих на единицу земной поверхности в единицу времени.
Борьба с болезнями века и с преждевременной биологической старостью городского населения - одна из главных задач современной медицины, которой, в ряде случаев, значительно легче устранить опасности, угрожающие здоровью человека со стороны природной среды, нежели те, которые создает он сам в процессе своей хозяйственной деятельности. Экологический ущерб от изменения геологической среды города может быть прямым и косвенным. К прямому ущербу приводят процессы загрязнения почв и подземных вод, подтопление территорий, разрушительные геологические процессы и явления. Косвенный экологический ущерб характеризуется такими геологическими процессами, как изменение рельефа, вибрации в грунтах, которые вызывают физический и эмоциональный дискомфорт. Воздействие физических, химических и биологических факторов на человека обусловливает необходимость определения реальной и максимально допустимой нагрузки на городское население, а также практической защиты городской среды от негативного влияния хозяйственной деятельности.
Техногенные факторы, влияющие на состояние здоровья населения прямо и опосредованно через изменение городской среды, подразделяют на ряд признаков. По природе выделяют факторы: механические, физические, химические, биологические, ландшафтные. По стойкости вызываемых изменений в природе выделяют факторы: временные обратимые изменения, относительно необратимые изменения, абсолютно необратимые изменения (например, добыча почти всех видов полезных ископаемых). По способности аккумуляции в природе факторы делятся на: не аккумулирующиеся,кратковременно аккумулирующиеся, аккумулирующиеся непрерывно и неопределенно долгое время (долгоживущие радиоактивные вещества, изъятие полезных ископаемых и др.).
Таблица 6. Влияние основных загрязнителей на здоровье человека и окружающую среду промышленно-урбанизированных территорий
| Загрязня-ющие вещества | Класс опас-ности | Влияние на организм человека и окружающую среду |
| Оксиды же-леза (II), (III) | III | Оказывает воздействие на эндокринную, мочевыделительную и кровеносную системы. Вызывает изменения в легких. |
| Марганец, его соединения | II | Воздействует на эндокринную систему, а так же на нервную систему организма. Обладает мутагенным эффектом. |
| Сажа (углерод черный) | III | Оказывает воздействие на органы дыхания человека. Снижает уровень поступления солнечной радиации на поверхность земли, что приводит к изменению термического режима. |
| Углерода оксид | IV | Может оказывать воздействие на кроветворную систему, вступая в реакцию с гемоглобином. Препятствует переносу кислорода к тканям и сердцу. Способствует увеличению количество сахара в крови. Опасен для человека в локальном масштабе. Обладает эффектом суммации. |
| Ангидрит сернистый, сера диоксид | III | Бесцветный газ с сильным запахом. Нервный яд. Раздражение глаз и дыхательных путей. Оказывает воздействие на бронхо-легочную систему. Может привести к анемии и росту числа респираторных заболеваний. |
| Бенз[а]пирен | I | Обладает канцерогенным эффектом. |
| Азота оксид | III | Обладает неспецифическим рефлекторным и общетоксическим действием. |
| Азота диоксид | II | Обладает гепатоксическим эффектом. Воздействует на кровеносную систему, вызывает раздражение слизистых дыхательных путей. С диоксидом азота связывают рост числа заболеваний дыхательных путей. |
| Углево-дороды | IV | Обладают наркотическим действием, в малых концентрациях вызывают головную боль, головокружение. При высоких концентрациях создается опасность отравления. |
| Серово-дород, Н2S | II | Бесцветный газ, имеет неприятный запах. Нервный яд. Вызывает раздражение глаз и дыхательных путей. Действие на ЦНС, окислительные процессы и кровь. |
Концентрация производства и городской инфраструктуры приводят к увеличению уровня искусственных техногенных физических полей (табл. 7), многократно превышающего естественный фон и часто достигающего критических значений. Неконтролируемый рост интенсивности воздействия данных полей на объекты и компоненты окружающей городской среды может привести к необратимым изменениям соответствующих природных структур и нежелательным нарушениям баланса системы«город - природная среда - человек».
Таблица 7. Техногенное воздействие промышленных и гражданских объектов урбанизированных территорий на геосреды и биоту [22]
| Вид и характер воздействия искусственного объекта | Коэффициент экологической весомости по техногенному воздействию на геосреды и биоту | |||
| Атмосфера | Гидросфера | Литосфера | Биогеоценоз | |
| Механическое кратковременное долговременное | 0,23/0,15 0,34/0,21 | 0,15/0,10 0,20/0,15 | 0,28/0,21 0,34/0,27 | 0,05/0,03 0,18/0,09 |
| Тепловое кратковременное долговременное | 0,18/0,07 0,37/0,14 | 0,25/0,11 0,40/0,20 | 0,14/0.10 0,21/0,17 | 0,08/0,04 0,22/0,02 |
| Биохимическое кратковременное долговременное | 0,12/0,08 0,19/0,19 | 0,05/0,04 0,35/0,16 | 0,28/0,21 0,39/0,25 | 0,31/0,23 0,46/0,31 |
| Электромагнитное кратковременное долговременное | 0,10/0,06 0,12/0,09 | 0,15/0,02 0,20/0,08 | 0,17/0,10 0,26/0,19 | 0,20/0,09 0,28/0,12 |
Примечание: в числителе - значение коэффициента для промышленных объектах, в знаменателе - то же для жилищно-гражданских объектов
Длительное воздействие вибрационного поля приводит к неоднородному по простиранию и мощности захвата уплотнению пород различного состава и влечет за собой неравномерность осадки и деформации зданий и сооружений. Вибрационное воздействие, передаваемое по воздуху и грунтам, оказывает непосредственное экологическое влияние на людей. Техногенные электрические поля способствуют увеличению уровня интенсивности блуждающих токов, что приводит к возникновению и интенсификации электрокоррозионных процессов. Показатели, характеризующие техногенные физические поля, должны учитываться при оценке качества городской окружающей среды и как экологические критерии - при оценке жилой и производственной среды.
Угроза теплового загрязнения — одна из актуальных проблем современного города. Тепловое воздействие промышленных производств и коммунальных предприятий сопровождается возникновением тепловых «пятен» и способствует увеличению интенсивности и масштабов проявления эрозионных, карстовых, суффозионных процессов и широкому развитию химического загрязнения. Повышение температуры подземных вод приводит к увеличению концентрации содержащихся в них химических элементов и степени их агрессивности по отношению к бетону, железобетону, металлам. Повышение температуры подземных вод и грунтов активизирует процессы биокоррозии вследствие интенсификации процесса роста и жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Нарушение температурного режима в породном массиве, в котором размещено большое количество различных сооружений и коммуникаций, ведет к неизбежным дополнительным затратам энергии на охлаждение и защиту их от тепловой коррозии.