Город и его воздействие на окружающую среду

Город как гетеротрофная система. Воздействие города на природную среду. Экологический риск.

Город как гетеротрофная экосистема

Быстрая урбанизация и рост городов за последние полвека изменили облик Земли значительно сильнее, чем все другие виды деятельности человека за всю его историю. Город, особенно промышленный, — неполная (или гетеротрофная) экосистема¹, получающая энергию, пищу, волокнистые материалы, воду и другие вещества с больших площадей, находящихся за его пределами.

Город отличается от природной гетеротрофной экосистемы следующими особенностями: 1) гораздо более интенсивным метаболизмом на единицу площади, для чего требуется больший приток концентрированной энергии извне; 2) огромным превышением расхода энергии над ее запасами в системе; 3) более мощным потоком отходов, многие из которых — синтетические соединения, более токсичные, чем естественное сырье, из которого они получены^[1][2]. Следовательно, среда на входе и среда на выходе для системы города значительно важнее, чем для такой автотрофной системы, как, например, лес.

Существуют и естественные гетеротрофные экосистемы — сообщества океанических глубин, которых не достигает солнечный свет. В качестве источника энергии и ресурсов используют «питательный дождь» детрита из освещенных солнцем слоев океана. Антропогенные гетеротрофные экосистемы — это городские экосистемы, фермы по разведению дождевых червей, теплицы, где выращиваются шампиньоны или другие пищевые грибы, рыборазводные пруды, бассейны биологических очистных сооружений, где органическое вещество извлекается и разлагается животными-фильтраторами (чаще всего мелкими планктонными ракообразными)^[3].

Сейчас большинство городов имеет широкий «зеленый пояс» или включает в себя автотрофный компонент: деревья, кустарники, травяные газоны, а часто озера и пруды; органическая продукция этого зеленого компонента не играет заметной роли в снабжении механизмов и людей, столь плотно населяющих город и его промышленный район. Без огромных поступлений пищи, горючего, электричества и воды механизмы (автомобили, фабрики и т. д.) прекратили бы работу. Люди либо вскоре погибли бы от голода, либо покинули город. Конечно, городские леса, луга и парки представляют собой огромную эстетическую и рекреационную ценность; они смягчают колебания температуры в городе, уменьшают шумовое и другие загрязнения, предоставляют местообитания певчим птицам и другим мелким животным и т. д. Но труд и горючее, затрачиваемые на орошение, удобрение, стрижку газонов, обрезку деревьев, удаление срезанных или сброшенных ветвей и листьев, а также другую работу, необходимую для поддержания частных и общественных зеленых зон города, увеличивают энергетические (и денежные) расходы на жизнь в городе.

Ежегодные затраты энергии на содержание городского газона в США, включающие труд, бензин, удобрения, оцениваются в 528 ккал м^[2][5]. Примерно столько же энергии требуется, чтобы вырастить хороший урожай кукурузы¹.

Даже в развивающихся странах города растут гораздо быстрее, чем общая численность населения. Площадь суши, занятая городами, не так уж велика — всего 1—5% в разных районах мира. Но, воздействуя на свои обширные среды на входе и на выходе, города изменяют природу водных путей, лесов и полей, не говоря уже об атмосфере и океанах. Город может влиять на удаленный от него лес не только непосредственно загрязнением воздуха или спросом на продукты леса, но и косвенно, изменяя принципы лесоводства. Например, большой спрос на бумагу и изделия из нее оказывает очень сильное экономическое давление, под действием которого естественные леса, состоящие из деревьев разных пород и разного возраста, превращаются в плантации деревьев одного вида и возраста, специально предназначенные для переработки в бумажную массу^[5].

Образующиеся в результате функционирования города тепло, пыль и другие вещества, загрязняющие воздух, заметно изменяют климат городов, по сравнению с климатом прилегающей местности. Как правило, в крупных городах теплее, в них повышена облачность, меньше солнечного света, больше мороси и тумана, чем в окружающей сельской местности^[7].

Городское строительство, особенно сооружение индивидуальных домов и промышленных построек в пригородах, является одной из главных причин эрозии почв и снижения уровня грунтовых вод. Даже слабозаселенные, удаленные от городов районы могут подвергаться сильному их влиянию, поскольку из таких районов в города поступают продукты питания, сырье, вода и другие материалы. Кроме того, загрязнение воды и воздуха может ощущаться очень далеко от города.

Крупные промышленные города в высокоразвитых странах, потребляя огромное количество вещества и энергии, производят помимо тепла огромное количество твердых, жидких и газообразных отходов. Значительная часть этих отходов в той или иной степени очищается на очистных сооружениях, на что также расходуется большое количество энергии и финансовых средств. Тем не менее, благодаря законодательным мерам и общественной активности, состояние окружающей среды в городах и их окрестностях в этих странах в последние годы улучшилось.

В развивающихся странах города потребляют меньше вещества и энергии в расчете на одного их жителя. Однако недостаток или отсутствие в этих городах очистных сооружений часто приводит к более сильному негативному воздействию этих городов на окружающую среду.

Об интенсивности метаболизма города позволяет судить модель условного города-миллионера. Модель составлена по принципу баланса: на входе — вещества, поступающие в город в виде сырья, ресурсов и пищевых продуктов; на выходе — выбросы в атмосферу, промышленные и бытовые стоки в природные воды, отходы, поступающие на городские свалки. Город-миллионер потребляет в год 470 млн т воды, около 50 млн т воздуха, приблизительно?—8 млн т условного топлива, почти 14 млн т различного сырья и 1 млн т пищевых продуктов. Выбросы в атмосферу составляют порядка 17 млн т в год. Ежегодно город с населением 1 млн человек «производит» около 3,5 млн т твердых и концентрированных отходов, а также до 350 млнт загрязненных сточных вод¹.

Современный город фактически паразитирует на окружающих его природных экосистемах. При существующем порядке хозяйствования город, забирая огромное количество вещества и энергии из окружающих экосистем, не производит или почти не производит пищи или других органических веществ, не очищает воздух, не возвращает или почти не возвращает в круговорот воду или неорганические вещества. С другой точки зрения можно считать, что город находится в симбиотических отношениях с окружающей его местностью. Он производит товары, услуги, деньги и культурные ценности, обогащает ими сельское окружение, а получает в обмен на него пищу, энергию и сырье. Таким образом, город необходимо считать экосистемой в полном смысле этого термина, если рассматривать его вместе с обширным природным окружением^[2][5].

Чем крупнее город, тем больше он содержит элементов и связей между ними. Известно, что с увеличением размеров тела организма общая величина его метаболизма возрастает, однако величина метаболизма на единицу массы снижается. Общая энтропия системы возрастает с увеличением ее размеров. В результате этого все большая и большая доля энергии должна использоваться па поддержание состояния и все меньшая доля энергии остается для ее развития. Когда расходы энергии на поддержание уравниваются с количеством доступной энергии, дальнейший рост прекращается, т.с. достигается максимальная емкость среды^[10]. Такая же закономерность отмечена и для городских экосистем. По мере роста города возрастает средняя заработная плата ее жителей (для лиц, принадлежащих.

к среднему классу, работающих, но найму и в мелком и среднем частном бизнесе). Однако растут и издержки, в том числе наблюдаются:

• • повышение расходов на транспорт;
• • рост безработицы в периоды экономического спада или дефолта;
• • более высокая заболеваемость, в результате ухудшения состояния среды и увеличения стрессовых факторов;
• • более высокие затраты на поддержание и обслуживание инфраструктуры города, которые растут быстрее чем население;
• • более высокие затраты энергии на отопление зданий зимой и их охлаждение летом;
• • рост преступности.

Поддержание жизни крупных городов, особенно мегаполисов и городских агломераций, протянувшихся на сотни километров, становится крайне дорогим. Все их здания и сооружения (дороги, водопровод, канализация) постепенно устаревают и требуют ремонта или замены. Отходы каждого города сваливаются на «задний двор» другого¹.

• [1] Гетеротрофная экосистема — экосистема, использующая преимущественно веществои энергию органических соединений, накопленных в других (автотрофных) экосистемах.
• [2] См.: Одум Ю. Основы экологии.
• [3] См.: Одум 10. Экология.
• [4] См.: Одум Ю. Основы экологии.
• [5] См.: Там же.
• [6] См.: Там же.
• [7] См.: Николайкин II. И., Николай кина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [8] См.: Одум Ю. Основы экологии.
• [9] См.: Там же.
• [10] См.: Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. Социальная экология. М.: Академия, 2000.