УДК 373.167.1:614 ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ РОССИИ
реклама
УДК 373.167.1:614 ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ РОССИИ Комарова Н.Г. к. геогр.н.ст.н.с., Музей Землеведения МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия, e-mail: nkomarova37@mail.ru Аннотация. Рассматривается техноприрода городов как фактор активизации опасных экзогенных процессов. Показано, что город, как сложное территориальное образование, включающее природную и антропогенную субсистемы, является источником техногенной нагрузки на окружающую среду. Подчеркнуто, что масштаб воздействия техногенных потоков обусловлен специализацией городов (в первую очередь, как центров промышленного назначения) и их градообразующими функциями (транспорт, строительство и пр.). Рассматривается степень подверженности урбанизированных территорий России опасным экзогенным процессам, вызванным хозяйственной деятельностью человека. Ключевые слова: экзогенные процессы, урбанизация, устойчивость геологической среды, природный и техногенный риски. ВВЕДЕНИЕ Урбанизация (от лат. Urbos – город) – глобальный исторический процесс, связанный с ростом числа городов и городского населения, сопровождаемый распространением городского образа жизни. Появившись на Земле около 5 тысяч лет назад, города постепенно стали центром развития земной цивилизации. В 1900 г. в мире насчитывалось более 15 городов с миллионным населением; в настоящее время их число превышает 300. Близко расположенные города зачастую вовлекаются в орбиту более крупного города. Образуются агломерации – скопления городов. К примеру, Московская агломерация насчитывает более 16 млн. человек. По данным ООН, в 1995 г. 10 крупнейших агломераций мира вмещали более 154 млн. жителей (Токио, Сан-Паулу, Нью-Йорк, Мехико, Бомбей, Шанхай, Лос-Анджелес, Пекин, Калькутта, Сеул). Как ожидается, в 2015 г. в них уже будет 224 млн. человек; к 2500 г. практически все население Земли будет проживать на урбанизированных территориях – в городах и поселках городского типа. Россия относится к странам с высоким уровнем урбанизации (около 75%). По данным на 2000 год, городские поселения России были представлены 1092 городами и 1875 поселками городского типа, с числом жителей соответственно 94,7 и 11,2 млн. человек. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРОДОВ Рост числа больших городов с одновременным увеличением численности людей, в них проживающих, – неизбежный процесс нашего времени. Концентрация производства и населения на ограниченных территориях быстро нарастает. Яркий пример тому формирование гигантского мегаполиса в США – так называемого Босваша, который протянулся от Бостона до Вашингтона сплошной полосой по Атлантическому побережью США длиной 800 км и шириной 100-150 км. Этот мегаполис занимает всего 1,5% территории США, но в нем сосредоточено около 19% населения страны и ¼ всей производимой продукции. На тихоокеанском побережье Японии в результате слияния мегаполисов Токио, Иокогама, Киото, Нагоя, Осака и Кобе складывается одна из крупнейших в мире агломераций – Токкайдо с населением 60 млн. человек (половина населения страны). Огромные многомиллионные агломерации сформировались в Германии (Рурская),в Англии (Лондонская и Бирмингамская) и Нидерландах (Рандстад Холланд) и др. Мегаполис (от греч. megas – большой и polis – город) – сверхгород, образовавшийся в результате роста и слияния многих городов и населенных пунктов. Быстрый рост гигантских урбанизированных регионов – мегаполисов дал повод некоторым урбанистам считать, что этот вид расселения уже в нынешнем столетии будет преобладать. В настоящее время урбанистические образования, в первую очередь большие города, выступают как мощные очаги деградации окружающей природной среды. В крупных урбанизированных районах происходит наложение зон антропогенного воздействия на природу, суммирование негативных явлений, а, следовательно, интенсивная деградация окружающей среды. Физико-географические изменения почв, подземных вод и других компонентов литогенной основы ощущаются в радиусе до 25-30 км от крупного города; биогеохимические изменения среды – на еще большем удалении. Крупные города оказывают влияние на окружающую среду на расстоянии на 40-50 км большем, чем их собственный радиус. Город представляет собой сложную геосистему, характеризующуюся многообразными внутренними и внешними связями естественного, технического, социального происхождения. Как сложную систему город можно представить в виде динамичного взаимодействующего сочетания двух субсистем – природной и антропогенной, которые в свою очередь подразделяются на ряд взаимодействующих подсистем: природная – на геосистему, гидросистему, аэросистему и биосистему, антропогенная – на подсистемы: производственную, градостроительную, инфраструктурную. Характер функционирования системы города в целом определяется динамикой процессов, протекающих в субсистемах, а также интенсивностью прямых и обратных связей между ними. Взаимное влияние природной и антропогенной систем весьма велико, однако главное их различие заключается в том, что природная субсистема способна к саморегуляции и не нуждается в активном действии на нее антропогенной субсистемы, а антропогенная система, напротив, зависит от природной. При этом человек как элемент природной субсистемы и одновременно социальное существо не просто влияет на антропогенную субсистему – он ее создает. Город – чрезвычайно зависимая экосистема. Все экосистемы – открытые структуры, но города – структуры сверхоткрытые. Они полностью зависят от их окружения, в чем проявляется экологический «паразитизм» урбанизированных образований. Помимо потребления природных ресурсов и энергии, стягиваемых с обширных пространств, современный город производит огромное количество отходов. Город с численностью населения 1 млн. человек ежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10-11 млн. т водяных паров, 1,5-2 млн. т пыли, 1,5 млн. т оксида углерода, 0,25 млн. т сернистого ангидрида, 0,3 млн. т оксидов азота, большое количество иных, небезразличных для здоровья человека и окружающей его среды загрязнений[3]. Поэтому урбанизированные территории на нашей планете выступают как основные очаги антропогенного возмущения в биосфере. Фактически любой крупный город как при «импорте» вещества и энергии, так и при «экспорте» готовой продукции и своих отходов связан со всей планетой. Сырье, детали, станки и механизмы, продукты питания поступают в города (прямо или косвенно) из разных регионов и отправляются во многие страны мира. Химические вещества, выбрасываемые из заводских труб больших городов (например, тяжелые металлы), включаются в глобальный круговорот и выпадают на поверхность земли вплоть до ледников Антарктиды и Гренландии. Но наиболее существенное влияние города оказывают на свое непосредственное окружение. Воздействуя на окружающую среду, города, городские агломерации, системы расселения испытывают с ее стороны ответные отрицательные реакции, нередко ведущие к конфликтным ситуациям и в собственно градостроительной сфере (гибель зеленых насаждений, резкий дефицит водных ресурсов, ухудшение инженерно-геологической обстановки и др.). Но в наибольшей степени эти обратные связи касаются человека и его здоровья. Масштаб давления урбанизированной территории на окружающую среду связан с величиной города, плотностью населения. Например, уже сейчас плотность населения в городских кварталах Парижа, Нью-Йорка, Токио превышает 30000 человек/км2. Все возрастающая концентрация населения и промышленного производства в городах на относительно небольших площадях создает сложнейший узел противоречий, переплетение проблем экономических, социальных и экологических. Вследствие огромной концентрации техногенных нагрузок, урбанистические образования выступают как мощные очаги деградации окружающей среды. Города и высокоурбанизированные территории выступают как очаги формирования техносферы, где возникает вероятность экологического риска деградации природной среды. Именно на урбанизированных территориях возможно возникновение кризисных ситуаций, связанных с геоэкологической напряженностью, обусловленной суммарным воздействием техногенных и природных факторов. Техногенная природа городов определяется их специализацией и градообразующими функциями. Наиболее приближены к проблемам техногенеза города с промышленной специализацией (например, в России это: Челябинск, Магнитогорск, Нижний Тагил с металлургическими заводами); транспортные центры, железнодорожные узлы и пр. ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ (ЭКЗОГЕННЫЕ) ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОСФЕРЕ Природная и урбанизированная среда не могут развиваться автономно, ибо урбосистемы, созданные обществом, привязаны к определенным географическим природным условиям. Техногенная нарушенность природных ландшафтов приводит к активизации опасных природных процессов. Географическое положение России и обширность пространства определяют развитие на ее территории практически всех видов опасных природных процессов, в том числе опасностей литосферной группы [табл. 1]. Таблица 1. Классификация экзогенных природных опасностей литосферной группы [2, С.29] Комплексы Нивальногляциальный Гравитационный Флювиальный Карстовосуффозионный Абразионный Эоловый Криогенный Радиационный и эманационный Характер проявления Смещение по склонам и долинам снежных и ледовых масс и связанные с ними водные и селевые потоки Смещение по склонам масс горных пород Деятельности водных потоков, включая перенос каменногрязевого материала Растворение и вынос частиц из горных пород под действием подземных вод Действие волн океанов, морей и озер на берега с их разрушением Разрушение горных пород под действием ветра, образование песчаных наносов Изменение состояния грунтов в результате промерзания и оттаивания в деятельном слое Природная радиоактивность горных пород и поступление радона и метана из недр Типы опасностей Снежные и ледяные лавины, пульсации и обвалы ледников, прорывы ледниковых озер, гляциальные сели Оползни, обвалы, камнепады Речная и овражная эрозия, плоскостной смыв почв, селевые потоки Провалы и просадки, подтопление Морская и озерная абразия Эоловая дефляция и аккумуляция, опустынивание Деформация многолетнемерзлых пород Воздействие пород с повышенной радиоактивностью, поступление радона из недр и метана в горные выработки Землетрясения силой семь и более баллов (по шкале Рихтера) неоднократно отмечались в России, в городах: Анапа, Ангарск, Байкальск, Баксан, Владикавказ, Геленджик, Грозный, Дербент, Железноводск, Каспийск, Краснодар, Магадан, Николаевск-на-Амуре, Новокузнецк, Охотск, Петропавловск-Камчатский, Тикси, Южно-Сахалинск и др. Весьма вероятны в настоящее время природные оползни и обрушения речных берегов в городах Анапа, Владивосток, Иркутск, Коломна, Ленск, Можайск, Набережные Челны, Новосибирск, Орел, Самара, Сыктывкар, Улан-Уде, Хабаровск, Якутск. В зоне потенциальной лавинной опасности находятся города Братск, Ленск, Кировск, Усть-Кут, Байкальск, Горно-Алтайск, Магадан, Петропавловск-Камчатский, Теберда [3, с.237]. В 2002 г. огромный сель со снежной лавиной в Кармадонском ущелье Северной Осетии привел к трагической гибели людей. Следствием суммарного воздействия природных и антропогенных факторов на урбанизированных территориях возможно возникновение кризисных ситуаций. Объемы техногенного вещества, поставляемого в окружающую среду, определяются масштабами урбанизации. С последними связаны масштабы геоэкологических проблем. В крупных городах и городских агломерациях сила и скорость антропогенных воздействий всегда будет превышать темпы адаптации природы к этим воздействиям. В любом городе с промышленно развитой инфраструктурой происходит добыча и использование природных ресурсов (вода, воздух, минеральное сырье), имеющих выход на абиотическую и биотическую среду города. В границах городского ландшафта неизмененных ландшафтов практически не осталось. Даже в «спальных» районах городов окружающая среда подвержена антропогенному воздействию за счет асфальта автомобильных дорог, подземных коммуникаций инженерного назначения, фундаментов домов, водосливных систем и др. Подземные инженерные коммуникации современных городов расположены в геологической среде. Здесь строятся гаражи, транспортные системы, метро, места подземных захоронений ядохимикатов, бытовых и радиоактивных отходов. Развитие городов приводит к изменению почвогрунтов и глубинных геологических структур, где наблюдается комплексное влияние нескольких факторов: статические и динамические нагрузки, химические превращения, влияние электромагнитных излучений и т.д. Развитие городов приводит к изменениям рельефа, физикомеханических свойств пород, гидрогеологических условий, направленности процессов и явлений. Помимо эрозии и дефляции почв, почвенный покров подвержен физическим разрушениям в результате открытой добычи полезных ископаемых, засорения бытовым мусором и производственными отходами. Большая часть нарушенных земель находится в непосредственной близости от больших городов и их пригородов. Сама градостроительная деятельность невозможна без перемещения грунта. При строительстве происходит изменение рельефа: срезка и перемещение грунтов, террасирование склонов, устройство выемок, опускание и просадка поверхности Земли, складирование отвалов и твердых промышленных и бытовых отходов, засыпка оврагов и болот. Изменение физико-механических свойств грунтов верхнего горизонта литосферы ощущается в городах на глубине до 20-50 м, реже до 100-300 м. Влияние городской застройки на подземные воды ощущается на глубину до 100-150 м (иногда до 400-800 м). В результате образуются зоны подпора и депрессий, нарушается равновесное взаимодействие поверхностных и подземных вод. Во многих крупных городах сформировались воронки депрессий диаметром несколько десятков и сотен километров и глубиной несколько сотен метров. С изменением гидрогеологических условий связано развитие антропогенных геологических процессов (карст, суффозия, подтопление), истощение ресурсов подземных вод, деформация поверхности земли. С деятельностью человека связано 60-85% случаев развития оползней и 80-95% случаев образования оврагов. При этом городская застройка ведет к активизации процессов, увеличивающих непригодные для жизнедеятельности городские земли. Как правило, негативные процессы в литосфере наиболее ярко проявляются в крупных городах (наличие крупных подземных коммуникаций, метрополитена, многоэтажных зданий, тяжелого наземного транспорта), а также в районах открытой добычи полезных ископаемых. Промышленные центры (города) вносят наибольший вклад в нарушения окружающей среды, приводящие к активизации опасных природных процессов, ибо прослеживается определенная зависимость между техногенной нарушенностью природных ландшафтов и проявлением опасных природнотехногенных процессов. Среди наиболее урбанизированных промышленных регионов России можно выделить Красноярский край, Свердловскую, Кемеровскую, Тюменскую и Иркутскую области. Особенно сильно эта зависимость проявляется в северных регионах страны с длительным сроком эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Горнопромышленный (природно-антропогенный) ландшафт создается на месте добычи и обогащения полезных ископаемых. Изъятие из недр литосферы полезных ископаемых и вмещающих их пород, образование подземных полостей и пустот, изменение форм поверхностного рельефа по причине складирования выбуренной породы и отходов и неизбежные в таких районах провалы и просадки грунта, оползни и обвалы земной коры из-за переотложения огромных масс земли, − эти явления приобретают местами столь значительные масштабы, что создают чрезвычайные экологические ситуации. Наиболее интенсивное воздействие техногенных факторов на геологическую среду городских земель наблюдается в районах горнопромышленного Севера Европейской части страны и Урала, Западной и Восточной Сибири. Это города Никель, Мурманск, Мончегорск, Кандалакша, Пермь, Соликамск, Березники, Новосибирск, Омск, Барнаул, Чита, Иркутск. При отборе подземных вод, особенно из артезианских бассейнов, происходит опускание земной поверхности. Так, под г. Токио поверхность земли опустилась за 5 лет (1970-75 гг.) на 4,7 м, а в Мехико опускание приобрело стабильный характер со скоростью от 24 до 30 см/год. В центральных районах России из подземных горизонтов на водоснабжение берется больше воды, чем из поверхностных водоемов. Это приводит к понижению зеркала подземных вод и образованию депрессионных воронок. В результате в Центральном, Центрально-Черноземном, Северо-Кавказском и других районах более, чем на 10 м понизился уровень подземных вод. ПРОЯВЛЕНИЕ ОПАСНЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ РОССИИ По интенсивности и масштабам воздействия опасных экзогенных процессов на объекты городского хозяйства, инженерные сооружения и жизнь людей в России выделяются факторы оползневой, селевой, абразионной, карстовой, лавинной опасности. Среди техногенных экзогенных процессов назовем подтопление территорий, заболачивание, техногенные оползни, эрозию, карст, суффозию, набухание, пучение грунтов, солифлюкцию и другие криогенные процессы в областях распространения многолетнемерзлых грунтов. Последние распространены на 65% территории России, в частности, в Новосибирской, Иркутской областях, Красноярском крае, на северо-востоке Сибири. Выделим также такие техногенные проявления экзогенных процессов, как наведенная сейсмичность, связанная, например, с огромными масштабами откачки нефти в Западной Сибири; переработка берегов водохранилищ и активизация склоновых процессов из-за подмыва берегов в прибрежной части и подрезки склонов при вертикальной планировке строительства [табл.2]. Таблица 2. Опасные природно-техногенные экзогенные процессы на урбанизированных территориях России [2, с. 295] Процесс Оползни Сели Лавины Карст Суффозия Просадки лессовых пород Эрозия речная Эрозия плоскостная и овражная Переработка берегов морей, водохранилищ Подтопление Криогенные процессы Степень пораженности территории России ( %) Доля населения, проживающего на пораженной территории ( %) Города, подверженные процессу 5 5 9 22 9 11 7 2 3 19 30 26 725 9 5 301 958 563 % от общего числа 66 0.8 0.4 28 88 52 0.2 10 0.3 25 442 734 40 67 0.07 5 53 5 0.5 65 6.9 9 960 72 88 7 Всего Наблюдается интенсивная эродированность земель в городах, ведущих активное строительство (Москва, Тверь); активизация карстово-суффозионных процессов на урбанизированных территориях Тульской, Рязанской, Московской областей и в г.Москве. Речной и овражной эрозии особенно подвержены населенные пункты, расположенные на обоих берегах или вблизи долин многих российских рек: Белгород, Брянск, Вологда, Екатеринбург, Иркутск, Киров, Клин, Рязань, Суздаль, Новосибирск, Пенза [3, с.237]. В ряде городов Поволжья (Казань, Самара, Тольятти, Камышин, Волгоград и др.) подтопление развивается одновременно с подъемом грунтовых вод, вызванным подпором воды в водохранилищах [4]. В городах Нижний Новгород, Чебоксары подтопление приводит к трансформации лессовых пород. Для обеспечения устойчивости геологической среды при ее хозяйственном освоении нельзя допустить стихийного развития техногенных процессов до такой степени, чтобы возникла угроза безопасности жизнедеятельности и здоровью человека. Если учесть, что наряду с природными бедствиями на Земле наблюдается рост техногенных катастроф, то в перспективе экономика многих стран мира, в том числе России, будет не в состоянии восполнять потери от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Оценка урбанизированной территории по степени природного и техногенного риска позволит наметить пути рациональной организации хозяйства и создания среды, безопасной для жизнедеятельности населения. Библиографический список: 1. Кац Я.Г., Козлов В.В., Комарова Н.Г., Ушаков С.А. Геоэкологическая оценка урбанизированных территорий по степени природных и техногенных рисков. Сборник «Сергеевские чтения», вып. 3 − М., ГЕОС, 2001 −с.221-224 2. Комарова Н.Г., Пикалова О.А., Кац Я.Г., Козлов В.В. Учение о природных опасностях и катастрофах. М., Готика, 2005, 312 с. 3. Курбатова А.С., Мягков С.М., Шныпарков А.Л. Природный риск для городов России. М., НИиПИ экологии города, 1997, 239 с. 4. Стихийные природные процессы: географические, экологические и социально-экономические аспекты. М., НЦ ЭНАС, 2002, 216 с. HAZARDS OF NATURAL AND HUMAN-INDUCED SOIL EROSION PROCESSES URBAN AREAS IN RUSSIA Komarova NG The Earth Science Museum at the Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia Abstract. Tehnopriroda considered as a factor in urban revitalization dangerous exogenous processes. It is shown that the city as a complex territorial entity, including natural and anthropogenic subsystem, is a source of anthropogenic impact on the environment. Stressed that the scale of the impact of man-made streams due to the specialization of cities (primarily as centers for industrial use) and city-forming functions (transport, construction, etc.). We consider the degree of exposure to urban areas of Russia dangerous exogenous processes caused by human activities. Keywords: exogenous processes, urbanization, stability of the geological environment, natural and technological hazards.
