Эколого-геохимический анализ загрязнения городских ландшафтов

1. Три концепции эко­логического изучения городов: эмиссионная; водооборотная; эколого-геохимическая.

2. Геохимические принципы эколого-географической систематики городов

3. Геохимическая систематика городских ландшафтов

4. Эколого-геохимическая оценка состояния городов

1 Три концепции эко­логического изучения городов: эмиссионная; водооборотная; эколого-геохимическая. Урбанизация – одна из основных социально-экологических проблем нашего времени. В большинстве стран города стали центрами сосредоточения населения, выпускаемой промышленной продукции и обусловленного в связи с этим интенсивного импактного загрязнения городской среды. Особое место среди социально-экономических и экологических проблем городов занимают исследования качества жизни и экологического состояния с использованием геохимических методов, позволяющих оценить степень и характер загрязнения, а также геохимической трансформации городской среды многими поллютаитами.

Во многих городах России и других стран экологическая ситуация близка к критической. На природном и агротехногенном фоне города выделяются как центры концентрации веществ, поступающих в них с транспортными потоками, перерабатываемых промышленностью и коммунальной деятельностью. Поступая в окружающую среду, отходы хозяйствен­ной деятельности формируют техногенные геохимические аномалии в различных средах. Сами города выступают как мощные источники техногенных веществ, включающихся в региональные миграционные циклы.

Сейчас, существуют три основные концепции эко­логического изучения городов.

Первая (эмиссионная) – это анализ воздушной среды и выбросов в атмосферу как главного фактора создания экологической ситуации в городе, на которой основана работа существующих гидрометеоро­логических и экологических служб наблюдения и контроля. В ней большое значение придается изучению состава атмосферных выпа­дений (аэрозолей, жидких осадков, снега), статистическому модели­рованию возможных концентраций и полей загрязняющих веществ, их эмиссии в атмосферу от техногенных источников, в том числе с использованием отчетности предприятий и др.

Вторая – концепция водооборота города как фактора его функ­ционирования и влияния на окружающую среду с оценкой ресурсов и качества питьевых и хозяйственных вод, а также полноты очистки и сброса сточных вод. В этом направлении проводятся токсикологиче­ские, санитарно-гигиенические и гидрогеохимические исследования.

Третья концепция – эколого-геохимическая (экогеохимия горо­дов), развивающаяся на основе теории геохимии окружающей среды, изучающей миграцию и концентрацию химических элементов и их соединений в основных геосферах Земли — атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере. Эта концепция основана на анализе депони­рующих (аккумулирующих) сред – снега, почв, растений, вод и дон­ных отложений водоемов, тканей и органов животных, человека, химический состав которых достаточно точно индицирует длитель­ное загрязнение и происходящую под его влиянием трансформацию городской среды. Она в большей степени базируется на оценке имиссии загрязняющих веществ, т.е. их реального распределения в пере­численных компонентах городского ландшафта.

Судьба загрязняющих веществ в городской среде зависит от внут­ренних (химических, токсикологических) и внешних миграционных и других условий миграции, свойств городского ландшафта, систем геохимических барьеров и др. факторов. Поэтому важным блоком эколого-геохимических оценок городов являются ландшафтно-геохимические исследования, направленные на анализ техногенных потоков загрязняющих веществ в ландшафтах, трансформации при­родной среды, радиальной и латеральной структур, устойчивости природно-антропогенных ландшафтов к загрязнению. Особое зна­чение имеют методы ландшафтно-геохимического картографирова­ния городов, разработка геоинформационных систем и создание компьютерного эколого-геохимического картографирования и рай­онирования территории городов, а также геохимическая классификация городов и городских ландшафтов.

2 Геохимические принципы эколого-географической систематики городов. Геохимические принципы имеют ведущее значение при эколого-географической классификации городов. Однако пока базовая классификация не разработана, рационально рассмотреть система­тику городов с чисто геохимических позиций. Она должна быть основана на количественных и качественных показателях, характе­ризующих природную и техногенную ситуации городов (количество выбросов, стоков, уровни загрязнения, природные особенности). Такая геохимическая информация имеется для многих городов, но в далеко неполном объеме.

Можно выделить два уровня геохимической систематики урба­низированных территорий: первый - систематика городов как целостных природно-техногенных систем, второй - систематика собственно городских ландшафтов внутри города. Оба подхода опираются на близкие, но не полностью совпадающие принципы.

Селитебные, в том числе и городские ландшафты, относятся к таксономическому уровню "отряд антропогенных ландшафтов". В основе его выделения лежит ведущая роль техногенной миграции веществ, наличие искусственного рельефа (строения), концентрация населения. В качестве первого приближения этот таксон целесооб­разно разделить на таксономические единицы, выделяемые по техногенным и природным особенностям миграции и концентрации химических элементов (табл. 1).

Таблица 1 – Основные таксономические единицы геохимической систематики городов

Наименование едявдмы.	Критерии выделения
Отряд	ведущая роль техногенной миграции, искусственный рельеф, концентрация населения (селитебные ландшафты)
Разряд	степень техногенного воздействия на население и городскую среду
Группа	группа природных геохимических ландшафтов
Тип	тип природного геохимического ландшафта
Семейство	особенности воздушной миграции продуктов техногенеза
Класс	класс водной миграции продуктов техногенеза
Род	геохимическая специализация литогенного субстрата

Разряды городов. Между содержанием вредных веществ в атмо­сфере и размером города существует довольно четкая зависимость, что позволяет использовать число жителей в качестве одного из оснований геохимической классификации городов. Но так как существуют крупные города с относительно небольшим количеством выбросов и, наоборот, малые и средние города с большими объемами выбросов, более информативным показателем степени загрязнения является коэффициент эмиссионной нагрузки Е, показывающий количество выбросов на одного жителя в год (Е = Р / N, где Р - количество выбросов, тыс.т год, а N- число жителей, тыс.чел.)

В крупных городах с населением более 500 тыс. жителей, Е ме­няется от 0,1 до 0,7 с максимальными значениями (>0,3) в городах с преобладанием химической и нефтехимической промышленности (Баку, Омск, Ярославль, Уфа, Тольятти) и тяжелым машиностроени­ем (Челябинск, Тула). Для Москвы Е составляет 0,12 т/чел год. В малых и средних промышленных городах Е изменяется от 0,2-0,3 до более 10. Среди наиболее загрязненных явно преобладают города с черной и цветной металлургией. По значениям коэффициента Е города можно отнести к градациям, обозначаемым буквенными индексами:

L до 0,3 т/чел год - многие крупные и средние города с машиностроительной специализацией; М 0,3-1 т/чел год - крупные города с нефтехимической и химической промышленностью и другие промышленные центры; N 1-2 т/чел год - города с черной и цветной металлургией, тяжелым машиностроением, химической промышлен­ностью (Липецк, Нижний Тагил, Краснотурьинск, Ангарск, Фергана, Днепродзержинск, Лисичанск); Р 2-3 т/чел год - четыре города- Новотроицк, Красноперекопск, Череповец и Магнитогорск; R 3-5 т/чел год - только г. Темиртау (5=4,4); S >5 т/чел год – уникальная нагрузка характерна для Норильска, где на одного человека в год приходится 12-13 т выбросов вредных веществ.

Сочетание эмиссионной суммарной нагрузки выбросов на одного жителя в год (Е) с известными показателями уровней загрязнения (Zc и др.) депонирующих сред - почв и снега - можно использовать в качестве оснований для выделения геохимических разрядов городов, которые обозначаются буквенно-числовыми индексами (табл.2) и оцениваются в баллах. Между выбросами на одного жителя и уровнями загрязнения почв нет прямой зависимости. Так, города с черной металлургией и особенно большим количеством выбросов, например Темиртау (население 228 тыс.чел., выбросы 1000 тыс.т в год Е=4,4; Zc почв= 17-21) относятся к разряду R2 (10 баллов), а города с цветной металлургией - Чимкент (389 тыс.чел., 180 тыс.т в год 5=0 46- Zc=220-1300) с меньшими, но более токсичными выбро­сами тяжелых металлов могут относиться к разрядам с более высо­кими баллами загрязнения - МЗ-М4, N3-N4 и т.д. На этих же принципах может быть основана систематика городов с радионуклидным загрязнением (Чернобыль и др.).

Важной эколого-геохимической характеристикой городов явля­ется структура загрязнения. Она может учитываться отдельно для макрополлютантов (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, пыль), на долю которых приходится более 90-95% от общего объема выбросов, и микрополлютантов, объемы выбросов которых малы, но велики уровни концентрации в выбросах и токсичность (тяжелые металлы, хлорорганические соединения, углеводороды и др.). Так, среди крупных городов мира по средним концентрациям в воздухе выделяются "серные" города - Тбилиси, Тегеран, Милан, Сеул и др.; "азотные" - Донецк, Ташкент, Тель-Авив, Одесса, Москва и др., "углеродные" - Париж, Сантьяго, Ереван, Мадрид и др.

Подобная геохимическая специализация существует и для микро­примесей вредных веществ, особенно в депонирующих средах - поч­вах, растениях и донных отложениях. Наиболее высокие кларки концентрации ТМ в загрязненных почвах городов России имеют кадмий, свинец, цинк и медь, а наиболее контрастные локаль­ные техногенные аномалии образуют никель, кадмии, цинк, медь и ртуть. Их максимальные содержания достигают десятков и даже сотен кларков концентрации (кадмий, свинец).

Каждый промышленный город имеет свою геохимическую спе­циализацию, которую можно учитывать при выделении, например, подразрядов городов:

Норильск - Сu, Ni, Pb;

Тольятти - Сr, Мо, Ni, Pb, Сu;

Братск - 3,4 - бензпирен, Al, F, Zn, Be, Pb;

Чернобыль - Рu, 137Cs, 90Sr.

Наряду с "серными" и "азотными" выделяются "медные", "фторные", "плутониевые" и другие города, т.е. геохимическая специализация и загрязнение городов изображаются на экологиче­ских ландшафтно-геохимических картах в виде формул из символов приоритетных загрязняющих поллютантов, например, коэффициен­ты аномальноти в атмосферных выпадениях, снеге (числитель) и почвах (знаменатель), если необходимо и растениях (рядом с дро­бью), а также суммарные показатели загрязнения (перед дробью).

Группы и типы городов выделяются по группам и типам природ­ных ландшафтов, в которых сформировался антропогенный город­ской ландшафт. Так, города в тундре, тайге и пустыне существенно отличаются друг от друга. С этих же позиций следует различать, например, в лесной группе типы городов - города влажных тропиков и тайги, в пустынной группе - города тропических и бореальных пустынь и т.д. С зональных позиций геохимические особенности ландшафтов городов еще не анализировались. Это, несомненно, связано как с определенной ландшафтно-геохимической уникаль­ностью каждого города, так и с отсутствием исследований типа: "азотные", "свинцовые" города в разных природных зонах или, наоборот, их разной геохимической специализации в одной зоне.

Семейства городов определяются особенностями воздушной миг­рации продуктов техногенеза, положением города в бассейнах атмосферного переноса и региональными особенностями загрязнения и самоочищения атмосферы. Важное значение имеет соотношение сильных и штилевых ветров, наличие инверсий, определяющих появление смога, рельеф и т.д. Критерии выделения семейств требуют уточнения. Многие из этих факторов отражены в геомор­фологическом положении города. Поэтому выделяются семейства: равнинное (Москва), горно-котлоеинное и горно-долинное (Улан-Батор, Тбилиси), предгорное (Алма-Ата), приморское (Санкт-Петербург) и др. Известно, что приморские города характеризуются высокой очищаемостью атмосферного воздуха от загрязнителей. Поэтому среди крупных промышленных городов мира только они (Копенгаген, Осака, Токио, Нью-Йорк, Ванкувер, Мельбурн, Торон­то) отличаются наименьшими средними концентрациями взве­шенных в воздухе частиц (Безуглая), наоборот, горно-котловиннью и предгорные города при прочих равных факторах имеют самые высокие показатели загрязнения.

Классы городов выделяются по условиям водной миграции продук­тов техногенеза и положению в каскадных ландшафтно-геохимических системах. Как и в природных ландшафтах, имеются глеевые, кальциевые и прочие классы, отличающиеся интенсив­ностью миграции и характером разложения техногенных веществ. Для города в целом целесообразно указывать пространственную структуру преобладающих по площади классов в автономных и подчиненных позициях, что определяет особенности концентрации загрязняющих веществ на геохимических барьерах. По существу это классы наиболее типичных почвенно-геохимических катен. Число классов может быть достаточно велико, но в почвах и донных отложениях наиболее типичны по-видимому 8-10 основных сочета­ний окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных усло­вий, лежащих в основе выделения классов. Исследования в Тольятти показали, что существующие там кислые и нейтральные классы ландшафтов существенно различаются не только условиями водной миграции поллютантов, но и уровнями загрязнения, дифференцируя его в зависимости от миграционных особенностей тех или иных ассоциации химических элементов (Касимов и др, 1990).

Роды городов определяются геохимической специализацией литогенного субстрата. Все города по уровням содержания токсичных элементов и соединений в коренных, почвообразующих породах и почвах можно разделить на три рода. I - фоновые ландшафты с околокларковыми содержаниямн большинства элементов (многие города на четвертичных рыхлых отложениях), II - субаномальные ландшафты с повышенными содержаниями отдельных элементов в литогенной основе; III - города с природно-аномальньши литогеохимическими условиями, т. е. построенные на участках рудных, уголь­ных, нефтяных и газовых месторождений, где высокие природно-обусловленные концентрации токсичных элементов создают достаточно высокий уровень загрязнения городского ландшафта. Приме­рами последних могут служить города на хром-никелевом место­рождении (Моа на Кубе) и в нефтеносных районах (Баку) и др. Добыча и переработка полезных ископаемых в этих случаях вносит дополнительную техногенную нагрузку, что увеличивает опасность экологической ситуации.

Возможны и другие подходы к систематике городских ландшаф­тов, например, в большей степени учитывающие устойчивость городских ландшафтов к загрязнению, медико-гигиенические и медико-геохимические показатели и т.п. Но это проблема дальней­ших исследований или создания классификаций городов, основанных на других, негеохимических признаках. Предложенные принципы геохимической систематики городов учитывают главные факторы – интенсивность и характер техногенной нагрузки и природную (природно-техногенную) геохимическую обстановку, в которой в дальнейшем мигрируют и трансформируются загрязняющие вещест­ва.

3 Геохимическая систематика городских ландшафтов. Оценки состояния окружающей среды городов-территорий, ис­пытывающих наиболее сильное техногенное воздействие, требуют разработки эколого-географической классификации городов и городских ландшафтов Такая классификация должна быть базовой при оценке состояния природных и антропогенных компонентов среды и служить основой для принятия пространственно дифферен­цированных природоохранных действий

Достаточно очевидно, что существует несколько подходов к соз­данию классификации городских ландшафтов, главными из которых являются: 1) геокомплексный подход, основанный на выделении внутри города пространственных целостных систем как результатов взаимодействия природных и техногенных факторов ландшафтообразования, степени нарушенности природных процессов и т.п.; 2) геоструктурный подход, в основу которого положен учет сочетания природных и антропогенных компонентов; 3) экологический или нуклеарный (в понимании А.Ю. Ретеюма) подход, представляющий собой по сути зонирование антропогенного воздействия в системах типа "техногенный источник - окружающая среда".

Поскольку базовая эколого-географическая систематика город­ских ландшафтов еще не разработана, целесообразно рассмотреть геохимические принципы такой систематики, в известной степени объединяющие рассмотренные выше подходы и учитывающие одну из важнейших сторон техногенного воздействия - загрязнение окружающей среды. Для городов, как целостных систем более высокого уровня, геохимический подход основывается на учете интенсивности техногенной нагрузки и природной (природно-техногенной) геохимической обстановки (Касимов, Перельман, 1993).

Особо следует подчеркнуть необходимость общей систематики для природных и техногенных ландшафтов, когда весь спектр существующих на Земле комплексов рассматривается как единая "шкала" от практически не измененных природных (фоновых) до полностью техногенно-трансформированных ландшафтов. На сходных принципах должна быть основана и

систематика техногенно-измененных почв (Геннадиев, Солнцева, Герасимова, 1992).

Естественно, что такой подход на разных уровнях классификации требует использования разных оснований и критериев выделения таксонов. Поэтому на верхних таксономических уровнях классифи­кации городских ландшафтов в качестве оснований используются новообразованные антропогенные (социально-производственные) факторы, а на нижних - природно-обусловленные (табл.3).

Таблица 3 – Основные таксономические единицы геохимической систематики городских элемен­тарных ландшафтов

Наименование единицы	Критерии выделения
Порядок	принадлежность к функциональной зоне, загрязнение ландшаф­тов,
Отдел	особенности воздушного привноса и выноса загрязняющих веществ, геохимическая специализация выбросов и отходов
Семейство	уровни и опасность загрязнения
Группа и тип	особенности биологического круговорота веществ
Класс	класс водной миграции продуктов техногенеза
Род	особенности воздушной и водной миграций, положение в ландшафтно-геохимических катенах
Вид	геохимическая специализация литогенного субстрата

Крупные и даже средние города занимают значительную пло­щадь, в пределах которой существуют территориальные комплексы различного ранга. Пространственная иерархия городских ландшаф­тов еще не разработана. Поэтому ниже рассматриваются основные геохимические принципы систематики городских элементарных ландшафтов. Для природной составляющей городского элементар­ного ландшафта целесообразно использовать с некоторыми измене­ниями принципы выделения, предложенные Б.Б. Полыновым и используемые в геохимии ландшафта.

В качестве "техногенного" основания классификации использу­ются сочетание типов техногенных воздействий и преобладающие виды техногенной геохимической трансформации исходного природ­ного ландшафта. Принципы геохимической классификации природ­ных ландшафтов, в которой, как известно, таксоны представляют собой как бы "слоеный пирог" из разных компонентов ландшафта, рассматриваемых с позиций их сопряженного геохимического анализа, оказываются особенно пригодны для систематики город­ских элементарных ландшафтов (Касимов, Перельман, 1993).

Порядки городских (селитебных) ландшафтов. Главная геохи­мическая особенность промышленного, транспортного и муници­пального воздействия на среду города - это формирование техноген­ных геохимических аномалий в различных компонентах городского ландшафта. Контрастность и пространственное положение этих аномалий зависит от сочетания функциональной структуры города, определяющей характер и уровень техногенного воздействия на среду, и ландшафтно-геохимических условий, дифференцирующих это воздействие. В ряде работ функциональное зондирование ис­пользуется для геохимического картографирования городских территории. Иногда для городов в качестве ландшафтной карты принимается карта-схема функциональных зон, отражающая структуру городского ландшафта (Геохимия..., 1990). Однако более обоснованно картографирование на основе учета как природных, так и антропогенных факторов дифференциации городской среды, Такой подход использован И.А. Авессаломовой (1986). Согласно ему основным объектом картографирования служат ландшафтно-функциональные комплексы, представляющие собой сочетание функциональной и ландшафтной структур, т.е. особые техногенные модификации природных элементарных ландшафтов. Поэтому гео­химическая классификация городских ландшафтов должна быть основана на двух взаимосвязанных факторах - техногенном и природном.

Ведущее значение имеет техногенная миграция, во многом опре­деляемая приуроченностью к той или иной функциональной зоне, по особенностям которой выделяются порядки ландшафтов. С ними связаны многие количественные параметры техногенного загрязне­ния, а также характер трансформации и деградации биологического круговорота. Выделяются пять основных порядков: 1) парково-рекреационный; 2) агротехногенный; 3) селитебный; 4) селитебно-транспортный; 5) промышленный, для которых коэффициент кон­трастности поступления загрязняющих веществ из атмосферы по сравнению с фоном колеблется от менее 10 в парково-рекреационной зоне до более 30 в промышленной (Геохимия..., 1990). Это соответ­ственно ландшафты со слабой, умеренной, сильной и практически полной деградацией биологического круговорота, однако количе­ственные критерии оценки деградации разработаны слабо.

В пределах порядков по особенностям воздушного привноса-выноса поллютантов и геохимической специализации выбросов, отходов и стоков выделяется несколько отделов городских ландшаф­тов.

Первые три порядка представляют собой арены преимущественно привноса (имиссии) загрязняющих веществ. В их пределах геохими­ческая дифференциация ландшафтов во многом определяется мест­ной миграцией поллютантов.

Меньшую атмотехногенную нагрузку испытывают обычно парково-рекреационные ландшафты. В них еще велика роль биогенной миграций. Учитывая влияние на здоровье населения, особо следует выделять городские ландшафты, используемые для производства сельскохозяйственной продукций (сады, огороды), находящиеся под двойным - атмотехногенным и агрогенным (удобрения, ядохимика­ты) - прессом загрязняющих веществ. Жилые здания и промышлен­ные сооружения служат механическим барьером на пути воздушных потоков к cпоco6ствуют формированию техногенных аномалий, контрастность которых зависит от высоты и расположения зданий. Кроме особой циркуляции воздушных потоков с этажностью связаны также плотность населения, количество и способы утилиза­ции отходов, водоснабжение, комфортность проживания и даже специфические заболевания (психические расстройства и др.). По­этому, например, порядок селитебных ландшафтов можно разделить на 3-4 отдела: с низким антропогенным рельефом и одно-, двух­этажной застройкой (слабая выраженность механических барьеров, преобладание латеральной воздушной миграции), 3-4, 5-10 и более 10 этажей (контрастные механические барьеры, появление и даже преобладание восходящих воздушных потоков).

Другие порядки городских ландшафтов - это источники техногенной эмиссии и места частичной аккумуляции поллютантов. Порядок селитебно-транспортных ландшафтов делится на отделы по категориям магистралей, интенсивности движения и, следовательно, загрязнения (переулки, улицы, автострады, вокзалы и т.п.). Порядок промышленных ландшафтов в зависимости от типа производства, добываемого сырья, источника энергии и характера отходов делится на ландшафты заводов, фабрик и рудников определенной специали­зации, электростанций (тепловых, атомных), отвалов, свалок и т.д. (Алексеенко, 1991). Критерии выделения отделов и их обозначение требуют еще уточнения и систематизации на основе учета геохими­ческих параметров с использованием соответствующего понятийного аппарата.

Для выделения разделов городских ландшафтов интегральным критерием служат уровни загрязнения отдельных компонентов и степень их опасности для живых организмов в пределах порядков и отделов с использованием предложенных Ю.Е. Саетом и Б.А. Ревичем (1988) четырех градаций поступления пыли и суммарных показа­телей загрязнения химическими элементами снега, почв и, возмож­но, растений. В результате выделяются 16 разделов городских ланд­шафтов, охватывающие основные комбинации между функцио­нальными зонами и степенью загрязнения. В табл. 4 приведены отдельные примеры таких разделов.

Водная миграция химических элементов для городских природных ландшафтов, учитывается на уровне классов, которые выделяются по сочетанию окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных условий и видов "геохимических барьеров в профиле почв и между сопряженными ландшафтами с сохранением традиционных в геохи­мии ландшафта названий (кислый, кислый глеевый, содовый классы и т.д.).

Особое значение при этом приобретает оценка трансформации геохимических условий миграции и ее прогноз под влиянием техногенеза, что может быть учтено на соответствующем таксономическом уровне (подкласс) и отражено в фиксации той или иной тенденции изменения геохимических условий (кислый нейтрализующийся, щелочной подкисляющийся и т.п.). Целесообразно также учитывать окислительно-восстановительные условия грунтовых вод,

В городах интенсивное атмотехногенное поступление веществ нивелирует влияние рельефа на перераспределение поллютантов. Поэтому представления об автономности и подчиненности город­ских ландшафтов требуют существенной модификации по сравнению с природными аналогами. В значительной степени теряет смысл постулат о пренебрежимо малой величине поставки вещества из атмосферы в элювиальные ландшафты, который, очевидно, можно использовать только для фоновых условий. Рельеф города влияет не только на водную, но и на воздушную миграцию поллютантов, и наряду с традиционным выделением зон мобилизации, транзита и аккумуляции вещества (элювиальные, трансэлювиальные, элювиаль­но-аккумулятивные, супераквальные элементарные ландшафты) требуется учет их. положения относительно основных, источников загрязнения и преобладающих атмотехногенных потоков. Как правило, атмотехногенные аномалии приурочены к наветренным склонам и (или) водораздельным поверхностям, а подветренные склоны менее загрязнены. На этой основе выделяются 10-15 родов городских ландшафтов (трансэлювиальные наветренные, трансэлю­виальные подветренные и т.д.). Следует отметить, что пока не ясно, как лучше учитывать в классификаций соотношение естественного и антропогенного рельефа города. В этой систематике влияние антропогенного рельефа учитывалось на более высоком таксономическом уровне (отдел). Для равнинных городов это, по-видимому, вполне обосновано, но для городов в горных районах такой, подход требует уточнения. Важное значение имеют принадлежность элементарных ландшафтов к природным (водно-эрозионным) или природно-техногенным (бассейнам концентрации ливневого стока) каскадным системам определенного порядка, а также открытость или замкну­тость этих систем, определяющие особенности миграции и аккумуля­ции продуктов техногенеза. Такой подход при изучении состояния прибрежных городов как система типа "суша-море (водохранили­ще)" был использован при эколого-геохимических оценках городов Тольятти и Геленджик (Геннадиев и др., \ 991; Касимов и др., 1990).

Многие особенности водной миграции, а также уровни загрязне­ния тесно связаны с гранулометрическим составом почв и грунтов. Так, изначальные содержания химических элементов и сорбционная емкость песков значительно меньше, чем у суглинков, пески лучше промываются атмосферными осадками и т.п. Гранулометрические особенности почв и грунтов учитываются при выделении видов городских ландшафтов. При этом важно отличать естественные почвы и грунты от техногенных почв, наносов и асфальтированных поверхностей.

Выше изложены лишь основные: принципы геохимической клас­сификации городских ландшафтов. Ее реализация при крупномас­штабном ландщафтно-геохимическом картографировании сталки­вается с существенными методическими трудностями, связанными, главным образом, с неполнотой геохимической информации, измен­чивостью некоторых показателей, лежащих в основе того или иного таксономического уровня (наветренность, подветренность), сочета­нием дискретно (промышленные и жилые здания) и континуально (поля загрязнения) распределенных признаков.

4 Эколого-геохимические оценки состояния городов. Комплексная геохимическая оценка экологического состояния города или его отдельного района состоит из нескольких взаимосвя­занных блоков, каждый из которых имеет определенные методиче­ские принципы и технологические подходы.

Оценка природного геохимического фона окружающей терри­тории

Эти исследования необходимы для расчета контрастности техногенных геохимических аномалий в городской среде. Особенно они важны для тех сред и химических элементов, для которых не разрабо­таны санитарно-гигиенические нормы (предельно допустимые концентрации - ПДК и др.). Оценка геохимического фона включает получение детальной информации о региональной литогеохимической и биогеохимической специализации эталонных фоновых участков, расположенных вне зоны влияния промышленного и сельскохозяйственного загрязнения, их радиальной и латеральной структуре, выраженной в виде системы ландшафтно-геохимических коэффициентов и моделей. При выборе эталонных участков нужно учитывать радиус загрязнения вокруг промышленных центров, нередко достигающий нескольких десятков километров. Основные закономерности дифференциации геохимического фона природных зон и провинций и используемые при их изучении методические принципы детально описаны в книге "Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды" (1989).

Ландшафтно-геохимический анализ состояния городов

Экологические блоки любого промышленного города, между ко­торыми формируются потоки загрязняющих веществ, условно делятся на три группы: а) источники выбросов, к которым относится промышленный комплекс города, городское жилищно-коммунальное хозяйство и транспорт; б) транзитные среды, непосредственно принимающие выбросы, где происходит транспортировка и частичная трансформация загрязняющих веществ - атмосфера города, атмосферные выпадения (дождь, снег, пыль), временные и постоян­ные водотоки, поверхностные воды и водоемы (пруды, озера, водо­хранилища), грунтовые воды; загрязняющие вещества в эти природ­ные системы поступают через открытые и закрытые коллекторы путем рассеивания через атмосферу или от складирования твердых отходов; в) депонирующие среды, в которых накапливаются и преобразуются техногенные вещества - донные отложения, почвы (особенно участки геохимических барьеров), растения, микроорга­низмы, городские сооружения, население города (Геохимия..., 1990; Касимов и др., 1990 а,б).

Используемые при экологической оценке городов ландшафтно-геохимические методы в большей степени связаны с изучением не эмиссии загрязняющих веществ от техногенных источников, на которое ориентированы системы ведомственного мониторинга, а имиссии поллютантов, т.е. их реального распределения в депони­рующих природных средах.

Техногенные источники загрязнения

Геохимическое состояние городской среды наряду с природными условиями определяется количеством техногенных источников, находящихся на территории города, их расположением, мощностью и качественным составом загрязняющих веществ. Наиболее опасная экологическая ситуация складывается в крупных промышленных центрах, где происходит аккумулятивное воздействие на природную среду и человека различных видов производств, транспорта, муни­ципальных и других отходов. Главные источники загрязнения – неутилизированные промышленные и коммунально-бытовые отхо­ды, содержащие токсичные химические элементы. Особенностью городов является наложение полей загрязнения различных произ­водств и видов хозяйственной деятельности и формирование поли­элементных техногенных геохимических аномалий в компонентах городского ландшафта (воздухе, снежном, почвенном и раститель­ном покровах, поверхностных и грунтовых водах).

Техногенные отходы подразделяются на жидкие и твердые отхо­ды (преднамеренно собираемые и депонируемые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содер­жащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмо­сфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах). Для проведения мониторинга техногенные отходы делятся на организованные - поступающие в окружающую среду через специ­альные устройства (трубы, факелы, очистные сооружения, шлаконакопители, отвалы), поддающиеся контролю и неорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т.д.), постоянный контроль которых затруднен.

Типы промышленного производства и хозяйственной деятель­ности отличаются количеством и составом загрязняющих веществ в отходах, стоках и выбросах. Некоторые производства обладают сходным набором поллютантов. Геохимический анализ источников загрязнения, особенно концентрации в отходах микроэлементов, выполнен под руководством Ю.Е. Саета (Геохимия.., 1990)

По степени аномальности относительно кларков литосферы пер­вое место занимают выбросы предприятий (в пыли особенно сильно концентрируются вольфрам, сурьма, свинец, кадмий, никель), немного меньше или сопоставима с ними нагрузка от отходов, третье место в ряду аномальности занимают стоки. Но по абсолютной массе поставки в окружающую среду твердые отходы опережают выбросы. Большое число и неравномерность размещения техногенных источ­ников в сочетании с природными условиями создают сложную картину геохимических полей и аномальных зон на территории промышленных городов. Идентификация техногенных источников в крупном городе - более сложная задача по сравнению с отдельно стоящими узкоспециализированными предприятиями в малых городах и поселках. Поэтому инвентаризация техногенных источни­ков - одна из важнейших и первоочередных задач при эколого-геохимических оценках состояния городов.

Атмосферные выпадения

Выбросы вредных веществ в атмосферу в городах составляют сот­ни и миллионы тысяч тонн в год. Среди городов по интенсивности выбросов (более 800 тыс т/год) выделяются города с черной и цвет­ной металлургией - Норильск, Кривой Рог, Темиртау, Новокузнецк, Магнитогорск, Мариуполь. Для оценки экологической опасности и степени загрязнения кроме объема выбросов важное значение имеет их качественный состав и содержание наиболее токсичных веществ. В крупных столичных городах, расположенных в межгорных и пред­горных впадинах, велико значение загрязнения автотранспортом, достигающее в Тбилиси, Ереване, Алма-Ате и Ташкенте 75-90% от общих выбросов.

Основная масса микроэлементов в атмосфере входит в состав аэрозолей. При этом элементы с относительно высокими кларками - железо, марганец, цинк, хром, медь - связаны, главным образом, с мелко- и крупнодисперсным аэрозолем (0,05-2 мкм и более), а наиболее токсичные элементы с низкими кларками - кадмий, свинец, сурьма, мышьяк, ртуть - находятся преимущественно в субмикрон­ной фракции (менее 0,05 мкм) или паро-газовой фазе аэрозоля (Геохимия., 1990). В атмосферных осадках преобладают водо­растворимые формы металлов.

Состояние атмосферного воздуха очень динамично, поэтому на­блюдение за его составом ведется непрерывно на стационарных Пунктах контроля. В крупных городах оно осуществляется, как правило, в нескольких пунктах. Такая организация контроля воз­душной среды имеет свои достоинства (непрерывность) и недостатки (редкая сеть наблюдений не обеспечивает достоверной простран­ственной картины распределения загрязнителей по всей территории города). Существование коррелятивных зависимостей между содер­жанием многих поллютантов в атмосферном воздухе с их содержани­ем в снеге и почвах, доступных для площадного опробования, позволяет использовать эти компоненты ландшафта для экспрессной геохимической индикации загрязнения городов.