25. 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 околокларковымисодержаниямн большинства элементов (многие города на четвертичных рыхлых отложениях), II - субаномальныеландшафты с повышенными содержаниями отдельных элементов в литогенной основе; III - города с природно-аномальньшилитогеохимическими 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.