Техногенез и деградация поверхностных водных объектов

v Возникновение городских водных объектов следующего типа - «искусственных водоемов хозяйственно-бытового назначения» - обычно происходит на этапе развития поселений сельского типа (рис. 3.2). Они являются примером примитивного креативного техногенеза водных объектов. В переходный период такие водоемы подвергаются сильной антропогенной деградации и теряют свое водохозяйственное значение. Затем они либо ликвидируются, либо используются в рекреационных и видеоэкологических целях, для чего, также как и в предшествующем случае, необходимо осуществление целенаправленного природообустройственного техногенеза, в результате которого возникает управляемая ПТС.

v Городские водные объекты, изначально создававшиеся в рекреационных целях (рис. 3.2), согласно классификации, приведенной в таблице 1.2, также можно рассматривать как пример креативного рекреационного техногенеза водных объектов. Подобные МГВО возникают либо в переходный период как водоемы, украшающие пригородные усадьбы и парки, либо на территории парковых комплексов, создаваемых уже на территории города и окруженных полностью урбанизированной территорией. Отличительной чертой данной категории водных объектов является то, что их состояние, обеспечивающее надлежащий рекреационный потенциал, поддерживается искусственно мерами по их инженерно-экологическому обустройству. Оставленные без ухода, такие водоемы постепенно деградируют или исчезают.

v Возникновение последней категории - «техногенных водных объектов» - как правило, приурочено к переходному периоду (постепенной урбанизации) (рис. 3.2). На полностью освоенной городской территории в современных условиях такие водоемы и водотоки возникают значительно реже вследствие усиления контроля за использованием земель и сбросами предприятий. Техногенный МГВО возникает как побочный продукт производства (технической деятельности) и как таковой изначально не предназначен для какого-либо вида водопользования. Существует два основных вида техногенных водных объектов. Первый из них - это открытые потоки сточных вод с производственных и коммунально-бытовых объектов, проходящие через городскую территорию. Второй вид городских техногенных водных объектов представляет собой «техногенные скопления вод» (см. разд. 2.3). Они образуются как спонтанно, например, в результате скопления стоков с городской территории у железнодорожных насыпей и иных подобных сооружений, так и создаются целенаправленно, как пруды для накопления жидких отходов. Как показали проведенные нами исследования (Суздалева и др., 2012), многие из них (несмотря на свое происхождение) также интенсивно используются в рекреационных и иных целях (например, для полива огородов, несанкционированно создаваемых горожанами в полосах отчуждения). Мы неоднократно обнаруживали стихийные резорты, оборудованные местным населением для пикников, на берегах открытых участков стоков городской ливневой канализации. Опасность подобного времяпрепровождения очевидна. Но даже и само по себе наличие таких объектов на городской территории ухудшает санитарно-эпидемиологическую ситуацию и представляет собой опасность для здоровья жителей, особенно детей. Поэтому проблема инженерно-экологического обустройства техногенных водных объектов также весьма актуальна. Однако в данном случае инженерно-экологическое обустройство заключается не в восстановлении водных объектов, а в разработке и осуществлении проектов их ликвидации (отвод стоков в канализационные системы, засыпка впадин, где скапливаются стоки и др.).

3.2.4.2 Значимые аспекты техногенеза и пути экологической оптимизации

Несмотря на то, что по своему происхождению и другим особенностям МГВО образуют весьма разнородную группу объектов, им всем присущ ряд общих черт, большинство из которых можно рассматривать как экологические аспекты техногенеза. Это не только позволяет изучать их в качестве отдельной специфической категории компонентов окружающей среды, но и разрабатывать единые концептуально-методологические принципы их экологической оптимизации. К числу значимых аспектов техногенеза МГВО относятся (табл. 3.5):

v Видеоэкологический потенциал МГВО, то есть его роль как элемента городского пейзажа, оказывающего влияние на социальную привлекательность водного объекта. В настоящее время практическое значение данного аспекта весьма велико, поскольку он, помимо прочего, является фактором формирования цен на жилье и земельные участки городских территорий. Во многом именно по этой причине и осуществляется благоустройство МГВО, попадающих в черту городской застройки, а также создание новых объектов, призванных улучшить ее пейзажность. Однако эти усилия зачастую дают лишь временный эффект. В определенный момент благоустроенные объекты начинают быстро деградировать. Для исправления ситуации проводится их повторное (иногда - многократное) благоустройство или проблема решается раз и навсегда в виде их ликвидации.

Основная причина неудач заключается в отсутствии научно-обоснованного подхода к этой деятельности.

Таблица 3.5. Основные пути экологической оптимизации МГВО и окружающей их территориии

Размещено на http://www.allbest.ru/

В ряде предшествующих наших работ был разработан методологический подход, позволяющий решить данную проблему (Родионов и др., 2004; Суздалева, Горюнова; 2004; 2005; Безносов и др., 2006а; 2007; Горюнова и др., 2009). Основанием послужили многолетние исследования МГВО и участие авторов в разработке проектов их инженерно-экологического обустройства.

В большинстве случаев в качестве конечной цели проекта инженерно-экологического обустройства водного объекта предлагается восстановление его облика, соответствующего тому или иному историческому периоду. Степень исторической достоверности этого облика может быть разной. При разработке проекта реабилитации - это лишь общие черты, свойственные городским водоемам определенной эпохи. Как показывает анализ опыта различных стран, наиболее удовлетворительные результаты (с точки зрения социальной привлекательности) дает восстановление водных объектов в том облике, который им был свойственен в XVII-XIX в.в. Он часто выдается за «естественный» или «изначально им присущий», но, как правило, таковым не является. В настоящее время подобный облик придается и многим МГВО, искусственно создаваемым в период застройки территории.

Однако, если реконструкция МГВО в большинстве случаев весьма условна, то проект их реставрации подразумевает полное исторически достоверное восстановление водного объекта. Подобные программы восстановления МГВО включают не только мероприятия, направленные на улучшение качества вод, но также и строительство объектов, имитирующих некоторые ГТС, традиционных для этого периода. Примерами могут служить модели водяных мельниц и мельничные пруды (Родионов и др., 2004).

Вместе с тем, выбор подлинного «исторического прототипа» на практике довольно сложен. Если речь идет о малой городской реке, то в идеальном случае реку, казалось бы, следовало восстановить в первозданном виде. Но здесь возникает вопрос: что собственно под этим понимать? Наиболее сложна проблема выбора облика при инженерно-экологическом обустройстве городских прудов. Большинство из них в первоначальный период своего существования представляли собой интенсивно загрязняемые водоемы с низким видеоэкологическим потенциалом. Например, Чистые пруды, расположенные в центре г.Москвы, стали так называться только после их очистки, предпринятой в XVII веке по требованию Александра Меньшикова, купившего неподалеку от них земельный участок. До этого они именовались Погаными прудами, поскольку в них сбрасывались отбросы со скотобоен (Федосюк, 1983). Таким образом, в качестве прототипа выбирается не столько исторический облик, сколько укоренившееся в сознании современных людей представление о нем.

Однако восстановление внешнего облика с той или иной степенью его историчности не подразумевает восстановление экосистемы МГВО, существовавшей в ту историческую эпоху. Последнее практически невозможно вследствие необратимой трансформации водосборного бассейна. Вместе с тем, обеспечение хорошего экологического и санитарно-гигиенического состояния водного объекта не менее важно, чем воссоздание его исторического облика. При создании проекта необходимо предусматривать условия существования обустроенного водного объекта, при которых его экологическое состояние будет поддерживаться на достаточно высоком уровне в течение длительного времени. В противном случае, после окончания инженерно-технических работ, водный объект быстро деградирует и его рекреационный потенциал повторно утрачивается. Связано это с тем, что в условиях современного города интенсивность процессов самоочищения и самовосстановления водоемов и водотоков несопоставима с количеством поступающих в них загрязнителей. Так, миллионный город сбрасывает ежегодно 360-450 млн м3 сточных вод (Владимиров и др., 1986). Для их регенерации необходима площадь водосборного бассейна не менее 20 тыс. км2. Реальная же площадь города с населением 1 млн человек во много раз меньше - в среднем 20 тыс. га (Маслов и др., 2002). Значительная часть городских стоков сбрасывается не на очистные сооружения, а непосредственно в водные объекты. По этой причине хорошее экологическое состояние малых водных объектов может быть достигнуто только в том случае, если они представляют собой природно-техногенные или полностью техногенные системы, существование которых поддерживается работой специальных устройств (аэраторов, циркуляционных систем и др.).

Учитывая изложенное выше, для обозначения предполагаемого состояния водного объекта, которое является целью его инженерно-экологического обустройства, был предложен термин «историко-экологический прототип» (Суздалева, 2005), под которым подразумевается внешний вид водного объекта или его фрагмента, свойственный водоемам определенной эпохи, надлежащее экологического состояние которого обеспечивается проведением специальных инженерно-технических мероприятий. Следовательно, выбор историко-экологического прототипа, с одной стороны, заключается в определении желаемого исторического облика, а с другой стороны, в разработке инженерно-экологического обустройства данного объекта, позволяющего сохранить этот облик в современных условиях. Как показывает опыт, нарушение работы ИТС, поддерживающей благополучное состояние МГВО, приводит к их быстрой экологической деградации. Таким образом, эти объекты могут обладать социальной привлекательностью только в том случае, когда они представляют собой управляемую ПТС. При этом их технические компоненты по возможности маскируются с целью создания иллюзии «естественного облика».

v Формирование участков массового отдыха городского населения. Как уже рассматривалось в предшествующем разделе, этот процесс может происходить как в форме целенаправленного или сопутствующегоПримером является большинство сохраняемых в пределах городской застройки небольших открытых водотоков. Их основное назначение - водоотведение поверхностного стока, а их необходимое с санитарно-гигиенической и видеоэкологической точек зрения благоустройство является примером сопутствующей формы техногенеза. рекреационного, так и прямого неконтролируемого техногенеза (самовольная организация городских резортов, неудовлетворяющих санитарно-гигиеническим требованиям). Различие форм техногенеза обусловливает различие его экологических механизмов. При целенаправленном формировании резортов на базе МГВО в большинстве случаев наблюдается поддерживающий механизм техногенеза. Значительно реже, когда инженерно-экологическое обустройство водного объекта включает создание постоянно действующих специальных ИТС, эти меры по сохранению экологически благополучного его состояния можно рассматривать как управляющий экологический механизм. При стихийном возникновении городских резортов антропогенное воздействие, оказываемое на близлежащие МГВО, как правило, усиливается, что, в свою очередь, обуславливает их экологическую деградацию. Таким образом, в зависимости от складывающейся ситуации данный аспект техногенеза можно рассматривать и как позитивный, так и негативный.

Особый случай - это добровольное, несанкционированное властями сохранение благополучного состояния МГВО населением. Примером является обустройство (в том числе с элементами простейших технических приспособлений) некоторых родников, расположенных в черте городской застройки. Не рассматривая санитарно-гигиеническую сторону этого феномена, такую деятельность можно считать одной из разновидностей поддерживающего экологического механизма техногенеза.

Экологическая оптимизация резортологического аспекта техногенеза МГВО осуществляется в виде использования одной из форм инженерно-экологического обустройства этих объектов. На практике решение данного вопроса осложняется тем, что многие из МГВО формируют исторический облик города и их ликвидация или трансформация (даже в тех случаях, когда с санитарно-гигиенической точки зрения она вполне оправдана) ведет к частичной его утрате. Анализ этой проблемы облегчается при ранжировании МГВО на ряд групп по их рекреационному потенциалу и значению, которое они играют (Безносов и др., 2007в):

Ш Полностью утраченный МГВО. Восстановление этих водных объектов в современных городских условиях нереально. Необходимость их включения в классификацию обусловлена тем, что решение о возможности или невозможности инженерно-экологического обустройства водного объекта должно основываться на результатах исследований. Введение этой категории необходимо и в качестве альтернативы при анализе следующей категории МГВО.

Ш Временно утраченный МГВО. К данной категории относятся объекты, в настоящее время не существующие, но подлежащие восстановлению путем реализации проектов реабилитации, реконструкции, реставрации.

Ш Фрагментарно сохранившийся МГВО. Их примером являются городские водоемы, сохранившиеся в виде отдельных фрагментов ранее существовавших водотоков (речек и ручьев). В данном случае полностью воссоздать водоток уже нельзя. Вместе с тем, можно восстановить его отдельные фрагменты, сохранившиеся, например, в пределах территории культурно-исторических объектов и рекреационных зон. В г. Москве примерами таких объектов могут служить пруды Московского зоопарка, первоначально образовавшиеся в русле р.Пресни (Авилова и др., 1994) и Чистые пруды, созданные в результате запруживания р.Рачки, когда-то протекавшей вдоль стены Белого города (Федосюк, 1983). В некоторых случаях фрагментарно сохранившиеся участки городских малых рек, расположенные в пределах парковых территорий, можно превратить в водоемы рекреационного назначения. Для этого необходимо проведение следующих инженерно-технических, гидромелиоративных и экологических мероприятий (Горюнова, Суздалева, 2005):

ь изоляция реабилитируемого фрагмента речного русла от потока загрязненных вод, поступающих из закрытого участка реки, путем его отвода в систему городской ливневой канализации;

ь заполнение образовавшегося изолированного фрагмента русла (после его предварительной расчистки) чистой водой и создание циркуляционной системы, в которой вода движется по замкнутому контуру. В закрытую часть контура встраиваются узлы по очистке и кондиционированию водной среды;

ь разработка экологического дизайна нового водоема и формирование биотического комплекса (создание зарослей прибрежной растительности на открытых участках контура, зарыбление, организация водопадов-аэраторов и др.). Возможно частичное восстановление (реконструкция) некоторых природно-ландшафтных особенностей этого участка.

Несомненно, что водоем, возникающий в результате реализации подобной программы, не является восстановленным водотоком, а представляет собой природно-техногенный водный объект, существование которого поддерживается благодаря постоянной или периодической работе циркуляционной системы и водоочистных устройств. В связи с этим, для обозначения подобных проектов нами предложен специальный термин - «имитационные водоемы» (Суздалева, Горюнова, 2004).

Таким образом, инженерно-экологическое обустройство фрагментарно сохранившихся водных объектов может осуществляться в виде реабилитации и реконструкции их отдельных изолированных частей.

Ш Рекреационно незначимый водный объект. Данная категория включает городские водные объекты и техногенные скопления вод, берега которых не используются населением в качестве мест отдыха. Наличие такого водоема и водотока на городской территории только ухудшает ее видеоэкологические характеристики. Сюда же можно отнести водоемы, неблагополучные с санитарно-гигиенической точки зрения, сильно замусоренные, загрязненные, от вод которых исходит неприятный запах. Иными словами, «рекреационно незначимый водный объект» - это такой водный объект, который люди не хотели бы иметь в районе своего проживания.

Инженерно-экологическое обустройство рекреационно незначимых водных объектов может осуществляться в виде реабилитации. В тех же случаях, когда подобные водные объекты представляют собой опасность для здоровья населения, а проведение мероприятий по улучшению их состояния невозможно или нецелесообразно, их инженерно-экологическое обустройство заключается в разработке и осуществлении проектов их ликвидации.

Ш Рекреационно малозначимый водный объект - городской водоем или водоток, который в силу своего плохого экологического и санитарно-гигиенического состояния не может использоваться для организации рекреационных зон. Видеоэкологическую ситуацию наличие таких объектов на городской территории также не улучшает. Вместе с тем, население использует прибрежную зону, а иногда и сам водный объект, как место отдыха (иногда даже массового) или в иных целях. Во многих случаях неконтролируемое использование таких водных объектов представляет опасность для здоровья людей. В качестве рекреационно малозначимых водных объектов можно также рассматривать упоминавшиеся ранее открытые участки систем городских ливневых канализаций, поскольку они также иногда используются населением как места отдыха. Очевидно, что в последнем случае программа инженерно-экологического обустройства должна заключаться не в реабилитации этих водотоков, а в их ликвидации путем отвода канализационных стоков, исключающем использование потоков сточных вод в рекреационных целях.

Ш Рекреационно значимый водный объект, то есть городской водный объект, находящийся в удовлетворительном экологическом и санитарно-гигиеническом состоянии и использующийся населением в рекреационных целях. Эти объекты всегда являются важным видеоэкологическим фактором, формирующим позитивное восприятие от данного участка городской территории в целом.

В отличие от предшествующей категории, отдых в прибрежной зоне таких водных объектов не представляет собой прямой угрозы для здоровья людей. Вместе с тем, говоря об удовлетворительном состоянии рекреационно значимых водных объектов, мы отнюдь не подразумеваем отсутствие необходимости в его улучшении. Напротив, исходя из полученных результатов, рекреационная значимость не свидетельствует о хорошем экологическом и санитарно-гигиеническом состоянии водного объекта. Как показывает анализ имеющихся материалов, большинство рекреационно значимых городских водоемов в условиях возрастающей антропогенной нагрузки без проведения специальных мероприятий (реабилитации, экологической защиты и охраны) быстро деградирует. Поэтому главная задача инженерно-экологического обустройства заключается в достижении соответствия между качеством вод и характером использования данных объектов.

Ш Исторически ценный водный объект. К данной категории мы относим все городские водные объекты, обладающие, помимо рекреационного потенциала, несомненной культурно-исторической ценностью, а в ряде случаев имеющих и религиозно-культовое значение. Как показывает практика, их современное экологическое и санитарно-гигиеническое состояние может быть различным, в том числе и неудовлетворительным. Особенность программ инженерно-экологического обустройства таких водоемов и водотоков заключается в том, что их целью является не реабилитация, а реконструкция или даже реставрация исторического облика водного объекта. Иногда инженерно-экологическое обустройство исторически ценных водных объектов осуществляется для их консервации.

v Формирование на урбанизированных территориях биотопов растений и животных. Биотический компонент ПТС, формирующихся на базе МГВО, часто достаточно разнообразен. Некоторые исследователи рассматривают территории вокруг этих объектов как своеобразные рефугиумы (убежища), в которых на урбанизированных территориях сохраняются многие виды растений и животных (Авилова, 2000). Многие из них имеют статус охраняемых (например, занесены в Красную книгу г. Москвы). Например, анализ материала, собранного 1991-1998 гг. на 21 московской речке (Чичев, 2000) показывает, что, несмотря на значительные нарушения, а нередко и полное уничтожение отдельных пойменных и приречных участков, на обследованных территориях встречается более 445 видов высших растений (более 40% видов московской флоры).

Вместе с тем, следует особо подчеркнуть, что формирование этих рефугиумов является продуктом техногенеза (точнее - урбанизации). В пределах городской застройки каких-либо природных экосистем существовать не может. Как уже рассматривалось ранее, все виды МГВО - это части урбосистемы, эволюционировавшие в ее составе. Следовательно, как это ни парадоксально звучит, формирование местообитаний для живых организмов в водной среде МГВО и на территории, их окружающей, представляет собой один из аспектов техногенеза. Представление о данных рефугиумах как об «островках» природной среды неправомерно и может стать причиной некорректной интерпретации наблюдаемых явлений. Так, многие МГВО в зимний период имеют температуру воды, значительно превышающую естественный уровень. Именно тепловое загрязнение, вызванное как отепляющим эффектом самого города, так и сбросом подогретых стоков, обуславливает возможность зимовки в МГВО ряда видов водоплавающих птиц (Авилова и др., 1994). Существеннейшим образом отличается и видовой состав водных сообществ. Причем это не обедненный вариант биоты природных водоемов небольшого масштаба. Зачастую в МГВО доминируют иные виды, попавшие в результате их целенаправленной интродукции или биологических инвазий, сопутствующих человеческой деятельностиТак, типичными массовыми формами городских прудов являются элодея канадская и бычок ротан-головешка. Эти виды проникли и в естественные водные объекты европейской части России, но их значение в них, как правило, не столь велико, как в МГВО.. В обоих случаях эти процессы можно рассматривать как биотический техногенез (целенаправленный или стихийный). Почвенный покров, окружающий МГВО, как правило, представлен специфическими городскими почвами - урбоземами (Герасимова и др., 2003). В произрастающей на них флоре также значимую роль могут играть различные вселенцы.

В то же время местообитания, формирующиеся благодаря существованию МГВО, являются важнейшим фактором, определяющим уровень биоразнообразия городской биоты. Показателен такой пример: на базе некоторых технологических водоемов и очистных сооружений искусственно возникают водно-болотные массивы, уровень биоразнообразия которых чрезвычайно высок (Авилова, 2000). На одном из таких объектов, образовавшихся благодаря функционированию одной из очистных канализационных станций Москвы, за 10 лет наблюдений зарегистрировано 164 вида птиц (65% всей орнитофауны Московской области), из которых 58 видов гнездились, 42 - регулярно и подолгу обитали на территории во время сезонных миграций (Еремкин, 1997а).

Однако экологическая значимость техногенных местообитаний далеко не всегда может рассматриваться как сугубо позитивный фактор. В этих биотопах создаются условия для жизни некоторых организмов, массовое развитие которых или несбалансированное повышение численности в городах нежелательно. Эти виды условно можно разделить на три группы:

Ш организмы, массовое развитие которых ухудшает экологическое состояние МГВО и их социальную привлекательность. Жизнедеятельность данных организмов ведет к экологической деградации водного объекта. Прежде всего, это синезеленные водоросли, «цветение» которых весьма характерно для интенсивно эвтрофируемых городских прудов, а также некоторые виды высшей водной растительности (например, ряски, покрывающие сплошным покровом поверхность воды). При отмирании и разложении этой растительности наблюдаются явления вторичного загрязнения. Вода начинает издавать неприятный запах. Цветение фитопланктона сопровождается гибелью других представителей водной биоты в результате отравления экзометаболитами и продуктами разложения водорослей. Подобные явления могут наблюдаться и в последующий период при возникновении заморов при разложении отмерших организмов. Интенсивное зарастание МГВО приводит к их обмелению за счет накопление донных отложений, в результате чего деградация такого объекта может закончиться его исчезновением. К рассматриваемым явлениям можно отнести и чрезмерное развитие на МГВО водоплавающих птиц, что в ряде случаев обусловливает их так называемое «зоогенное загрязнение» (Авилова и др., 1994), ведущее к существенному ухудшению качества воды;

Ш организмы, развитие которых ухудшает санитарно-эпидемиологическую обстановку. К ним относятся кровососущие насекомые, личиночная стадия которых развивается в водной среде, а также другие организмы-переносчики инфекционных заболеваний (птицы, грызуны), размножающиеся или находящие пищу вблизи МГВО. Тепловое загрязнение, характерное для некоторых из этих объектов, может сопровождаться явлением «вторичного роста» патогенных микроорганизмов в водной среде (см. раздел. 3.2.2.2);

Ш организмы, чрезмерное увеличение численности которых может привести к снижению уровня биоразнообразия городской биоты. Примером является увеличение количества ворон, наблюдавшееся на территории Курьяновской станции аэрации (которую можно было рассматривать и как систему МГВО), которые интенсивно разоряли гнезда других птиц, обитавших в близрасположенном музее-заповеднике «Коломенское» (Цветков и др., 2002).

Формирование биотопов МГВО может происходить в различных формах и иметь принципиально отличные экологические механизмы (табл. 3.5). Характерными чертами МГВО являются их интенсивное эвтрофирование, загрязнение и замусоревание. Поэтому при стихийной форме техногенеза (отсутствие мер по их инженерно-экологическому обустройству) почти неминуемой является экологическая деградация водных объектов, распространяющаяся, как правило, и на окружающую территорию. Обычно это сопровождается снижением биоразнообразия на данных участках и вспышками развития нежелательных организмов («цветений» фитопланктона и др.). При целенаправленной организации специальной инженерно-технической системы (при обустройстве уже существующих объектов или создании новых), выполняющей функцию регулятора их экологического состояния, возникает управляемая ПТС. На практике чаще встречаются промежуточные варианты (частичное и/или периодическое управление экологическим состоянием МГВО), которые можно рассматривать как сопутствующую форму техногенеза, а экологический механизм формирования их состояния - как поддерживающий.

Специфичность роли отдельных групп биоты ПТС, формирующихся на базе МГВО, обусловливает разнородность возможных путей экологической оптимизации данного аспекта техногенеза. С одной стороны, это разнообразные мероприятия по сохранению и целенаправленному созданию биотопов, служащих рефугимами для различных видов, обитающих в пределах урбанизированной территории. Сюда же можно отнести и интродукцию растений и животных, обогащающих городскую биоту и повышающих социальную привлекательность территории. С другой стороны, это меры по борьбе с массовым развитием нежелательных организмов и ограничению численности отдельных видов. Основной акцент следует делать не на различные способы по уничтожению этих организмов, а на создание условий, не допускающих их развития. Например, при формировании городских прудов желательно придание им корытообразной формы, при которой отсутствуют значительные по площади участки зарастающих мелководий. Одновременно подобные проекты могут включать организацию специальных подводных террас для высадки пояса макрофитов, задерживающих значительную часть эвтрофикантов, содержащихся в поверхностном стоке с окружающей территории.

v Формирование городского климата. Любой водный объект может рассматриваться как климатообразующий фактор того или иного масштаба. В полной мере это относится и к небольшим водоемам, вблизи которых формируется особый микроклимат.

Влияние МГВО как климатообразующего фактора городской среды может проявляться двумя различными путями:

Ш непосредственно изменяя физико-химические параметры воздушной среды у водной поверхности. Вблизи МГВО происходит увлажнение воздуха вследствие испарения воды, поглощение из него аэрозолей и ряда других компонентов (в т.ч. и вредных примесей) и т.п.). Не случайно, что еще в глубокой древности благоустройство дворцовых территорий в южных странах в большинстве случаев включало организацию небольших водных объектов (прудов, бассейнов, ручьев). Вместе с тем, данный аспект далеко не всегда носит однозначно позитивный характер. При определенных условиях (расположение жилых построек в котловинообразных формах рельефа) близость МГВО может обусловить избыточную влажность воздуха («сырость») в помещениях.

Ш косвенно, благодаря жизнедеятельности организмов (главным образом, растений), существование которых связано с наличием МГВО. Речь идет, скорее, о климатогенной роли ПТС, складывающейся на базе этих объектов. В вегетационный сезон эти объекты являются донорами кислорода. Как уже указывалось в предшествующем разделе, в большинстве случаев вокруг них формируются островки растительности. Высшая водная растительность и фитопланктон развиваются и в самих МГВО. Следует вспомнить, что город с населением в 1 млн чел., занимающий условно площадь более 20 тыс. га и хорошо озелененный, производит на своей территории менее 30 тыс. т кислорода, однако его потребление достигает 10 млн т. (Владимиров, 1986). Возникающий дисбаланс компенсируется в основном за счет притока воздуха с окружающих город территорий. Если вследствие гидрометеорологических условий такого поступления не происходит, городское население начинает ощущать духоту, наблюдается массовое обострение ряда заболеваний. Причем, как правило, подобная ситуация складывается именно в летний (т.е. вегетационный) период, когда роль МГВО как фактора микроклимата наиболее значима.

Объективная оценка МГВО как климатообразующего фактора, на наш взгляд, должна рассматриваться в двух направлениях:

Ш оценка роли отдельных МГВО в формировании микроклимата близлежащей территории и их воздействия на качество среды обитания населения;

Ш оценка совокупного воздействия на городской климат всех МГВО, расположенных на его территории. Результаты подобных исследований могли бы значительно уточнить ответ на вопрос: сколько и каких МГВО необходимо планировать при застройке (реконструкции) современной городской территории?

Любые мероприятия по улучшению каждого из перечисленных видов воздействия можно рассматривать как экологическую оптимизацию. В первом случае она будет идти по пути повышения управляемости ПТС отдельных МГВО, во втором - по пути повышения управляемости урбосистемы в целом.

В зависимости от меры и пути воздействия МГВО на климат, точнее, воздействия сложившейся на его основе ПТС, можно рассматривать его как форму сопутствующего или целенаправленного техногенеза (табл. 3.5). Это определяет и характер экологического механизма (при создании МГВО, когда одной из преследуемых целей является улучшение климатических характеристик - это разновидность креативного механизма техногенеза окружающей среды).

v Отвод стоков с городской территории и аккумуляция загрязнителей. Гидрографическая сеть, сохраняющаяся на урбанизированной территории, практически всегда служит основным путем транзита различных загрязнителей. Таким образом, оценка данного аспекта техногенеза носит двоякий характер. С одной стороны, благодаря наличию водотоков (в т.ч. и заключенных в подземные трубопроводы) с территории города удаляется значительная часть загрязнителей. До последнего времени во многих российских городах большая часть убираемого с их территории загрязненного снега сбрасывалась в реки. Этот процесс долго рассматривался если не как позитивный, то как функционально оправданный. Именно благодаря отводу нечистот в гидрографическую сеть городов в предшествующие эпохи поддерживалось приемлемое санитарно-гигиеническое состояние их территорий. В зависимости от организации данного процесса форма техногенеза МГВО с этой точки зрения может рассматриваться и как неконтролируемая, и как целенаправленная (при официальном признании факта использования городской гидрографической сети для отвода стоков).

С другой стороны, практически неконтролируемое распространение загрязнителей по городской гидрографической сети - это один из главных факторов экологической деградации водных бассейнов, принимающих эти воды. Оценка этих явлений с экологической точки зрения может быть только негативной. Аналогичным образом оценивается и накопление загрязнителей в изолированных МГВО (например, в прудах, не сообщающихся с другими водными объектами).

Сложность разработки эффективных мер по предотвращению загрязнения МГВО и аккумуляции в них загрязнителей во многом связана с разнородностью процессов, обусловливающих данные явления. Загрязнители поступают в МГВО различными путями, главными из которых являются сброс сточных вод с различных хозяйственно-бытовых объектов и поверхностный сток с окружающей территории. При этом сброс в МГВО поверхностного стока может осуществляться как организованно, через городскую систему ливневой канализации, так и неорганизованно, стекая в них по поверхности окружающих участков в периоды обильных атмосферных осадков и снеготаяния. В соответствии с нормативной базой, действующей в РФ, очистка вод поверхностного стока перед их сбросом в водные объекты не требуется. Вместе с тем, практически всегда уровень загрязненности этих вод весьма высок (Янин, 2002). Причем это касается не только химического, но и микробиологического загрязнения (Митяева, 2013). Следует также отметить, что сам объем поверхностного стока на урбанизированных территориях существенно возрастает за счет их покрытия водонепроницаемыми материалами (асфальтирование и др.). В условиях современного города интенсивное загрязнение водной среды может быть обусловлено и осаждением на поверхность воды атмосферных аэрозолей (Хват и др., 1991; Митяева, 2013).

Вследствие многофакторности и разнородности процессов, вызывающих ухудшение состояния МГВО, единого подхода к их экологической оптимизации существовать не может. Эти меры необходимо разрабатывать, исходя из конкретных условий. На практике наиболее распространенными способами являются:

ь защита путем отвода сбросов сточных вод и организованного сброса поверхностного стока на очистные сооружения;

ь кондиционирование вод на основе создания специальных ИТС, повышающих интенсивность процессов физико-химического и биологического самоочищения (от простейших аэраторов до систем замкнутой циркуляции вод) (Рябов, Сиренко, 1982; Хендерсон-Селлерс, 1987; Волшаник и др., 2003);

ь регулярная очистка МГВО от мусора и наносов.

Однако, несмотря на различие способов решения проблемы, во всех перечисленных случаях ощутимый эффект достигается только тогда, когда эта деятельность осуществляется систематически. Иными словами, МГВО включается в состав управляемой ПТС, основу которой составляют специальные инженерно-технические устройства и их системы. Решение проблемы обеспечения благополучного состояния МГВО одними биомелиоративными мероприятиями в условиях современных городов практически невозможноДанное суждение не следует трактовать как отказ от методов биомелиорации МГВО. В комплексе с инженерно-техническими мероприятиями эти меры могут быть весьма эффективны. .

В противном случае наблюдается явление, которое можно назвать «циклической деградацией», которую можно рассматривать как один из видов деградационного экологического механизма техногенеза. После проведения разовых мероприятий по очистке МГВО (или первичного благоустройства в период его создания), он, подвергаясь интенсивной антропогенной нагрузке, постепенно деградирует. В определенный момент состояние МГВО достигает какого-то критического уровня, вынуждающая городские власти провести его очередную очистку. После чего ситуация повторяется вновь. Значительную часть времени своего существования подобные МГВО имеют малую рекреационную значимость, снижают социальную привлекательность района городской застройки и создают угрозу для здоровья населения.

Особую проблему создает накопление загрязнителей в образованиях, которые мы обозначаем как «техногенные скопления вод» (см. разд. 2.3). Единственным путем экологической оптимизации таких водных объектов является их ликвидация. В отличие от рассмотренных выше случаев, в подобной ситуации объектом оптимизации является не МГВО, а участок городской территории.

В краткой форме материалы настоящего раздела можно резюмировать следующим образом:

· Все существующие на урбанизированной территории МГВО (включая «техногенные скопления вод») представляют собой ПТС. Степень управляемости этих систем различна и ее повышение является главной задачей экологической оптимизации техногенеза данной категории объектов. В большинстве случаев в состав этих ПТС в качестве компонентов входят:

- непосредственно прилегающие к МГВО земельные участки, экологическая ситуация в которых зависит от состояния данного водного объекта и/или, наоборот, на состояние МГВО ситуация, складывающаяся на этих участках, оказывает значимое влияние;

- элементы инженерно-экологического обустройства (более широко - объекты природообустройственного техногенеза) на территории, экологическая ситуация на которых оказывает влияние на состояние МГВО.

· Фомирующиеся на основе подобных ПТС экологические рефугиумы являются продуктами техногенеза. Рассматривать их как «островки» природной среды, сохранившейся в пределах урбанизированной территории, некорректно. Подобная неадекватная оценка данных объектов окружающей среды затрудняет разработку эффективных мер по созданию благоприятных экологических условий в городах.

· Влияние МГВО на состояние городской среды целесообразно анализировать на трех разномасштабных уровнях:

- отдельного водного объекта;

- ПТС, формирующейся на его основе, которая должна рассматриваться как отдельный компонент урбосистемы;

- всей совокупности МГВОВнутри данной категории объектов целесообразно выделять МГВО, входящие в состав гидрографической сети и изолированные от нее., входящих в состав урбосистемы.

Выделение перечисленных уровней анализа экологических проблем необходимо для полной и комплексной оценки рассмотренных в настоящем разделе различных аспектов техногенеза МГВО и разработки эффективных мер по их экологической оптимизации.

IV. ПРОЦЕСС ТЕХНОГЕНЕЗА МИРОВОГО ОКЕАНА

4.1 Современный характер техногенной трансформации Мирового океана

К настоящему времени процессы техногенеза морских водных объектов принципиально изменились, приобретя следующие особенности, не наблюдавшиеся в предшествующие эпохи:

v Изменился характер пространственной локализации техногенных воздействий и, что еще более важно, их масштаб. Приблизительно до середины ХХ века значимое влияние человеческой деятельности наблюдалось лишь на отдельных прибрежных участках. В период, который мы в разделе 1.3 обозначили как «индустриальный этап развития техногенеза», результаты этих процессов в морской среде носили локальный характер. Лишь в редких случаях они достигали регионального масштаба. Причем подобные явления наблюдались, главным образом, в морских водных объектахВ соответствии со статьей 7 Водного кодекса РФ, под морским водным объектом мы подразумеваем «моря или их отдельные части (проливы, заливы, в том числе бухты, лиманы и другие)»., имевших ограниченный водообмен с другими частями Мирового океана, например, во внутреннем Японском море. В ряде случаев воздействие временно выходило за рамки локального при авариях (например, разливах нефти при разгерметизации перевозивших ее танкеров).

В последние десятилетия процессы техногенеза Мирового океана стали происходить в региональном, межрегиональном и глобальном масштабах. Процессами, обусловившими изменение масштабов техногенеза, явились:

Ш зарегулирование стока рек, спровоцировавшее в ряде случаев устойчивое изменение гидрохимического и гидрологического режимов обширных морских акваторий. Примером может являться трансформация структуры водных масс Черного моря (Виноградов, 1987). По мнению некоторых специалистов, именно эти процессы вызвали подъем в нем уровня сероводородного слоя, приведшего к катастрофическим экологическим последствиям (уничтожению значительной части так называемого «филлофорного поля» Зернова и ряда других биоценозов бентали Черного моря);

Ш засорение Мирового океана, проявляющееся в форме неконтролируемого потока сбрасываемых в него в течение длительного времени неразлагающихся в воде различных предметов (от консервных банок до затапливаемых плавсредств). Масштабы этого процесса в настоящее время оценить сколько-нибудь точно нельзя. Но можно обоснованно утверждать, что он уже давно приобрел глобальный масштаб. Суммарная поверхность этих антропогенных субстратов огромна. Как осевшие на дно, так и длительно плавающие предметы интенсивно заселяются некоторыми группами гидробионтов (так называемыми организмами-обрастателями), биомасса которых достигает килограммов на м2 (Резниченко и др., 1976). Их развитие способно привести к значимому изменению облика и трофической структуры как бентических, так и пелагических экосистем. Причем засорению подвергаются и самые глубокие участки Мирового океана, в которых осуществление целенаправленной человеческой деятельности при современном уровне технического развития невозможно. В данном случае мы наблюдаем особый вид дистанционной формы техногенеза;

Ш глобальные климатические изменения, в основе которых лежат процессы техногенеза биосферы. Они обуславливают изменение характера океанической циркуляции. Известно, что потепления климата, связанные с повышением содержания в атмосфере парниковых газов, периодически наблюдались в истории Земли. В палеоклиматологии они получали названия «термоэры» и их суммарная продолжительность составляла более 70% фанерозояТо есть палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр. (Чумаков, 1993; 1995), то есть по сути всего времени существования на планете высокоорганизованных форм жизни. Поэтому прогнозировать некоторые экологические последствия этих явлений можно на основе геологических и палеонтологических материалов. Так, в эти экологические эпохи отмечалось значительное ослабление вертикальной циркуляции вод и накопление на обширных участках придонных слоев сероводорода. Так, значительные части океанов Юрского периода, часто приводимого как пример развития парникового эффекта, по своей структуре напоминали современное Черное море (Несов, 1995). Существование высокоорганизованных форм жизни в их зараженных сероводородом глубинах было невозможно. В современных условиях замедление вертикальной циркуляции вод Мирового океана в результате развития парникового эффекта (т.е. одного из проявлений техногенеза) будет иметь аналогичные последствия как по масштабам, так и по степени катастрофичности наблюдаемых явлений.

v Изменение масштабности техногенных воздействий и обусловленных ими экологических последствий вызывает необходимость изменения уровня анализа процессов техногенеза морских водных объектов. Специалисты, занимающиеся проблемами их техногенной трансформации, как правило, рассматривают происходящие процессы на уровне экосистемы, для обозначения которой был предложен термин «техноэкосистема» (Звягинцев, Мощенко, 2010). Однако подобный подход, в ряде случаев, несомненно, продуктивный, не позволяет анализировать ряд современных аспектов техногенеза Мирового океана, ограничивая их областью химического и физического загрязнения водной среды. В этой связи следует отметить, что еще в 80-е годы ХХ века известный советский гидробиолог О.Г. Резниченко (1978) предлагал рассматривать эти явления на значительно более высоком уровне, которого они уже тогда достигли. Так, он квалифицировал совокупную роль искусственных субстратов, целенаправленно и спонтанно вводимых человеком в морскую среду, как отдельный суббиоцикл биосферы - «мезаль» или «антропаль»Термин «мезаль» имеет более широкое значение, поскольку включает также инородные предметы, поступающие в морскую среду в результате естественных процессов (например, плавник из отмершего древесного материала, выносимого в моря из рек). Однако в настоящее время доля подобных субстратов в составе мезали незначительна и они относительно недолговечны., роль и пространственные масштабы которого уже достигали других аналогичных структурных подразделений биосферы - бентали и пелагиали. В качестве примера, обосновывающего высказанную идею, О.Г. Резниченко приводил расчеты, свидетельствующие о том, что суммарная поверхность только одного из выделенных им типов антропогенных субстратов - подводная часть корпусов плавсредств - по площади превышала верхнюю часть сублиторалиТочнее, прибрежную полосу, распространяющуюся по вертикали приблизительно на тот же горизонт воды, что и подводная часть плавсредств. Черного, Азовского и Каспийского морей. В соответствии с этим он предлагал и рассматривать роль этого фактора (по своей сути, один из аспектов техногенеза Мирового океана). В реальности, масштаб этих процессов значительно больше, поскольку материалы, необходимые для оценки большинства других типов антропогенных субстратов (например, количество упоминавшегося нами ранее техногенного мусора, скопившегося в морских водах), в настоящее время отсутствуют.

v Произошла смена доминирующих форм техногенеза. В предшествующую индустриальную эпоху техногенез морских водных объектов достигал наиболее значимых последствий, когда был либо целенаправленным (строительство портов, обустройство морских курортов и т.п.), либо сопутствующим (осуществление в той или иной степени контролируемого сброса сточных вод в море). Как ни странно это звучит, в постиндустриальную эпоху, отличительной чертой которой стало осознание необходимости контроля за воздействием производства на окружающую среду, основную роль начал играть неконтролируемый дистанционный техногенез. Он проявляется не только в изменениях гидрологической циркуляции, обусловленных техногенным изменением состава атмосферы (парниковых газов), но и в трансграничном переносе загрязнителей как морскими течениями, так и воздушными массами. Несмотря на многочисленные декларативные заявления, принимаемые на самом высоком уровне, эти процессы в настоящее время в действительности являются неконтролируемыми. Их интенсивность растет с ростом мирового производства и народонаселения планеты. Собственно, глобализация техногенного загрязнения стала возможной тогда, когда количество загрязнителей, выбрасываемых в окружающую среду, достигло уровня, при котором их концентрация за пределами локальных зон вокруг источников их поступления перестала снижаться до фонового уровня в результате дисперсии агентов загрязнения (их распыления в атмосфере или разбавления в водных объектах). С точки зрения процесса эволюции техногенеза (1.3), это ни что иное, как один из аспектов трансформации биосферы в неуправляемую биотехносферу, которая формируется на современном этапе.

v Изменяется и значимость отдельных видов техногенеза. В предшествующей истории основными видами техногенеза морских водных объектов были биотический (последствия хищнической добычи водных биологических ресурсов с использованием новых технических возможностей) и физико-химический (проявляющийся, главным образом, как загрязнение отдельных морских акваторий). На современном этапе приоритетное значение по масштабам возможных негативных последствий приобретает гидрологический техногенезЭто не следует понимать как утрату значимости хищнической добычи водных биологических ресурсов или роста уровня загрязненности водной среды. В данном случае речь идет исключительно о сравнительной тяжести возможных экологических последствий.. Провоцируемые развитием парникового эффекта изменения исторически сложившейся системы циркуляции Мирового океана уже вызвали увеличение частоты и масштабов гидрометеорологических флуктуаций. Практически каждое из таких явлений имеет значимые экологические последствия регионального и межрегионального масштаба. Еще большую опасность представляют устойчивые климатические изменения, обусловленные техногенной трансформацией гидрологической структуры Мирового океана. Они неизбежно будут сопровождаться коренной трансформацией не только водных, но и наземных экосистем на обширных участках планеты (климатогенными сукцессиями), что повлечет за собой необходимость изменения характера природопользования (экосистемных услуг) и смены традиционных форм сельского хозяйства. Эти процессы наблюдаются в настоящее время в виде опустынивания некоторых регионов.