Экология городской среды

Геологические и инженерно-геологические процессы, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, хозяйственные и промышленные объекты, жизнедеятельность людей, называют опасными геологическими процессами (ОГП).

Физическое воздействие проявляется в форме загрязнения геологической среды города (изменение температурного, электрического и магнитных полей, возникновение вибрационного поля), за счет которого ей сообщается дополнительное количество энергии через статические (масса сооружений), динамические (вибрация), температурные и электрические поля. Накопление избыточной энергии в среде, которая служит основанием для техногенных объектов, рано или поздно должно привести к ее высвобождению, что может быть связано с возникновением техногенных нарушений катастрофического характера (оползание и разрушение зданий, микроземлетрясения и пр.).

Особенностью физического загрязнения геологической среды города является то, что техногенные физические ПОЛЯ проявляются на небольшой по площади, ограниченной элементами городского рельефа территории, поэтому они по интенсивности значительно превосходят естественные аналоги, создавая на территории города высокие градиенты характеристик (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Сравнительная характеристика физических полей городской территории (по Стольберг, 2000)

Тепловое загрязнение геологической среды города проявляется в повышении ее температуры относительно естественных значений. При этом могут образовываться геотермические аномалии. Показано, что на территории крупного города нарушения температурного режима происходят до глубины 100–150 м и более. При этом на горизонтах 10–30 м наблюдаются тенденции к расширению по площади геотермических аномалий с повышением на 2–6 °C фоновых значений температуры пород и подземных вод. Наиболее активными источниками возникновения геотермических образований являются магистральные теплопроводы и сети горячего водоснабжения.

Геотермические аномалии вызывают следующие нарушения:

• образование локальных микроклиматических аномалий на территории города;

• локальное просушивание грунтов с изменением их прочности, что особенно опасно в зонах исторической плотной жилой застройки;

• изменение режимов водо-, массо- и теплообмена грунтов и подстилающих пород;

• усиление процессов химической и биокоррозии металлов;

• изменение микробиоценозов.

Электромагнитное загрязнение геологической среды города связано с возникновением электрических полей блуждающих токов в земле при работе рельсового электротранспорта, подземных сетей кабелей, снабжающих электроэнергией здания и сооружения и т. д. Воздействие электрического ПОЛЯ блуждающих токов выражается в повышении коррозионной активности геологической среды города, что существенно сокращает сроки безаварийной службы кабелей и трубопроводов, утечки из которых, в свою очередь, служат источниками загрязнения почв, грунтов и подстилающих пород территории города. Опасность коррозии возникает при плотности блуждающих токов 5 – 10

А/м

, в то время как реальная их плотность в крупных городах примерно в 200 раз выше. При высоком уровне плотности блуждающих токов скорость электрохимической коррозии стали составляет до 2 мм/год, что приводит к снижению срока эксплуатации трубопроводов в 2 раза.

Вибрационное загрязнение геологической среды города обусловлено движением транспортных средств по городским магистралям. Уровень и степень его воздействия на литогенную основу городской территории зависит от типа пород, ее слагающих. Скальные и полускальные грунты обладают меньшей способностью к поглощению энергии вибрационных колебаний, тогда как более рыхлые породы и грунты активно ее поглощают, что приводит к изменению структуры и уменьшению их прочности. Это может способствовать развитию обвальнооползневых процессов на территории города. В качестве верхнего предела допустимого вибрационного воздействия на геологическую среду принимается 73 дБ, что соответствует скорости перемещения частиц породы около 225-10

м/с. Эти условия могут создаться при регулярном движении рельсового транспорта.

Наиболее опасными геологическими процессами на территории городов являются техногенно обусловленные землетрясения (микроземлетрясения), эрозия почв, обвалы, оползни, нарушение прибрежной территории, подтопление и затопление, карстообразование, просадка поверхности, высвобождение и аккумулирование окружающей городской средой радона и радиоактивных веществ, а также формирование геопатогенных зон.

Для крупных городов Беларуси характерно развитие процесса карстрообразования в связи с геологическими особенностями региона.

Карстообразование – это процесс выщелачивания растворимых горных пород подземными и поверхностными водами с образованием крупных пустот в породах, с последующим оседанием и обрушением кровли зданий и сооружений. Естественными факторами карстообразования являются пересеченный рельеф, наличие мощного подземного стока, высокие скорости фильтрации грунтов, присутствие в стоках свободной углекислоты, трещиноватость пород.

На территориях городов развитию карста способствует формирование значительных по размерам депрессионных воронок в районах водозабора, высокая кислотность поверхностного стока за счет химического загрязнения, повышенная фильтрационная способность насыпных грунтов, механическое разрушение материнских подстилающих пород при строительстве объектов.

Однако наиболее опасными и трудноустранимыми последствиями развития ОГП на городских территориях является поступление радона и радиоактивных веществ во внутреннюю среду зданий и сооружений.

В последнее время в мировой практике особое внимание уделяется проблемам защиты внутренней среды от облучения радона и его дочерних продуктов (ДПР), находящихся в воздухе жилых, общественных и других помещений. Известно, что до 50 % радиационного фона помещений обусловлено радоном и ДПР. Радон – естественный радиоактивный инертный газ без вкуса и запаха. Он непрерывно образуется в почве, строительных материалах и сырье, выделяясь в воздух жилых, общественных, производственных и других помещений. Сам радон химически инертен, но ионизированные продукты его распада (радионуклиды полония, висмута, свинца) сорбируются пылью и влагой, образуя альфа-радиоактивные аэрозольные частицы. Наиболее опасны аэрозоли субмикронных размеров, которые могут проникать в верхние дыхательные пути и оседать в них, создавая локальные источники альфа-облучения клеток. В определенной степени такие аэрозоли эквивалентны «горячим частицам» радиоактивной топливной пыли чернобыльских осадков.

Началом изучения радиационного воздействия на здоровье человека, вызванного радоном и продуктами его распада, следует считать 1970-е гг., когда на территории Хельсинки были обнаружены скважины с очень высокой концентрацией радона в воде. Там же при обследовании жилых домов в 1981 г. были обнаружены помещения с концентрациями радона, превышающими 10 000 Бк/м

. Тогда же было достоверно установлено, что при герметизации помещений с целью экономии энергии облучение населения от высокого содержания радона в воздухе увеличивается.

Аналогичные исследования проводятся и в странах СНГ. С 1989 г. ведется мониторинг радона в Украине. Очень высокий уровень активности этого газа (1000 Бк/м

и выше) зарегистрирован в зданиях, расположенных в районах Украинского кристаллического массива. Эффективная доза облучения населения Украины естественными радионуклидами составляет в среднем 5,2 мЗв/год, из которых 4,2 мЗв/год приходится на радон и продукты его распада.

В настоящее время принято считать, что радон является причиной значительной доли регистрируемых в мире заболеваний раком легких. По данным Могилевского центра гигиены и эпидемиологии, заболеваемость раком легких в Могилевской области продолжает устойчиво занимать первое место в структуре онкологических заболеваний населения. По предварительной оценке годовые дозы облучения населения от радона и его продуктов распада составили для Могилевской области 1,4–2,6 мЗв, при среднем значении для населения земного шара 1,0 мЗв.

Радон считается предвестником землетрясений. Исходя из этого, Беларусь относили к радонобезопасной территории. Как показали последующие обследования, это далеко не так.

С геологической точки зрения, радоноопасными участками местности являются места геологических разломов. По последним литературным данным более 40 % территории Беларуси относится к разряду радоноопасных, что связано с неглубоким залеганием гранитов кристаллического фундамента, выделяющих радон, а также с широким развитием активных разломных зон и очагов разгрузки подземных минерализованных вод. Исследованиями геофизической экспедиции ПО «Беларусьгеология» аномально высокие содержания радона в почвенном воздухе надразломных зон установлены на Горецко-Шкловском и других участках области. При среднефоновых концентрациях около 1000 Бк/м

содержание радона в почвенном воздухе зон активного разлома возрастало до 15 000-25 000 Бк/м

.

В Минске выявлено два разлома, пересекающих весь город. Первый – по линии Щемыслица – Уручье, проходящий примерно через Курасовщину, Минск-Южный, район тракторного завода, Степянку. Второй – параллельно линии Семково – Сосны, примерно через улицу Енисейскую, район улицы Кошевого, площадь Победы и вторая его часть – от площади Независимости вдоль улицы Тимирязева через Веснянку и далее.

Основной источник радона, поступающего в окружающую среду, – почва под зданием. Даже при обычных удельных активностях Ra

в ней объемная активность радона в почвенном воздухе составляет десятки килобеккерелей (кБк). Из почвы под зданием и строительных материалов радон мигрирует по порам и трещинам. Происходящие при этом процессы обусловлены двумя основными механизмами:

• диффузией при наличии градиента концентрации радона в среде;

• конвекцией, вызванной разностью давлений между внутренним объемом здания и внешней атмосферой, различными частями здания.

В зданиях, где источником водоснабжения является артезианская скважина, расположенная в радоносодержащих горизонтах, потенциальным источником радона может являться вода, используемая для хозяйственных и бытовых нужд, так как при контакте ее с атмосферой помещения (особенно при разбрызгивании воды) активно выделяется в воздух растворенный в ней радон. Выделение радона из воды происходит интенсивнее при большей площади контакта с атмосферой и температуре воды.

Местом проникновения радона могут стать практически любые неплотности в оболочке здания, расположенные ниже уровня земли: трещины в перекрытиях, открытые участки почвы в подвальном помещении или подпольном пространстве, вводы труб и коммуникаций, стыки между плитами и блоками, поры в строительных материалах и др.

Источниками радиоактивного загрязнения городской среды также могут служить материалы и сырье для промышленного производства, горючесмазочные материалы, иные материальные ресурсы, загрязненные радионуклидами.

В связи с этим проблему обеспечения радоновой безопасности селитебной территории города следует решать комплексно.

Все проявления антропогенного нарушения геологической среды городов являются одним из основных факторов техногенного воздействия на биосферу в процессе техногенеза.

Техногенез – процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека (Реймерс, 1990).

В геохимическом аспекте техногенез проявляется:

• в извлечении химических элементов из природной среды и их концентрации;

• перегруппировке химических элементов, изменении химического состава соединений, в которые эти элементы входят, а также создании новых веществ;

• рассеивании вовлеченных в техногенез химических элементов и веществ в окружающей среде.

Отрицательное действие техногенеза объединяется понятием загрязнение природной среды.

Техногенное воздействие на биосферу связано в основном с интенсивным перемещением веществ – техногенными миграционными потоками. Последствием этого являются нарушения в функционировании природно-территориальных комплексов, в том числе и урбанизированных территорий, в связи с изменением их геохимических характеристик и загрязнением продуктами техногенеза.

Интенсивность поступления того или иного химического элемента с техногенными потоками в биосферу определяется интенсивностью его использования в хозяйственной деятельности человека.

Химические элементы используются человечеством в зависимости от хозяйственной ценности по отношению к материальным потребностям; доступностью извлечения и способности элементов концентрироваться в земной коре. Например, алюминий и титан практически не использовались до начала XX в., так как технология извлечения их из минерального сырья была сложной и дорогой для того уровня развития техники. Тогда как руды других металлов образуют месторождения с большими запасами и широко использовались еще в древности.