Среда. Окружающая среда. Среда обитания. Литосфера города (поверхность, почва, геология). Гидрология города (поверхностные воды, грунтовые, подземные).  Атмосфера (состав, вертикальная структура). Особенности атмосферы города.  Живая природа города.

Под средой обычно понимают все, что находится внутри и за пределами организма – пространство, вещество и энергия, то есть основные субстанции, из которых состоит наш мир. В некоторых современных теориях в перечень субстанций, определяющих среду, включают так же время и информацию. В отличие от природы, под которой понимают все многообразие естественного мира, понятие среды в экологии связано с наличием организма.

Среда, в первом приближении, подразделяется на внешнюю и внутреннюю, а так же на абиотическую, биотическую и антропогенную.

Внешней средой организма является  совокупность элементов окружающего  мира, с которыми он в данное время контактирует и прямо или косвенно взаимодействует.

Внутри организма тоже есть соответствующая среда, которую принято называть внутренней или физиологической средой

Среда обитания – это совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция или вид в целом. Под средой обитания обычно понимают только естественную, природную среду, свойственную, для данного вида. Тогда понятие среды обитания совпадает с понятием экологической нишей для данного вида. В городе практически для всех видов живых организмов (включая человека) эти понятия не совпадают. В связи с этим одной из задач урбоэкологии является поиск путей максимального сохранения или восстановления естественной среды обитания для растений, животных и человека.

Абиотическая среда города представлена, как и во всей биосфере, тремя основными сферами, имеющими в городах качественные отличия. Это литосфера, гидросфера и атмосфера.

Литосфера включает саму поверхность земли (территорию), почвы и геологическую среду.

Территория – ключевой градостроительный фактор, определяющий характер застройки города, его архитектуру, плотность населения. На городской территории размещается вся застройка.

Земель, пригодных для градостроения, не очень много. Если исключить из состава суши горы, ледники и пустыни, то доступными для человека остается менее половины земной суши. Это леса, естественные пастбища, пашни и земли, деградированные из-за нерационального использования (карьеры, отвалы, свалки и т.д.). Для того, чтобы сохранить устойчивость биосферы и прокормить население Земли, мы не можем дальше сокращать площади лесов, пашен и пастбищ. Так как, не смотря на то, что непосредственно города занимают  2,8 % суши, территория, радикально измененная человеком для обеспечения городов (дороги, трубопроводы, линии электропередач и т.д.) составляет уже порядка 15%. И этот процесс разрастания непосредственно городов и обеспечивающих их инфраструктур не только не прекращается, но имеет тенденцию к ускорению. Причем темпы роста площади городов в 2,5 раза быстрее темпов роста городского населения. В результате этого городами ежегодно поглощается более 2 млн. га лесных земель и сельскохозяйственных угодий. Альтернативой этому самоубийственному процессу расползания городов является освоение для градостроения непригодной для производства пищи и добычи полезных ископаемых территорий, а так же уплотнение городов за счет увеличения их многоэтажности и подземного строительства.

Самым верхним горизонтом литосферы является почвенный покров. Он жизненно необходим для существования биосферы и имеет огромную потребительскую стоимость. Как известно, почвы характеризуются высокой концентрацией в них живого вещества, продуктов его жизнедеятельности и отмирания. При градостроительном освоении территории сохранение почвенного покрова является одной из важнейших экологических задач, так как процесс почвообразования очень длительный (не более 1 см за 100 лет), а в городе он не происходит, а, наоборот, идет ускоренная деградация почвенного покрова.

Геологическая среда города характеризуется теми подстилающими породами, которые сформировались в данном районе за всю его геологическую историю. Для градостроения крайне важно иметь устойчивые в геологическом плане залегающие под ним породы. Геология города определяет не только сложность строительства подземных коммуникаций и надежность наземных зданий и сооружений, но и, через влияние на почвы, успешность его озеленения.

Гидросфера города состоит из поверхностных, грунтовых и подземных вод. Все эти источники испытывают в городах постоянное и большое антропогенное воздействие, что приводит к их загрязнению и изменению химического состава.

Не смотря на то, что большая часть поверхности нашей планеты (78%) покрыто водой, 98 % - это соленые воды океанов, морей многих континентальных озер и значительной части подземных источников. Из тех 2% пресных вод, которые имеются на планете, 97% сосредоточено в снегах и льдах полярных шапок, в горных ледниках. Доступная для человечества пресная вода (соленость которой не превышает 0,1%) составляет порядка 1% от имеющихся запасов пресной воды на Земле и 0,02% от  всех вод гидросферы.

Во многих странах мира уже ощущается острый дефицит пресной воды и он, скорее всего, будет только усиливаться. Особенно остро этот дефицит проявляется в городах. Если в древних городах для водообеспечения населения и ремесел использовали в основном поверхностные воды рек и озер, то средневековые города преимущественно пользовались уже грунтовыми водами, поскольку поверхностные воды из-за загрязнений стали непригодны для использования. Но к концу средневековья и грунтовые воды во многих крупных городах стали сильно загрязненными из-за традиции утилизировать городские отходы в черте города. Уже в XVI веке многие Европейские столицы (Париж, Мадрид, Рим, Берлин, Варшава и др.), после ряда массовых эпидемий, спровоцированных употреблением загрязненных вод, вынуждены были перейти на снабжение подземными (артезианскими) водами. В Москве в середине XVIII века по распоряжению Екатерины II по этой же причине было засыпано 4,5 тыс. колодцев.

Основой водообеспечения большинства современных городов являются подземные воды, которые залегают на глубине от 100 до 1000 метров. Будучи изолированными от загрязнения с поверхности водонепроницаемыми слоями, подземные воды обычно отличаются высокими санитарными показателями. Однако, и они часто подвергаются массированному загрязнению в результате сброса в отработанные артезианские скважины жидких отходов. Все это приводит к тому, что не только для бытовых нужд, но и для технологических процессов приходится добываемую воду очищать и обеззараживать. Учитывая объемы воды, которые город потребляет ежедневно (Воронеж - 450 литров на человека в день, Москва - 650 литров на человека в день), водоснабжение городов является дорогостоящим, энергозотратным, но жизнеопределяющим  элементом функциональной инфраструктуры города.

Атмосфера города существенно отличается по своим характеристикам и состоянию от атмосферы не городских территорий, находящихся в тех же природно-климатических условиях.

Атмосферой называют воздушную оболочку Земли, состоящую из механической смеси газов, основными из которых являются азот (78%), кислород (21%) , водород (менее 1%), углекислый газ (0,03%) . Кроме того, в воздухе, особенно в нижних слоях атмосферы, всегда присутствует водяной пар и твердые частицы (пыль, споры, микроорганизмы) находящиеся во взвешенном состоянии. По строению атмосфера напоминает слоеный пирог, поднимающийся над Землей на высоту более 2 тыс. километров и состоящий из слоев, значительно различающихся между собой по температуре, давлению и высоте. Самый нижний слой атмосферы – тропосфера имеет среднюю толщину 10-12 км, содержит 95% вещества атмосферы, непосредственно контактирует с земной поверхностью и испытывает наибольшее антропогенное воздействие. Наиболее сильно изменены физико-динамические и химические параметры тропосферы над территорией городов.

Необходимо отметить, что загрязнение атмосферы токсичными газами и твердыми частицами периодически происходило и до появления человеческой цивилизации в результате естественных природных процессов. С увеличением человеческой популяции, ростом городского населения, развитием промышленности и транспорта на естественные загрязнения наложились (наслоились) антропогенные выбросы, что часто стало приводить к суммарному загрязнению, превышающему уровни терпимости (выносливости, устойчивости) организмов и биоценозов.

Ярким примером этого может служить такой естественный компонент атмосферы как диоксид углерода (углекислый газ). Ежегодно в атмосферу попадает более 20 млрд. т. этого газа техногенного происхождения. Имеющиеся на Земле растения неспособны полностью переработать это количества дополнительного газа, что способствует увеличению его концентрации. Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, в свою очередь, приводит к разогреву земной поверхности, что влечет за собой возникновение засух, повышение уровня Мирового океана и сокращение жизненного пространства многих видов, включая человека.

В городских поселениях имеет место добавочный нагрев атмосферы. Причем, чем больше плотность населения города и насыщенность его транспортом и промышленными предприятиями, тем выше в нем температура. Известно, что в центре крупного города, независимо от времени года, температура воздуха на 0,5-2,0⁰С выше, чем на периферии.

    Живая природа города в значительной мере отличается от естественных экосистем, но может быть богатой и разнообразной. Она формируется в городе под активным влиянием человека. Это влияние может быть как прямым, когда человек целенаправленно создает урбоэкосистемы, так и опосредственно, когда он создает определенные условия для привлечения определенных видов животных и растений.

  Животный мир города насчитывает тысячи видов от крупных млекопитающих до беспозвоночных, обитающих в почве и водоемах. Животные обитают во всех городских экосистемах. Они населяют квартиры, чердаки, подвалы, свалки, все открытые водоемы и даже сточные воды. Так, в Москве только птиц насчитывается более 120 видов, некоторые из которых (серая ворона, грач, сорока, домовой воробей, большая синица и др.) превышают по численности и плотности популяций своих собратьев за пределами города.

В зависимости от уровня взаимоотношений животных и человека в городе их разделяют на три большие группы: домашние, селитебные и дикие. Под домашними понимают всех животных одомашненных человеком, живущих в ус ловиях ограниченной свободы и полностью зависящих от человека (Рис.10). Это все многообразие домашних животных от аквариумных рыбок, попугайчиков, кошек и собак до лошадей и коров.

Селитебными животными (то есть живущими на застроенной территории) считаются виды, которые постоянно живут в городе, полностью адаптировались к городской среде, как правило, трофически зависят от человека, но избегают с ним контакта и имеют полную свободу передвижения. К этой группе относятся как одичавшие (бродячие) кошки и собаки, так и многочисленные  грызуны (мыши, крысы), насекомоядные (ежи, летучие мыши) и мелкие хищники (горностаи, ласки), и многие виды, постоянно живущие в городе (воробьи, вороны, сойки) (Рис. 11).

Дикими животными называют неприрученных, неодомашненных животных, живущих на воле. В условиях города дикими считают животных, заходящих случайно или периодически в город, но постоянно живущих за его пределами (Рис.12). В первую очередь, это крупные представители орнитофауны (дневные и ночные хищники), лисы, куницы, бобры, выдры. Не редки случаи, когда на окраины отечественных городов заходят дикие кабаны, косули, олени, лоси и даже медведи.

Город насыщен многочисленными микроорганизмами (бактерии, простейшие, водоросли, грибы), которые помогают человеку утилизировать и минерализировать значительную часть отходов человеческой жизнедеятельности.

Неотъемлемой частью городской экосистемы являются зеленые насаждения. Они соседствуют с человеком повсюду: в жилых и производственных помещениях, на улицах и площадях, в многочисленных парках и скверах. Большинство городов окружают «зеленые пояса» пригородных лесов.

Видовой состав городских растений весьма разнообразен. Обычно в городах происходит смешение  аборигенной и интродуцированной флоры. Так, в Воронеже насчитывается 780 аборигенных и 450 интродуцированных видов деревьев и кустарников. 

Контрольные вопросы:

1.Что мы понимаем под средой, окружающей средой и средой обитания?

2. Из чего состоит литосфера города?

3. Особенности городских почв.

4. Чем представлена гидросфера города?

5. Особенности поверхностных и грунтовых вод в городе.

6. Объемы потребления воды в городах. 

7. Состав и структура атмосферы.

8. Особенности атмосферы города. 

9. Назовите основных представителей живой природы города.

Темы для самостоятельной работы

1. Направления и закономерности трансформации природной среды в городе.

2. Поверхность земли в городе как ресурс и оптимизация её использования.

3. Необходимость и возможности рекультивации городских почв.

4. Проблемы снабжения крупных городов чистой, пресной водой.

5. Условия формирования в городе различных видов смога.

6. Дикие животные в городе.

7. Формы взаимоотношения селитебных видов животных и растений с человеком.

                         Тест для самоконтроля № 2                                                                          

              (выберите один правильный вариант ответа)

1. Природа: А) Все многообразие окружающего нас естественного

мира; Б) Совокупность всего живого на Земле; В) Все органическое вещество на планете; Г) Растения, животные и микроорганизмы.

2. Среда: А) Воздух, вода и почва; Б) Все абиотические и биотические факторы, действующие на человека; В) Вещество, энергия и пространство, окружающее рассматриваемый объект; Г) Элементы живой природы, окружающие нас.

3. Окружающая среда: А) Абиотическая среда организма; Б) Условия обитания организма; В) Пространство, в котором обитает организм; Г) Элементы среды, которые на прямую, или  косвенно влияют на организм.

4. Среда обитания: А) Синоним ареала; Б) Совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция или вид в целом; В) Часть экологической ниши, в которой обитает конкретная особь; Г) Окружающая особь живая природа.

5. Чем представлена в городе литосфера: А) Ландшафт, строения, субстрат; Б) Подстилающие породы, почвенный и напочвенный покров; В) Территория, почвы, геология; Г) Подземные и наземные структуры города.

6. Процент суши уже занятый городами с обеспечивающими коммуникациями: А) 1%; Б) 15%; В) 30%; Г) 50%.

7. Пресная вода на Земле сосредоточена: А) В подземных водах; Б) В реках и озерах; В) В грунтовых водах; Г) В ледниках 

8. Процент доступной для человека пресной воды: А) Порядка 1%:

     Б) 5-7%; В) Уже 25%; Г) Около 50%.

9. Основной источник воды в крупных городах: А) Поверхностные воды;

Б) Реки, озера и водохранилища; В) Подземные воды; Г) Грунтовые воды.

10. Среднесуточный расход воды на городского жителя в РФ:

  А) 10 литров; Б) 100 литров; В) 500 литров; Г) 1000 литров.

                     Тест для самоконтроля № 3                                                                            

         (выберите один правильный вариант ответа)

1. Атмосфера - это: А) Часть биосферы выше литосферы; Б) Газы, аэрозоли и твердые частицы, находящиеся во взвешенном состоянии; В) Воздушная оболочка Земли, представляющая собой механическую смесь газов; Г) Смесь газов естественного и искусственного происхождения.

2. Состав атмосферы: А) О₂ (78%), N₂ (20%), Н₂(2%); Б) О₂ (21%), N₂ (78%), Н₂(1%); В) Смог, оксиды, водяной пар, пыль; Г) Канцерогенные, мутагенные и инертные газы.

3. Где сосредоточено порядка 95% биомассы нашей планеты? А) В морях и океанах;  Б) В сельскохозяйственных угодьях (агроценозах); В) В лесах;

Г) В саванах и прериях.

4. Соотношение по биомассе животных и растений в биосфере? А) 1/1; Б) 1/5; В) 1/10; Г) 1/100.

5. Скорость сокращения площади лесов на планете Земля в минуту (!)?

А) 10 соток; Б) 1 гектар; В) 1 квадратный километр; Г) от 20 до 40 га.

6. Во сколько раз (в среднем) липа живет меньше на городской улице, чем в лесу? А) в 8 раз; Б) в 2 раза; В) живет столько же; Г) живет дольше.