И. В. Чеснокова 
Институт водных проблем РАН
Э. А. Лихачева
Институт географии РАН
Доклад на XXII конференции «Сергеевские чтения»

Нацпроект «Экология» реализуется по пяти основным направлениям и включает в себя национальные цели и стратегические задачи экологического развития России до 2024 года. Глобальная цель, которую преследует нацпроект, это изменение к 2024 году воздействия на окружающую (в том числе и природную) среду. Известно, что антропогенное воздействие на окружающую среду — это любое воздействие человека на отдельные природные компоненты или геосистемы в целом в результате хозяйственной деятельности. Особенно антропогенное воздействие наблюдается на урбанизированных (городских) территориях, т.к. города и их пригороды постоянно растут и(или) расширяются. Это относится и к Арктической зоне.

Согласно современным данным более 2/3 площади России относится к криолитозоне, при этом к области сплошного распространения многолетнемерзлых пород около 49 %, к области прерывистой мерзлоты около 22 %, массивно-островной — 17 % и к области развития островной мерзлоты — 12 %. Развитие промышленного, горнодобывающего и транспортного природопользования связано с индустриальным периодом развития России в конце XIX века. С этого периода начинается и активное изучение особенностей формирования мерзлотных условий [1,3,5].

Изучение антропогенного воздействия в криолитозоне имеет большое практическое значение, т.к. активная инженерная деятельность человека приводит, прежде всего, к разрушению почвенного и растительного покровов, что влечет за собой увеличение глубины сезонного протаивания в несколько раз, активизацию опасных криогенных процессов и явлений — термокарста, термоэрозии, солифлюкции, образование наледей и др. [6,7].

Освоение Арктической зоны в настоящее время создает целый ряд экологических проблем, которые усугубляются спецификой природных условий этого региона. К традиционным причинам уязвимости северных геосистем относятся: дефицит тепла, слабая способность к самоочищению, низкая восстанавливаемость растительности, а также крайняя неустойчивость многолетнемерзлых пород и резкая активизация криогенных процессов при антропогенном воздействии [2]. Наиболее эффективным антропогенным фактором в криолитозоне является температурное воздействие.

Города представляют собой сложную среду обитания, где человек взаимодействует не только с природой. Степень экологичности этого урбанизированного ареала проживания зависит от того, какие субсистемы доминируют: природные или антропогенные. В городах с экстенсивной малоэтажной застройкой преобладают природные ландшафты: естественный рельеф, открытые водоемы и водотоки, парки и т.д. В результате обеспечиваются экологические потребности людей. Такие города рассматривают как экополисы — природно-антропогенные системы. Северные города в своем большинстве антропоприродные системы, где преобладают антропогенные составляющие. Экологический каркас городов криолитозоны очень незначителен — зеленые массивы представлены небольшими парками, скверами. Например, г. Воркута, где при общей площади городских земель в пределах городской черты в 98,39 км² общая площадь зеленых насаждений составляет всего лишь 0,33 км².

Современные северные города России представляют собой территории с плотной компактной застройкой небольшой этажности (в основном до 9-ти этажей) кирпичными и панельными жилыми зданиями простой конфигурации для уменьшения теплопотерь в суровых климатических условиях и комфортности проживающих в нем людей. В более ранних поселениях (г. Якутск и др.) они нередко перемежаются с одноэтажными строениями частного сектора. Для современных застроек характерна разветвленная сеть транспортных коммуникаций, улиц и дорог с твердым покрытием, централизованными канализацией и тепло-энерго-водоснабжением, ТЭЦ, ГРЭС и котельными. Обычно техногенезу подвержена верхняя часть литосферы, которая служит основанием для наземных сооружений и вместилищем подземных коммуникаций. Естественные ландшафты, как правило, полностью преобразованы. Природные геологические образования зачастую замещены техногенными насыпными грунтами, отходами строительного и бытового мусора. Почвенно-растительный покров нарушенной морфологической структуры.

Селитебные территории городов и поселков криолитозоны характеризуются своей спецификой техногенного воздействия, которое, в основном, сопровождается изменением теплового состояния и химическим загрязнением геологической среды.

Формирование температурного поля на застроенной территории зависит от интенсивности тепловой нагрузки, от геокриологических и гидрогеологических условий территории. Это, в свою очередь, определяется климатом региона, градостроительной планировкой, способом подготовки оснований, конструктивными особенностями зданий и сооружений. На застроенных территориях, особенно в крупных городах, формируется свой особенный климат [4]. Основные факторы, которые создают эти климатические особенности:

— застройка территории, приводящая к изменению шереховатости подстилающей поверхности, а, следовательно, и к изменению циркуляции атмосферы. Эти изменения зависят от размеров, плотности и формы застройки (изменение свойств деятельных поверхностей);
— тепло, выделяемое различными предприятиями и зданиями; — изменение режима снежных отложений;
— загрязнение атмосферы промышленными выбросами — главный фактор из выше перечисленных.

В результате меняется радиационный баланс, температура и влажность воздуха, ветровой режим, осадки и их распределение — создается характерный микроклимат города.

К антропогенным изменениям городской геологической среды относятся в первую очередь: нарушения земель, изменение режима поверхностных и грунтовых вод, статические и динамические нагрузки, химическое загрязнение, изменение теплового состояния грунтов, накопление культурного слоя, свалки хозяйственно-бытовых отходов.

Сохранить природные естественные геокриологические условия практически невозможно, поэтому, во всех городах криолитозоны наблюдается деградация или, значительно реже, аградация многолетнемерзлых пород (ММП) в зависимости от природных и геокриологических условий, принципов строительства, плотности и возраста застройки, благоустроенности территории и многих других.

В зоне островного распространения многолетнемерзлых пород обычно происходит их оттаивание, что не исключает образование отдельных линз ММП на затененных участках и местах, лишенных снега. Эта тенденция сохраняется в основном и для зоны прерывистого распространения ММП со среднегодовыми температурами выше −30 С. Для этих районов характерно также развитие процессов подтопления и пучения. В зоне сплошного распространения низкотемпературных ММП застройка территории, как правило, ведется по принципу I, предусматривающему сохранение многолетнемерзлых пород. В целом для городов этой зоны прогнозировалась тенденция к понижению температуры пород, не исключая формирование отдельных несквозных таликов и участков деградации ММП. В действительности спустя несколько десятков лет после застройки селитьба городов наблюдается постепенное повышение температуры многолетнемерзлых пород и их практически повсеместная деградация, тенденция которой усиливается на современном этапе, накладываясь на тренд в глобальном потеплении климата.

Преобразуются гидрологические и гидрогеологические условия: изменяется качество подземных вод, условия их формирования, температурный режим, запасы и др. Кроме изменений присущих для всех городских территорий, связанных с регулированием направлений стока поверхностных вод, в области криолитозоны это усугубляется наличием ММП и, соответственно, формированием не всегда прогнозируемых локальных водоносных горизонтов, вследствие большой динамики многолетнемерзлых пород и слоя сезонного промерзания-оттаивания. На территориях, где застройка ведется с сохранением грунтов в мерзлом состоянии и на территориях старого города происходит перемерзание природных путей движения грунтовых вод. При этом выше промерзшей зоны возникают наледи, бугры пучения и заболачивание территорий, наблюдаются процессы водной эрозии, ниже формируются термокарстовые полости, провальные деформации поверхности, овраги. Это приводит не только к нарушению устойчивости застройки, но и к нарушению экологической безопасности территории в целом.

Значительную роль в изменении водного баланса застроенной территории играют разного рода утечки из канализационных систем, что ведет еще и к загрязнению вод. Загрязнение поверхностных вод определяется, в основном, коммунально-бытовыми и производственными стоками, которые поступают непосредственно или после очистных сооружений. Сточные воды селитебных территорий имеют более или менее сходный состав, в отличие от сточных вод производственно-техногенных комплексов, определяющих их химический состав.

В районах распространения многолетнемерзлых пород мощность зоны аэрации очень незначительна, поэтому возможность естественной очистки вод от загрязняющих веществ весьма ограничена. Особенно это относится для районов сплошного распространения ММП, характеризующихся наиболее суровыми геокриологическими условиями: большой мощностью многолетнемерзлых пород, близким залеганием их от поверхности, низкой температурой, где проблема обеспечения пресной чистой питьевой водой стоит наиболее остро.

В районах островного распространения ММП, где их мощность не превышает 25–50 м, а температура пород близка к 0^о С, роль криогенного концентрирования растворенных веществ в подземных водах ничтожна и загрязнение происходит, в общем также, как в районах вне криолитозоны. В зоне прерывистого распространения многолетнемерзлых пород мощностью до 100-150 м и температурой −1; −3^о С по многочисленным таликам происходит взаимосвязь поверхностных вод с подземными. Опасность загрязнения подземных пресных питьевых вод при хозяйственном освоении очень велика. В районах сплошного распространения ММП криогенное концентрирование растворенных в воде веществ весьма усложняет задачу охраны чистоты подземных вод. Засоление грунтов приводит здесь к существенным изменениям геологической среды селитебных территорий.

Наиболее распространенными элементами-загрязнителями почв жилых массивов являются: хром, марганец, цинк, свинец, никель. Загрязнение естественными радионуклидами в основном вызвано сжиганием топлива в ТЭЦ, без которых невозможно существование каких-либо городских поселений в области криолитозоны, где отопительный период составляет большую часть года. Копоть, пыль от небольших котельных по данным аэро- и космоснимков, образуют ареалы загрязнения площадью 20-40 и более км² . Тепловые электростанции являются и основными из стационарных источников загрязнения атмосферы.

Практически все города области криолитозоны создавались, как промышленные центры. Поэтому, кроме общих экологических проблем северных городов у каждого из них есть своя специфика, которая определяется градообразующей базой и историей их развития. Например, техногенные грунты городов разного промышленного профиля, расположенные в однотипных ландшафтах, отличаются по своим геохимическим характеристикам.

Степень изменения разных природных компонентов в разных геокриологических зонах неодинакова и зависит от исходных природных условий, в которых ведется хозяйственная деятельность, от ее вида и продолжительности. При этом создаются разные экологические ситуации: от нормы до кризиса и бедствия.

Евсеевым А.В. (Евсеев, 2003, 2005) было проведено ранжирование городов Севера по степени их приоритетности для вмешательства с целью уменьшения угрозы деградации природной среды, ущерба здоровью населения и экономике региона. По совокупности параметров в первые десять «горячих точек» вошли: Норильск, Никель, Заполярный, Мончегорск, Архангельск, Мурманск, Воркута, Северодвинск, Инта, Оленегорск. Экологическая ситуация в Норильске признана бедственной. Под «горячими точками» понимались города, где суммарное воздействие загрязнения неблагоприятно отражается на здоровье человека, состоянии экосистем, их биологическом разнообразии, устойчивости и влечет за собой негативные экономические последствия. В настоящее время стоимость территориальных биосферных ресурсов предварительно оценивается равной стоимости минеральносырьевых ресурсов и превышает 10 трлн. долл. США. Угрозу для экосистем Севера России представляет освоение по старым технологиям новых районов добычи и переработки сырья, прежде всего углеводородного. Это обстоятельство крайне важно учитывать при разработке планов рационального природопользования и выработке стратегии устойчивого развития в регионе [8].

В заключении следует отметить, что в условиях современного интенсивного антропогенного воздействия на природную среду при составлении проектов планировки и застройки городов и населенных пунктов возникает острая необходимость их геоэкологического обоснования. Это обоснование включает учет всех природных и антропогенных факторов, определяющих условия проживания населения на урбанизированных территориях, а также возведения и эксплуатации всех сопутствующих инженерных объектов. При этом рассматриваются состояние растительного покрова, почв, грунтов, поверхностных и подземных вод, развитие опасных инженерно-геологических и геокриологических процессов, характеризуемых системой геоэкологических показателей. Такое геоэкологическое обоснование проектов осуществляется на основе типизации геологической среды и предусматривает разработку рекомендаций по приоритету и ограничениям развития функциональных градостроительных зон.

Литература:

1. Город — экосистема / Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев, М.П. Жидков и др. М.: ИГРАН, 1996. 336 с.

2. Лихачева Э.А., Некрасова Л.А., Чеснокова И.В. Ресурсные города в зоне многолетнемерзлых пород (Эколого-геоморфологические проблемы и пути решения) // Научные ведомости Белгородского гос. Ун-та. Естественные науки. 2018, декабрь. Т. 42. № 4. 497 с.

3. Лихачева Э.А., Чеснокова И.В., Черногаева Г.М. Эколого-географический анализ и оценка природно-антропогенных рисков на урбанизированных территориях // Инновационные и интегральные процессы в регионах и странах СНГ / отв. ред. В.М. Котляков. М.: МедиаПресс, 2011. С. 38-48.

4. Лихачева Э.А., Чеснокова И.В., Черногаева Г.М., Кошкарев А.В. Возможные изменения эколого-геоморфологических ситуаций в регионах Арктической зоны при изменении климата // Охрана природы и региональное развитие: сб. науч. трудов. Т. II. Оренбург: Институт степи УРО РАН, 2017. С. 42-46.

5. Рельеф среды жизни человека / Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев. М.: Медиа-Пресс, 2002. 640 с.

6. Хилимонюк В.З., Чеснокова И.В. Методические аспекты оценки эколого-геологических рисков городских территорий: тез. доклада III Международного симпозиума «Экология, вода, человек». Хургада, 2007. С. 107-111.

7. Чеснокова И.В. Подходы к оценке антропогенного морфогенеза в криолитозоне. Антропогенная геоморфология: наука и практика: мат. XXXII Пленума. М.-Белгород: ИД «Белгород», 2012. С. 124-128.

8. Чеснокова И.В., Сергеев Д.О., Борсукова О.В. Экологические и экономические последствия изменения геокриологической среды при хозяйственном освоении территорий. Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: мат.4 науч.-практ. конференции. г. Петрозаводск. Воронеж: изд-во «Научная книга», 2015. С. 135-138.