Зачем Москве Химкинский лес и другие городские леса?
По долгу службы я хожу в МАДИ на Луканинские чтения, где одна из секций посвящена экологии автотранспортного комплекса, то есть попыткам охранить окружающую среду и здоровье людей от той радости, что выбрасывают а/т средства из выхлопной трубы, при истирании шин с дорогой и т.п. Существенно, однако, что помимо выбросов они берут кислород, и в такой степени, что в жаркие дни июля в пробках на Ленинградском шоссе, под Таганской площадью и в других таких же местах содержание O2 падает с нормальных 21% до 18-19%.
Впервые это обнаружил Ю.В.Трофименко на Ленинградском шоссе 16 июля 1998 году (рисунок 1, из Луканин, Трофименко, 2001: 250).
Такие колебания концентраций СО2 и О2 в воздухе раньше отмечались в автомобильных тоннелях и в замкнутых помещениях (теплицах), а в открытом пространстве зафиксированы впервые.
И, поскольку всякий город, а тем более мегаполис, больше потребляет кислорода, чем производит (см. суточный метаболизм города-миллионера), он решил подсчитать
а) каково соотношение продуцируемого и потребляемого кислорода в Москве при нынешнем соотношении зелёных насаждений, дорог и жилой застройки, и нынешней интенсивности движения а/т?
б) поскольку Москва неконтролируемо растёт, и без планирования этого процесса жилые кварталы вполне себе дойдут до Звенигорода и прочих населённых пунктов в радиусе ЦКАД, насколько при таком расширении упадёт содержание кислорода в воздухе, при условии сохранения нынешнего соотношения зданий и зелени?
Впрочем, я бы сказал, что это очень оптимистичное предположение, поскольку точечная застройка, которой граждане в целом не в состоянии противостоять, это соотношение всё время меняет не в нашу пользу, также как и лужковское «благоустройство» в городских / пригородных лесах и на травянистых территориях. И можно прогнозировать, что со сменой фамилии градоначальника тут мало что поменяется, поскольку эту политику диктует не фамилия, а профит.
Дальше рассказываю по своему конспекту доклада Ю.В.Трофименко и МАДИшному учебнику «Промышленно-транспортная экология», написанному им совместно с В.Н.Луканиным. Он оценивал репродуктивную способность территории по кислороду, т.е. баланс между потреблением O2 автомобильными двигателями и выделением растительностью. Техника расчётов такая:
1. Суммарная масса кислородопотребления не должна превышать массы его биологического производства растительными сообществами на рассматриваемой территории, или Tз (02) ≤ U0.
2. Природоёмкость территории по воспроизводству кислорода, в т/год, определяется выражением
,
Здесь Сi - ежегодное производство органического вещества i-м растительным сообществом, т/га (принимается равным для смешанного леса 10-15, пашни 5-6, пастбища 4-5, зеленых зон населенных мест 0,8-1) (Акимова, Хаскин, 1998); Sт - площадь территории, га; К1 - коэффициент перехода от органического вещества к кислороду. Значения прироста органического вещества (зеленой массы растений) и коэффициента перехода от органического вещества к кислороду для территории г. Москвы и Московской области приняты соответственно 1,0; 3,0 и 3,0; 5,0.
3. Репродуктивная способность урбанизированной территории по кислороду рассчитывается из условия, что 1 т биомассы дает 3 т кислорода в год. Процесс фиксации СО2 и выделения кислорода древостоями зависит от их продуктивности: чем лучше растут леса, тем больше они выделяют кислорода и тем быстрее поглощают углекислый газ.
К примеру, гектар самого лучшего древостоя поглощает ежегодно 4,6 - 6,5 т углекислого газа и выделяет при этом 3,5-5,0 т кислорода. Средневзвешенные оценки здесь будут такие: потребление углекислого газа 2,9-4,1 т, выделение кислорода 2,2-3,2 т. Есть и изменения способности усваивать углекислый газ в зависимости от возраста лесонасаждений: гектар сосняков в 20 лет поглощает 9 т/год углекислого газа, в 60 - 13 т/год, а самыми производительными будут средневозрастные леса (Новиков, 1998).
4. Теперь считаем потребление кислорода - населением + сгорание его в двигателях а/м и других объектов (раздел 4.1.1. «Промышленно-транспортной экологии»). Формула для расчётов
,
Здесь Nл - численность населения, проживающего на урбанизированной территории, чел.; Qавт - численность автомобильного парка, авт.; Qост - численность объектов промышленности, энергетики и др., потребляющих кислород воздуха в процессах горения или окисления; qл, qавт, qост - удельное потребление кислорода воздуха соответственно людьми, автомобилями и остальными объектами, т/((чел., авт., объект).год).
Оценка потребления кислорода населением производится исходя из численности населения и удельной величины потребления кислорода человеком - 25,2 г/ч (при массе тела человека 70 кг).
Масса кислорода, требуемая для полного сгорания 1 кг топлива (kO2) вычисляется по формуле (кг/кг топлива):
(А)
где mв = 28,96 и mО2 = 6,7 - относительные массы воздуха и кислорода; l0 - стехиометрический коэффициент, показывающий количество воздуха, теоретически необходимое для полного окисления 1 кг топлива. Для бензина l0 = 14,79, для дизельного топлива l0 = 14,48. Таким образом, kО2дт = 3,42 для дизтоплива и kО2б = 3,35 - бензина.
Удельная масса О2, потребляемого автомобильным транспортом на единице участка дороги, определяется по формуле (кг/ч*км):
, (Б)
где N - интенсивность транспортного потока, авт/час; qср.б qср.дт - удельный расход бензина и дизельного топлива транспортными средствами в потоке, л/100км. Может быть определен по методике изложенной в (Луканин, Трофименко, 1996); rб и rдт - плотности бензина и дизельного топлива, кг/л.
5. Далее, рисунки 2а-е показывает зависимости удельной массы кислорода, потребляемого транспортным потоком на разных магистралях Москвы и области, от категории дороги и интенсивности автомобиле-потока.
Рисунок 2. Зависимости потребления кислорода и выбросов СО2 транспортным потоком интенсивностью: а - Москва, 10000 авт/ч, б-е - область: б - 1908 авт/ч на автодорогах I категории; в - 1100 авт/ч на автодорогах II категории; г - 900 авт/ч на автодорогах III категории; д - 750 авт/ч на автодорогах IV категории; е - 550 авт/ч на автодорогах V категории.
6. Удельная масса О2, потребляемого водителями и пассажирами - участниками движения (в кг/(км*ч)), рассчитывается по формуле (В):
,
(В)
где m - потребление О2 одним человеком, г/ч; N - интенсивность транспортного потока, авт./ч; p - среднее количество пассажиров (включая водителя) в одном автомобиле, принимается р = 3; Va - средняя скорость транспортного потока, км/ч. Отсюда, рисунок 3 показывает общее потребление кислорода/выделение углекислого газа всеми участниками движения с интенсивностью 10000 автомобилей/час.
Отсюда следует, что «для «уравновешивания» потребления кислорода только пассажирами транспортного потока с интенсивностью 10000 автомобилей/ч требуются лесные полосы по обе стороны от дороги шириной около 100 м. С учетом потребления кислорода самими автотранспортными средствам ширина посадок должна достигать от 1000 до 7000 м, что в реальных условиях города невозможно обеспечить.
На рисунке 4 даны результаты оценки изменения потребления кислорода и выброса СО2 в зависимости от интенсивности транспортного потока при условии, что скорость транспортного потока линейно изменялась от 60 км/ч при интенсивности 1000 авт./ч до 20 км/ч при интенсивности 20000 авт./ч.
Рисунок 4. Зависимость потребления кислорода воздуха и выбросов СО2 транспортным потоком от интенсивности движения при составе потока: а - 95/0/5 для Москвы; б - 70/20/10 для Московской области на территориальных дорогах; в - 50/40/10 для Московской области на федеральных дорогах.
В заключение Ю.В.Трофименко даёт оценки природоёмкости и экологической техноёмкости по кислороду территорий для 10 административных округов г. Москвы, города в целом и Московской области, рассчитанные с использованием приведенных выше зависимостей. См. таблицу (в ней данные на 1999 год, сейчас ситуация только усугубилась в связи с ростом автопарка, резким учащением пробок и истреблением зелёных насаждений в связи с точечной застройкой и другими процессами).
По ним получается - доля населения в потреблении кислорода достигает 17%. Причем только население, не говоря уже об автомашинах, потребляет кислорода в 23 раза (вариации по отдельным округам 8,5-53) больше, чем его производят зеленые насаждения на территории города. Это ведет к усилению деградации экосистем, вплоть до полного их разрушения» (раздел 6.3.2 «Промышленно-транспортная экология»).
Для Москвы и области в целом баланс потребления и выделения кислорода будет таким, как показывает рис.5 с балансом кислорода по Московскому региону (автотранспорта + население), млн. т/год.
Как пишут далее Трофименко с Луканиным:
«Для поддержания баланса потребления и регенерации кислорода на территории г. Москвы необходимо многократно увеличить площадь зеленых насаждений. Однако имеется ряд проблем, прежде всего, территориальных, социально-экономических и др., решить которые в обозримой перспективе вряд ли удастся.
При рассмотрении баланса производства и потребления кислорода на территории Московского региона ситуация изменяется. Наличие "зеленого пояса" вокруг г. Москвы приводит к тому, что в пределах региона зеленые насаждения производят в 1,6 раза больше кислорода, чем его потребляет население и автомобили. Если в рассмотрение ввести потребление кислорода воздуха другими видами транспорта, жилищно-коммунальным хозяйством, энергетикой, то указанного запаса по кислороду нет фактически уже сейчас, т.е. ситуация нестабильная и находится на гране равновесия.
Учитывая тенденцию роста численности автомобильного парка в Московском регионе к 2020 году в 1,8 раза по сравнению с 2002 годом (прогнозные оценки МАДИ, 2003), "расползания" г. Москвы по сопредельной территории и неизбежное при этом уничтожение растительности следует помнить о наличии предела техногенного (прежде всего дорожно-транспортного) освоения, когда уже на территории площадью 47000 км2 будет нарушен баланс воспроизводства и потребления кислорода. Эта «дыра дисбаланса» достигнет границ Московской области по нашим оценкам уже в этом десятилетии».
И сегодня, в 2010 году, после летнего смога, справедливость этих оценок мы чувствуем на собственной шкуре. Отсюда очевидна жизненная необходимость моратория на вырубку и застройку любых городских и пригородных лесов в черте бывшего лесопаркового защитного пояса (ЛПЗП). В советское время, с 1935 г. он имел статус особо охраняемой природной территории в целях, как тогда говорили «охраны здоровья трудящихся москвичей», но с 2000 года усилиями «Единой России» соответствующий статус был отменён - вместе с прежним лесным кодексом, и другими экологическими бедствиями. Надо добиться его восстановления, если москвичи не хотят задохнуться; правда добиться этого будет трудней, чем остановить дорогу через Химкинский лес, уж больно земля под Москвой золотая…
Источники
Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. М.: Юнити. 1998. с. 377.
Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта // Итоги науки и техники. Автомобильный транспорт. Том 19. М.: ВИНИТИ, 1996. 340 с.
Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. 276 с.
Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., 1998. 242 с.