Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Почвы городских территорий

Разнообразие природных условий на Земле привело к формированию не­однородного почвенного покрова с определенной закономерностью смены типа почв по природным зонам и в связи с высотной зональностью. В любой точке местности почва также неоднородна и характеризуется дифференциацией профиля на более или менее четко выраженные генетические горизонты. Пример дифференцированного почвенного профиля представлен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема строения почвенного профиля:

А₁ — гумусово-аккумулятивный горизонт; А₂ — элювиальный горизонт;

А₂В — элювиально-иллювиальный горизонт; В — иллювиальный горизонт;

С — материнская порода

На формирование определенного типа почвы и почвенного профиля вли­яют климат, материнские горные породы, которые ее подстилают, рельеф, характер водообменных процессов, тип природной растительности, харак­терной для данной климатической зоны, животные и микроорганизмы, оби­тающие в почве. Типичными для Украины являются черноземы, серые и бу­рые лесные, каштановые и дерново-подзолистые почвы.

В последние столетия важным фактором почвообразования стала дея­тельность человека. На урбанизированных территориях, по сравнению с при­родными, антропогенный фактор в почвообразовании можно считать веду­щим. Для городов характерны так называемые техноземы — почвы, создава­емые человеком в процессе рекультивации тех или иных объектов или хозяйственного освоения участков земли. Техноземы частично наследуют свойства зональных нарушенных почв и горных пород, частично формиру­ются под влиянием мощной техники, используемой при укладке почвенного слоя. Для них характерно отсутствие четко выраженных горизонтов, зачас­тую мозаичный характер окраски, повышенная плотность и, соответственно, меньшая пористость.

Полнопрофильные почвы, близкие к естественным, могут сохраняться в городе в зоне лесопарков и старых парковых насаждений.

Вне зависимости от типа почв основным свойством, по которому прово­дится их оценка, является плодородие. Плодородие почв обусловлено наличи­ем в их составе органических и минеральных питательных веществ, определен­ными параметрами структуры, поддерживающими нормальный газообмен и водообмен, физико-химическими характеристиками, поддерживающими нормальное протекание физиологических процессов в растениях. Плодородие почвы обеспечивает оп­ределенную биологическую продуктивность природной растительности и уро­жай сельскохозяйственных культур. Являясь важнейшим звеном биологичес­кого круговорота веществ, почва продуцирует основной пищевой и энергети­ческий материал для остальных обитателей планеты. При этом она выполняет функции регулятора, поддерживающего естественный состав атмосферы за счет преобразования отмирающей биоты и продуктов производственной деятель­ности человека. Именно эта сторона участия почвы в биологическом кругово­роте веществ делает ее важнейшей составляющей экосистем городов. Исполь­зование почв в городах, как правило, имеет несельскохозяйственный характер. Важнейшее направление их использования — создание парков, скверов, газо­нов, покрытий для спортивных сооружений. Дерновый слой почвенного про­филя используют для крепления откосов при строительстве транспортных вы­емок, насыпей и т.п. Неплодородные почвы наряду с суглинками и другими грунтовыми материалами применяют для оснований при строительстве зда­ний. Благодаря высокой поглотительной способности почва выполняет роль фильтра для очистки поверхностного стока. Глины и суглинки используют для противофильтрационных экранов полигонов захоронения бытовых и произ­водственных отходов.

Тема 3.2 Техногенные нагрузки урбанизованных территорий

Современные техногенные отложения являются характерным и требую­щим внимания элементом геологической среды города. Источниками этих отложений могут быть хозяйственная и строительная деятельность, твердые отходы промышленности и горнодобывающих производств. Общим для них является широкое площадное распространение, рыхлое сложение и неодно­родный качественный и зерновой состав. Наибольший объем и площадь рас­пространения имеют отходы горнодобывающей промышленности. Например, в Донецке площадь под терриконами занимает 15 км², не считая других видов отложений. Кроме насыпных техногенных отложений, выделяют намывные, представленные перемещенными с помощью гидротранспорта материалами. В таких городах Украины, как Киев и Харьков, есть жилые районы, постро­енные на намывных песках. Для районов добычи полезных ископаемых ха­рактерны намывные отложения отходов обогащения руд.

Недооценка свойств современных техногенных отложений может привести к развитию опасных геологических процессов, деформации и разрушению зданий и сооружений, человеческим жертвам.

Антропогенное воздействие на компоненты геологической среды городов проявляется в:

· возрастании интенсивности выветривания за счет изменения состава атмосферного воздуха (выпадение кислотных дождей и кислотных рос);

· изменении уровня грунтовых вод и их состава, что приводит к измене­нию свойств пород несущего основания;

· изменении состава литогенной основы городских территорий за счет отсыпки и намыва техногенных отложений и аэрозольных выпадений из атмосферы;

· изменении характеристик физических полей в пределах городских аг­ломераций.

Кислотные осадки воздействуют не только на растительность и водо­емы, они повреждают здания и конструкции из различных материалов, в том числе из известняка, мрамора, песчаника и стали. От разрушительного воз­действия загрязненной атмосферы страдают памятники античности в Афи­нах и Риме, мраморные скульптуры и здания в Англии, Италии, Канаде и других странах. Изучение геологического спектра воздействия кислотных дож­дей помогло бы предсказать интенсивность их воздействий в будущем. Дина­мику скорости растворения горных пород под воздействием кислотных дож­дей предполагают изучить ученые из США на материале более чем 2,5 млн памятников погибшим военнослужащим. С 1875 г. эти памятники изготовля­ют единой формы и размеров, используя камень всего лишь из трех карьеров на территории страны.

Под влиянием преобразования рельефа, регулирования поверхностного стока, утечек из водонесущих коммуникаций происходит изменение гидрогео­логического режима городской территории. Следствием является повышение уровня грунтовых вод, а нередко и подтопление определенных участков горо­да. Связанное с этим водонасыщение пород снижает их прочность и приво­дит к деформации и разрушению зданий и сооружений.

Физическое воздействие крупного города с развитой транспортной сетью, большим промышленным и энергетическим потенциалом проявляется в ме- стном изменении температурного, электрического и магнитного полей. Возникают вибрационные поля. Создается так называемое физическое за­грязнение геологической среды города.

Проявляясь на локальной территории, эти техногенные физические поля по интенсивности значительно превосходят естественные аналоги, создавая на территории города высокие градиенты характеристик.

Как видно из представленных данных, техногенное воздействие сообща­ет геологической среде дополнительное количество энергии через статичес­кие (вес сооружений), динамические (вибрация), температурные и электри­ческие поля. Накопление избыточной энергии в среде, которая служит осно­ванием фундаментов или вмещает инженерные сооружения и коммуникации, несет в себе опасность ухудшения качества этой среды.

Воздействие вибрационного поля на литогенную основу городской сре­ды различно в зависимости от типа пород, на которые воздействует вибра­ция. Скальные и полускальные грунты, обладающие упругими свойства­ми, передают вибрацию от источника к объекту воздействия без значи­тельного поглощения энергии колебаний. При вибрационном воздействии на дисперсные породы зачастую происходят необратимые изменения их структуры, следствием чего является уменьшение прочности, неравномер­ное уплотнение и т.п. При предрасположении массива пород к проявле­нию таких геологических процессов, как оползни, обвалы, карст, плывун­ные явления, воздействие вибрации может вызвать подвижки пород и тем самым значительно усилить интенсивность и отрицательные последствия этих явлений.

Основным источником вибрациипо отношению к литогенной основе территории и инженерным объектам, находящимся в ней, являются транс­портные магистрали. В качестве верхнего предела допустимого вибрацион­ного воздействия на геологическую среду принимается 73 дБ, что соответ­ствует скорости перемещения частиц породы примерно 225 • 10~⁶ м/с. Эти условия создаются, когда наряду с автомобильным транспортом или незави­симо от него функционирует рельсовый транспорт с регулярным движением.

Стимулирует проявление обвально-оползневых процессов в сочетании с вибрацией подрезка склонов при прокладке транспортных магистралей, вы­емка большого количества породы при строительстве и другие изменения равновесия в пределах массивов пород и грунтов.

Тепловое загрязнение геологической среды в городах представляет собой повышение ее температуры относительно естественных значений. На тер­ритории большого города нарушение температурного режима может наблю­даться до глубины 100—150 м и более. При этом на горизонтах 10—30 м наблюдается тенденция к расширению по площади геотермических анома­лий с повышением на 2—6° С фоновых значений температуры горных пород и подземных вод.

Под влиянием избыточного тепла может происходить локальное просу-шивание пород с изменением их прочности. С повышением температуры грунтовых вод возрастает скорость химических реакций в зоне их контакта с материалами подземных сооружений. Установлено, что скорость коррозии строительных марок стали линейно возрастает при изменении температуры от 0 до 80° С. Увеличение температуры пород и подземных вод активизирует деятельность микроорганизмов, являющихся агентами биокоррозии. Наибо­лее распространенными источниками теплового загрязнения геологической среды городских территорий являются магистральные теплопроводы и сети горячего водоснабжения.

На участках промораживания грунтов при строительстве котлованов в обводненных условиях и прокладке трасс метрополитена в сложных инже­нерно-геологических условиях под воздействием хладоносителя с температу­рой от —10 до —26° С существенно меняются свойства водонасыщенных по­род, нарушаются сложившиеся режимы водо-, массо- и теплообмена, микро-биоценозов.

Электрическое поле блуждающих токов в земле связано с рельсовым элек­тротранспортом. Воздействие его выражается в повышении коррозионной активности среды. Опасность коррозии возникает при плотности блуждаю­щих токов 5—10¹² А/м², тогда как реально наблюдаемая их плотность в горо­дах в 200 раз выше. При высоком уровне электрического воздействия ско­рость коррозии стали составляет до 2 мм в год, а сроки безаварийной службы трубопроводов сокращаются вдвое. Утечки из трубопроводов в свою очередь служат новыми источниками загрязнения геологической среды городов.

Для избежания критических ситуаций, представляющих угрозу для жиз­ни людей и приводящих к деформации и разрушению зданий и сооружений, важна достоверная оценка современного состояния геологических объектов и процессов, прогноз их изменения во времени при взаимодействии с объек­тами техносферы.

Горные породы являются одним из естественных источников облучения жителей городов. От содержания в породах радионуклидов радия, тория и калия зависит как внешнее, так и внутреннее облучение людей. Внутреннее облучение в наибольшей степени связано с поступлением через органы дыха­ния газа радона, который является продуктом радиоактивного превращения элементов урановой цепи. Этот газ обладает способностью эманировать из пород, проникать через отверстия в полу и стенах, через стыки элементов конструкций в помещения и накапливаться на первых этажах зданий.

Непосредственным источником выделения радона является радий-226. По содержанию этого изотопа горные породы сильно различаются. Особен­но высокие содержания радия могут быть в некоторых разновидностях гра­нитов, а из осадочных пород — в глинистых сланцах, обогащенных органи­ческим веществом. Уровень радоновыделения зависит не только от концент­рации в них радиоизотопов, но и от структурно-тектонических особенностей территории. В зонах тектонических разломов и повышенной трещиноватости пород выделение радона происходит более интенсивно.

В Украине районы с повышенным радоновыделением приурочены в основ­ном к территории Украинского кристаллического щита и северо-западной части Донецкого бассейна.