11.4. Міські біогеоценози

Життя та діяльність людини пов’язані з конкретним, досить тонким шаром біосфери — «плівкою життя» (Аболін, 1925), біогеоценотичним покривом (Сукачёв, 1964). В. І. Вернадський (1967) називав цей шар «живою речовиною». Подібно до В. І. Вернадського, В. М. Сукачов розглядає біокосне тіло як безперервне, яке не марковане фітоценозами, що характерно для міста.

Такий підхід має принципове значення для вивчення біогеоценотичного покриву міських екосистем, оскільки окремі автори ставлять під сумнів наявність у містах, крім паркових, будь-яких інших біогеоценозів. Дослідження міських екосистем, здійснене вітчизняними та закордонними авторами (Голубець, 1989; Яницький, 1984; Одум, 1986; Ellenberg, 1973; Zimny, 1976), засвідчує протилежне. Це дало змогу зробити висновок, що урбанізовані екосистеми (безперечно, покриті тією самою планетною плівкою життя) і є компонентами біогеоценотичного покриву. Такий підхід дав змогу німецьким вченим (Білвітц, 1980; Зукопп та ін., 1987) вирізнити на урбанізованих територіях «метагемеробні» екосистеми (мертві підстилкові поверхні).

У міських екосистемах, які являють собою комбінацію екологічних факторів неживої природи (головним чином ґрунту та клімату), у межах певного однорідного місцеположення важливу роль відіграє едафічний (ґрунтовий) фактор (едафотоп).

Міські ґрунти представлені двома основними групами: природні та штучні (насипні); виходячи з аналізу ґрунтів різного рівня змінюваності, їх розділяють на: 1) лісові природні; 2) паркові природні; 3) природно-штучні сквери і бульвари, внутріквартальні посадки; 4) штучні вуличні посадки і площі. Ґрунти різняться між собою фізико-механічним і хімічним складом.

Одна із рис найпоширеніших антропогенних змін міських ґрунтів — утворення так званого культурного шару. Під «культурним шаром» звичайно розуміють верхні шари ґрунту великих населених пунктів, які несуть на собі відбиток діяльності людини. У «культурному шарі» як рештки трапляються найрізноманітніші матеріали: будівельне сміття, бита цегла та камінь, предмети домашнього вжитку — скло, глиняні черепки, а останнім часом — пластмасові вироби. Культурний шар — настільки специфічне утворення, що його вивчення має відбуватися в поєднанні геологічних та історико-археологічних методів досліджень. Культурні шари поділяють за часом утворення на стародавні та сучасні, а за утворенням — на насипні та штучно змінені.

Нагромадження культурного шару відбувається за рахунок відвалів у процесі виконання земляних робіт, при підсипанні ґрунту для підвищення позначки будівельного майданчика, благоустрої населеного пункту та за рахунок накопичення різного сміття. За даними Ф. В. Котлова, у 1960-ті роки обсяг перемішаних у Москві порід становив 211 млн м³. Товщина антропогенних відкладів збільшується від периферії Москви до її старовинного центру. У місцях старої забудови стародавніх міст антропогенні накопичення значної потужності лежать суцільним покривом — у Лондоні на глибині 25 м, у Москві — 22 м, у Парижі — 20 м.

Найпотужніший культурний шар (36 м) знайдено у Києві, якому виповнилося 1500 років. Стратиграфія Подолу, проведена останніми роками, дала змогу виявити своєрідне чергування темних (культурних) і світлих (піщаних) пластів, що свідчить не тільки про періодичні наступи Дніпра на Подол, а і про потужні виноси з Київських гір. Культурних пластів налічується тринадцять, причому вісім нижніх належать до періоду Київської Русі.

Місцями нагромадження культурного шару найчастіше стають річки, потоки, болота, яри, куди часто скидається сміття, як правило, заради планування території. На території Львова із його розгалуженою в минулому гідрографічною мережею засипано або перетворено на колектори близько сотні річок і потоків. Нагромадження культурного шару часто пов’язане із захороненнями елементів благоустрою — мощення вулиць і тротуарів, а також решток колишніх будівель — фундаментів, погребів, зрубів колодязів, паль та інших предметів. Цьому також сприяє захоронення померлих людей і тварин.

Головна відмінність культурного шару від природних ґрунтів — надто велика неоднорідність як за вертикаллю, так і за горизонталлю. До складу різновидів культурного шару входять органічні включення, кількість яких зменшується із збільшенням віку культурного шару, а отже, і глибиною його знаходження.

Поховані ґрунти змінюють свій хімічний склад, оскільки зменшується доступ до них кисню, вологи та тепла, послаблюється життєдіяльність мікроорганізмів, уповільнюється ґрунтотвірний процес. Природні ґрунти в насадженнях Львова відрізняються підвищеною кислотністю (рН 4,6—4,9) і нестачею поживних речовин. Натомість насипні ґрунти часто містять більше гумусу, ніж природні, й відрізняються лужною реакцією (рН 7,1—9,0). Наприклад, у ґрунтах Стрийського парку гумус становить 1,1—1,9 %, тоді як у парку Високий Замок, де ґрунти в основному насипні, — 3,1 %. Проте високий відсоток гумусу в насипних ґрунтах не завжди відбиває умови оптимального ґрунтового живлення. Ущільнення та погіршення повітряного обміну в насипних ґрунтах веде до пригнічення життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів, що є причиною голодування рослин, особливо Нітрогенового.

Через наявність значної кількості будівельного сміття насипні ґрунти, як правило, відрізняються високою дренажністю, що в ряді випадків призводить до порушення нормального водного режиму та погіршення живлення рослин. Останнє у свою чергу негативно впливає на розвиток деревної рослинності, її довговічність і стійкість.

Погіршення механічного складу та властивостей ґрунту зумовлює забруднення його побутовими та промисловими відходами, вуличним сміттям, сухим мулом. За існуючими даними, у США склад відходів такий: папір — 31,3 %, скло — 9,7, пластмаса — 3,4, гума-шкіра — 2,6, деревина — 3,7, продуктові відходи — 17,6, металеві — 9,9, текстильні — 1,4, інші відходи — 20,4 %. Із 54,3 млн т паперу, який виробляється в США, 49,1 млн т потрапляє у відходи (із цієї кількості 26,0 млн т припадає на домашнє господарство, а 21,3 млн т — на потреби торгівлі). Щорічно у США у відходи потрапляє 48 млрд металевих пляшкових пробок, 6 млн автомобілів, які вийшли з ладу.

Одна з основних проблем сучасного містобудування — освоєння ґрунтів під зелені насадження. Від її правильного вирішення значною мірою залежать довговічність, санітарно-гігієнічна ефективність і цінність насаджень. Біогенететичний покрив міста формується під впливом урбанізованих фітоценозів і характерних (залежно від типу підстилкової поверхні) кліматопів.

Клімат великого міста — покривало, яке складається з багатьох «клаптиків»— мезокліматів, які вкривають місто та його приміську зону. У мезокліматичних секторах можна виділити численні мікрокліматичні комірки живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів). Від однієї до іншої мікрокліматичної ніші мігрує людина, шукаючи комфортних умов (спекотна вулиця та парковий затінок).

Місто розглядають (Щербань, 1985) як складну систему радіаційних поверхонь, шарів і потоків, які сформувалися на його території з різнорідною підстилковою поверхнею, представленою штучними спорудами, площами та вулицями, а також зеленими насадженнями та водними просторами. Розміщення в межах комплексної зеленої зони міст озеленених і обводнених територій, представлених великими лісопарками, парками, садами, скверами, водоймами, зумовлює значні зміни співвідношення складових теплового балансу. Різкому зменшенню турбулентного теплообміну «ґрунт — повітря» сприяють величезні витрати тепла на випаровування. На міських озеленених і обводнених територіях співвідношення теплового балансу значною мірою наближається до такого, яке спостерігається у приміській сільській зоні.

Сумарний штучний діяльний шар сучасних великих міст згідно з класифікацією М. І. Щербаня (1985) можна розподілити на ряд підшарів: на рівні земної поверхні (вкриті асфальтом, камінням, бетоном, газоном і квітниками площі та вулиці), на рівні зелених насаджень (дерев і чагарників, парків, скверів і бульварів), на рівні дахів будівель та у підшарі висотних будинків. Залежно від рівня радіації розвиваються характерні турбулентні потоки, створюються своєрідні умови забруднення та вентиляції. Температура повітря на території міста перевищує відповідні її показники у приміській зоні. Тривалі дослідження, які проводили влітку, свідчать, що опівдні різниця температури повітря в центрі Львова на площі Ринок і у приміській зоні (Брюховицький лісопарк) становила 1,4—2,6 °С. Підвищені термічні зони, або острови тепла, спостерігаються, як правило, на великих міських площах і перехрестях вулиць із великою територією замощення (у Львові, наприклад, площі Привокзальна, Ринок і довкола Оперного театру та на початку вул. Шевченка тощо), а також у зоні великих промислових майданів із великими заасфальтованими ділянками (асфальто-бетонний завод, ВО «Автонавантажувач», автотранспортні підприємства) і на дахах густо забудованих житлових районів.

Улітку добовий хід різниці температур міста та околиць має такі характеристики: ранок (7 год.) — +0,7 °С, день (14 год.) — +2,6 °С, вечір (19 год.) — +3,2 °С, ніч (24 год.) — +1,2 °С. У місті влітку завдяки потужним островам тепла, що утворюються, тепліше, ніж на околицях. Характерно, що й у сонячні, але вітряні дні ця різниця значно нижча. Підтверджується думка Г. Є. Ландсберга (1983) про те, що навіть невелика швидкість вітру (4 м/с) може виявитись достатньою для знищення острова тепла. Узагалі необхідно брати до уваги, що є поріг швидкості вітру, вище якого існування острова тепла неможливе.

Зменшенню контрасту температури міста й околиць сприяє добре розвинута мережа міських зелених насаджень. Наприклад, у Львові на вулиці Підвальній, уздовж якої розбитий сквер «На валах», різниця між температурою «місто — передмістя» в липні у сонячну обідню пору становила 2,4 °С, тоді як на початку неозелененої вулиці Личаківська— 3,1 °С.

Особливо значна різниця температур між озелененими та неозелененими територіями простежується у самому місті. Наприклад, на площі, на початку вулиці Шевченка, температура повітря опівдні вища, ніж у парку ім. І. Франка на 5,4 °С. У слабоозелененому сквері навпроти театру Прикарпатського військового округу ця різниця становила лише 1,2 °С. Майже не відчутний вплив парку ім. І. Франка (площею 10,6 га) на зменшення температури повітря на вулиці Листопадового чину.

Основна причина виникнення мезокліматичних відмінностей окремих районів міста — характерні тільки для міста радіаційні території. Баланс випромінювання на міській поверхні можна записати у вигляді формули:

Рсвв = Рпкхв — Рвкхв + Рпдхв — Рвдхв,

де Р_свв — сумарне всехвильове випромінювання, Р_пкхв — короткохвильове випромінювання, що надходить, Р_вкхв — відбите короткохвильове випромінювання, Р_пдхв — довгохвильове випромінювання, що надходить, Р_вдхв — відбите довгохвильове випромінювання.

Знаючи добре структуру радіації, що надійшла, та відбитої, можна управляти термодинамічними процесами міських агломерацій. Наприклад, якщо значення Р_вкхв і Р_вдхв впливають на характерні риси поверхні (асфальт, бетон, цегла або газон), ми повинні так планувати забудову та замощення, щоб вони не вели до акумуляції тепла і не сприяли утворенню теплих островів.

Зелені насадження сприяють виникненню постійних повітряних течій (Машинський, 1973). У літню полудневу спеку такі повітряні течії прямують від насаджень у бік забудови, а ввечері та вночі на відкритих місцях повітря швидше охолоджується і прямує до зеленого масиву. Тепле міське повітря, піднімаючись угору, «всмоктує» повітряні маси з довколишніх заміських територій, нерідко утворюючи вітер. Такий вітер, на думку автора, виникає при різниці температур 5 °С і різниці тиску 0,007 мілібар; найчастіше він спостерігається на околиці міста в ранкові години й утримується до полудня. Подібні повітряні течії, які мають складну латерорадіальну конфігурацію, сприяють покращенню мезоклімату. Комфортні мікрокліматичні умови створюються в межах макроструктури комплексної зеленої зони міста будовою скверів, алей, зелених наметів парків, посадкою тінистих біогруп і солітерів.

Як стверджує А. Т. Іздебський (1949), у місті вплив зелених насаджень на прилеглу територію обмежується забудовою. Л. О. Машинський (1964) спостерігав зміну температури та вологості повітря в умовах ізольованого розміщення насаджень і компактної забудови на відстані 70—100 м, а у випадку об’єднання міських і заміських насаджень в єдину систему у поєднанні з вільною забудовою — в межах 200— 300 м. Ці дані дали змогу рекомендувати для підвищення ефективності впливу зелених насаджень на мікроклімат прилеглих територій створення в містах зелених смуг завширшки 75—100 м через кожні 400—500 м. Цей показник уведений у містобудівельні нормативи. Однак аналіз територіального розподілу озеленення (усіх типів функціонального призначення) свідчить про те, що в новій забудові більшості міст відсутнє подібне чергування зелених смуг, здатних впливати на мезоклімат прилеглих територій.