Воздействие городов на природную среду

2.1.2. Воздействие  городов на природную среду 

Город, являющийся специфической  пространственной системой, формирующейся  в процессе развития общества и считающийся  одним из высших проявлений цивилизации, активно воздействует на природную  среду, противопоставляя себя ей. Характеризуются городские поселения высокой компактностью, плотностью освоения и коммуникационной насыщенностью. Обычно город развивается в соответствии со стратегией социально-экономического развития, связанной с долгосрочным и краткосрочным планами развития городской территории. Стратегия социально-экономического развития предполагает создание информационной системы принятия решений, базовой составляющей для которой является системное моделирование городских поселений. Анализ и моделирование городских систем следует выполнять с учетом следующих характерных особенностей: город является сложной самоорганизующейся слабоструктурированной нелинейной,  социальной системой, при управлении которой часто возникает конфликт между целями долгосрочного планирования и краткосрочными решениями; город является целенаправленной и многоцелевой системой. Более того, город как объек моделирования характеризуется: слабостью теоретических знаний, отсутствием теории развития городов, качественным характером знаний и высоким уровнем неопределенности исходной информации как внутренней, так и внешней. Поэтому в качестве метода моделирования взаимоотношений антропогенной среды с природной предполагается использовать синергетический подход, с его принципами.

Используя принцип элементаризации (абстрагирования) [103, 112, 171, 209, 214], позволяющий рассматривать компоненты системы как самостоятельную подсистему, обладающую свойствами целостности и иерархичности, и показывающий состояние всей системы в конкретный временной интервал, проанализируем воздействие одного отдельно взятого города на компоненты природной системы.

Динамическое равновесие природной системы в естественных условиях обусловливается работой  обратных связей, обеспечивающих устойчивость системы. Понятно, что устойчивость любой системы небезгранична. Если давление на систему становится выше определенного уровня или будет очень резким (импульсным), защитные механизмы не выдерживают, начинают разрушаться и система гибнет. Антропогенное воздействие ведет к снижению энергетического потенциала экосистемы и уровня ее организации. Учитывая скромное видовое разнообразие природных систем умеренного пояса, логично предположить, что экосистема Иркутской области, особенно ее северных территорий (вследствие скудости видового разнообразия), крайне уязвима, а антропогенное воздействие со стороны городов и поселений различного типа повторяется с нарастанием, и слишком мал промежуток времени для релаксации природной среды.

Противостоять росту  энтропии в данной ситуации может  плотность времени системы, но, как известно, антропогенное воздействие распространяется на расширяющийся объем пространства. Исследуя окружающую среду Иркутской области, возникают сомнения в возможности времени системы адаптироваться к антропогенным воздействиям. Следовательно, механизм обратной связи уже нарушен. Программы самоорганизации просто не успевают из образованного антропогенным воздействием беспорядка создать новый порядок (результат случайного соединения неслучайного отбора).

В природных условиях незначительные воздействия, вызывающие колебания системы (флуктуации), как правило, гасятся, и система остается стабильной. Иногда некоторые флуктуации не затихают и приводят систему в нестабильное состояние. Положительная обратная связь может усиливать флуктуации и привести к разрушению существующей структуры, тогда произойдет переход системы в новое состояние. В случае перехода на более высокий уровень упорядоченности с одной стороны, и вследствие явления самоорганизации с другой стороны, возникнет диссипативная структура [136, 146, 153, 154].

Нерациональные действия антропогенного характера приводят урбанизированные территории в состояние  хаоса. Прогнозировать поведение такой  урбанизированной природной системы нельзя, особенно на длительном временном интервале. Однако странный аттрактор, определяющий хаотическое поведение системы, часто занимает ограниченное пространство фазовой плоскости и, хотя траектории, разбегающиеся с экспоненциальной скоростью, стремятся вырваться за пределы фазовой плоскости, пересечь границы странного аттрактора не могут. Значит, определение границ хаотического поведения системы, позволит определить границы области восстановительного воздействия. Чувствительность к относительно малым воздействиям и темпоральность (чувствительность к ходу времени) позволят вывести систему из хаотического состояния даже с помощью малых, но точных и своевременных воздействий.

Представление графического изображения антропогенного воздействия  на почвенный покров исследуемого региона показывает крайне напряженную экологическую обстановку в местах скопления крупных городов области, например: Иркутск, Ангарск и Шелехов, или Свирск, Черемхово и Усолье-Сибирское (рис. 5). Нарушение баланса энергии окружающей среды, вследствие уничтожения биотических составляющих приводит к невозможности самовосстановления природной системы. Происходят качественные изменения структуры природной среды в целом, вследствие необратимого перехода. 

Рис. 5. Карта  воздействия населенных пунктов  на природную среду

Подобные изменения, происходящие в рамках локального уровня, не могут не оказывать влияние  на более масштабные уровни природной  системы. Очевидно, для оценки антропогенного влияния на природную систему необходимо построение работоспособной и достаточно простой пространственно-временной модели, в которой воздействие вышеуказанного процесса будет выражаться через пространственную компоненту – площадь нарушенных или загрязненных земель, и временную компоненту – скорость (интенсивность) воздействия. Такая модель структурной организации пространственного распределения областей воздействия на природную среду Иркутской области представляет собой типичный фрактальный объект. Фрактальное расширение области воздействия на систему предопределяет нелинейный характер затухания степени локального воздействия при распространении его на постепенно увеличивающийся размер окружающего пространства.

В таком случае, воздействия, наносимые системе в границах локального объекта, окажут влияние на все иерархические уровни природной системы, но в разной степени. Степень влияния будут определять скорости изменений, происходящих в системе на различных уровнях, причиной которых будет являться определенный тип воздействия. Кроме того, чем выше организованность системы (плотнее время), тем менее чувствительна природная система к внешним воздействиям. Таким образом, степень любого воздействия будет определяться активными физическими свойствами времени, и в частности, темпом хода времени и плотностью времени системы.