Урбанизация является одной из самых мощных сил, меняющих человеческую цивилизацию. За последние десять тысяч лет объединение людей в города привело к экономическому росту, культурному обмену и технологическим инновациям, но она также коренным образом изменила природную среду. Нет двух экологических последствий, более непосредственно связанных с городским ростом, чем загрязнение воздуха и воды. Понимание того, как урбанизация формировала и продолжает формировать эти модели загрязнения, имеет важное значение для разработки эффективных ответных мер. В этой статье прослеживается длинная дуга городского развития, от древних поселений до разрастающихся мегаполисов, и рассматриваются меняющиеся источники, масштабы и решения для загрязнения воздуха и воды.

Истоки урбанизации и ранние экологические последствия

Первые города появились примерно 10 000 лет назад, после неолитической сельскохозяйственной революции. Постоянные поселения появились в плодородных долинах рек: Тигр и Евфрат в Месопотамии, Нил в Египте, Инд в Южной Азии и Желтая река в Китае. Такие места, как Урук (население ~ 40 000), Мемфис, Мохенджо-Даро и Аньянг, росли как центры торговли, управления и религиозной жизни. Даже эти ранние городские центры испытывали экологическое напряжение. Древесина и навоз, сжигаемые для приготовления пищи и отопления, генерировали локализованный дым. Человеческие и животные отходы, накопленные без организованных систем канализации, загрязняли источники питьевой воды. Древний город Рим, с населением более миллиона человек на его пике, строил акведуки для очистки воды, но полагался на реку Тибр для удаления отходов. Свинцовые трубопроводы, используемые в римских системах водоснабжения, также вводили хроническое воздействие тяжелых металлов. Тем не менее, общая плотность населения оставалась достаточно низкой, чтобы экосистемы могли поглощать и разба

Промышленная революция: водораздел загрязнения

Настоящий разрыв в отношениях между урбанизацией и окружающей средой произошел с промышленной революцией, начавшейся в конце 18-го века в Великобритании и распространившейся по всей Европе и Северной Америке. Угольные заводы требовали огромных рабочих мест, а города разрастались, когда люди мигрировали из сельских районов. Между 1750 и 1850 годами такие города, как Манчестер, Бирмингем и Лондон, утроились в размерах. Этот быстрый, незапланированный рост переполнил традиционную инфраструктуру. Сгорание угля стало доминирующим источником энергии, , высвобождая огромное количество диоксида серы, оксидов азота и твердых частиц. Лондонские печально известные «голубые суперы» — толстые, желто-серые смоги — стали отличительной чертой городской жизни. В декабре 1952 года Великий смог Лондона убил около 12 000 человек и госпитализировал десятки тысяч людей. Эта катастрофа, которая произошла почти через 150 лет после начала индустриализации, ярко проиллюстрировала, насколько урбанизация опережала экологическое регулирование.

Загрязнение воды шло параллельно. Промышленные стоки — красители, тяжелые металлы, кислоты — сбрасывались непосредственно в реки и ручьи. Города строили основные канализационные системы, но они обычно опустошали неочищенные отходы в ближайший водный путь. Река Темза в Лондоне была настолько загрязнена к середине 19-го века, что фактически была открытой канализацией, вызывая повторные вспышки холеры и тифа. «Великий запах» 1858 года, когда зловоние из Темзы заставило парламент покинуть свои камеры, привел к строительству всеобъемлющей канализационной сети, разработанной Джозефом Базальгеттом. В Соединенных Штатах река Куяхога в Огайо несколько раз загорелась из-за нефтяного и химического загрязнения, наиболее известный в 1969 году — символ промышленного пренебрежения к водным путям. Эти события подчеркивают основной урок: урбанизация без надлежащего экологического контроля создает серьезные кризисы общественного здравоохранения и экологический ущерб.

Современная урбанизация: масштаб, скорость и новые загрязнители

Сегодня более 55 процентов населения мира живет в городских районах, и, по прогнозам, к 2050 году эта цифра достигнет почти 70 процентов, согласно Департаменту ООН по экономическим и социальным вопросам. Урбанизация в настоящее время происходит быстрее всего в развивающихся регионах - Африке к югу от Сахары, Южной Азии и Юго-Восточной Азии - где города ежегодно поглощают миллионы новых жителей. Эти мегаполисы 21-го века сталкиваются с проблемами, выходящими далеко за рамки Европы индустриальной эпохи. Автомобили заменили угольные заводы в качестве основного источника загрязнения воздуха. Рост потребительской культуры привел к образованию пластмасс, фармацевтических препаратов и микропластиков в отходы, что усложняет очистку воды. Кроме того, изменение климата усиливает риски загрязнения: более высокие температуры увеличивают образование озона на уровне земли, а более интенсивные осадки перегружают комбинированные канализационные системы, вызывая переполнение сырых сточных вод. Масштабы современной урбанизации требуют столь же масштабного реагирования.

Загрязнение воздуха в современных городах

Современные городские загрязнения воздуха - это сложный коктейль. Выхлопные газы транспортных средств выделяют диоксид азота, угарный газ и летучие органические соединения. Промышленные процессы выделяют диоксид серы и мелкие твердые частицы (PM2.5 и PM10). Жилой нагрев - особенно твердым топливом, таким как древесина и уголь - добавляет к бремени. По данным Всемирной организации здравоохранения, девять из десяти человек во всем мире дышат воздухом, который превышает безопасные уровни загрязнения, особенно городские жители. Города, такие как Дели, Пекин и Лос-Анджелес, особенно подвержены этому. Города, такие как Дели, Пекин и Лос-Анджелес, особенно подвержены воздействию вредных веществ. Например, в Дели уровень PM2.5 часто превышает 200 мкг/м3 - в 20 раз больше, чем в соответствии с руководящими принципами ВОЗ. Потребность в здоровье населения в настоящее время ошеломляет: управление качеством воздуха способствует примерно 7 миллионам преждевременных смертей ежегодно во всем мире, с инсультом, сердечными заболеваниями, раком легких и респираторными инфекциями среди ведущих причин. ] Управление качеством воздуха

Загрязнение воды и городской водный цикл

Загрязнение воды в современных городах происходит из различных источников. Городские стоки — дождевые воды, протекающие по улицам, автостоянкам и крышам — собирают нефть, тяжелые металлы, пестициды и мусор перед входом в ливневые стоки. Комбинированные канализационные системы, которые переносят как сточные воды, так и ливневые воды, могут переполняться во время проливных дождей, выпуская неочищенные человеческие отходы в реки и озера. Промышленные сбросы, хотя и лучше регулируются во многих странах, все еще способствуют загрязнению от химических веществ и термического загрязнения. Кроме того, возникающие загрязнители, такие как разрушающие эндокринную систему соединения, микропластики, бактерии, устойчивые к антибиотикам, и перфторалкильные вещества (PFAS) все чаще обнаруживаются в городских водных путях. Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде предупреждает, что ухудшение качества воды угрожает как здоровью человека, так и пресноводным экосистемам. Зеленая инфраструктура доказала свою эффективность в управлении сточными водами и фильтр

Роль политики и технологий в формировании моделей загрязнения

На протяжении всей истории модели загрязнения были сформированы не только физическим расширением городов, но и законами, технологиями и осведомленностью общественности, которые появляются в ответ. Закон о чистом воздухе 1970 года в Соединенных Штатах резко снизил концентрации диоксида серы, свинца и твердых частиц. Рамочная директива Европейского союза по воде привела к инвестициям в очистку сточных вод в государствах-членах, что привело к значительным улучшениям в качестве воды в реках и озерах. В Китае «План действий по предотвращению загрязнения воздуха и контролю» 2013 года предписывал строгие меры контроля за выбросами и переходы на чистое топливо, что привело к измеримым улучшениям качества воздуха в крупных городах. Регулирование является основным рычагом для изгиба кривой загрязнения, , но его эффективность зависит от правоприменительного потенциала - проблема в быстро урбанизирующихся странах, где управление может отставать от роста.

Технологии предлагают параллельные решения. Достижения в области мониторинга качества воздуха, спутникового дистанционного зондирования (такие как инструмент НАСА TEMPO) и анализа данных позволяют городам точно определять точки загрязнения и оценивать стратегии смягчения последствий в режиме реального времени. Низкозатратные сенсорные сети расширяют доступ к данным о качестве воздуха в недостаточно обслуживаемых сообществах. Для воды, мембранных биореакторов, передовых процессов окисления и ультрафиолетовой дезинфекции обеспечивают более высокую эффективность удаления микрозагрязнителей. Однако эти технологии требуют значительного капитала и опыта, часто расширяя разрыв между богатыми и малообеспеченными городами. Концепция скачка - принятие современных технологий без создания устаревшей инфраструктуры - имеет особое значение для быстро растущих городов на глобальном юге. Децентрализованные системы очистки сточных вод с использованием построенных водно-болотных угодий или аэробных дигестеров на солнечной энергии могут быть развернуты там, где обычные канализационные системы могут быть использованы, когда обычные канализационные системы и программы чистых кухонных плит на уровне сообщества могут одновременно уменьшить загрязнение воздуха в помещениях. Международные организации, такие как Всемирный банк и ООН-Хабитат, отстаивают

Изменение климата и обратная связь с загрязнением городов

Изменение климата добавляет новый уровень сложности к городскому загрязнению воздуха и воды. Повышение глобальных температур увеличивает частоту и тяжесть тепловых волн, которые, в свою очередь, ускоряют химические реакции, которые образуют озон на уровне земли, вредный загрязнитель воздуха. Более теплый воздух также увеличивает испарение летучих органических соединений из топлива и растворителей. Экстремальные погодные явления - более интенсивные осадки, засухи и лесные пожары - меняют динамику загрязнения. Сильные дожди вызывают комбинированные переполнения канализации, выпуск патогенов и питательных веществ в городские водные пути; засухи концентрируют загрязнители в уменьшенных потоках воды; и лесные пожары выделяют массивные шлейфы дыма, которые могут покрыть города в сотни километров от. Прибрежные города сталкиваются с дополнительным риском вторжения соленой воды в пресноводные источники из-за повышения уровня моря. Городские планировщики должны теперь учитывать петли обратной связи загрязнения климата. При разработке стратегий устойчивости. Например, снижение эффектов тепловых островов через зеленые крыши и посадку деревьев одновременно снижает образование озон

Исторические уроки устойчивости городов

Оглядываясь назад на тысячелетия урбанизации, повторяются несколько моделей. Во-первых, загрязнение не является неизбежным побочным продуктом городской жизни; это следствие того, как города проектируются, питаются и управляются. Древний Рим поддерживал общественные фонтаны и акведуки, которые обеспечивали чистую воду, но не очистили сточные воды, что приводило к болезням. Промышленные города уделяли приоритетное внимание производству заводов над здоровьем работников, с разрушительными результатами. Современные города имеют знания и инструменты, чтобы избежать этих ошибок - но многие продолжают повторять их из-за политической инерции, экономического давления или отсутствия инвестиций. Во-вторых, наиболее эффективные вмешательства часто приходят после кризисов - Лондонский Великий смог, пожар реки Куяхога, болезнь Минамата от отравления ртутью или 2014 год Толидо водный кризис, вызванный цветением водорослей в озере Эри. Проактивная политика, а не реактивное управление кризисом, является отличительной чертой устойчивой городской системы. В-третьих, урбанизация не является монолитом: география каждого

Взгляд в будущее: следующая волна урбанизации

В ближайшие 30 лет мы станем свидетелями самого большого всплеска городского роста в истории человечества, прежде всего в Африке и Азии. Как строятся эти новые города - их транспортные системы, энергетические сети, водная инфраструктура и управление отходами - будут определять глобальные траектории загрязнения в течение десятилетий. По оценкам Всемирного банка, инвестиции в городскую инфраструктуру должны будут достигать триллионов долларов, чтобы идти в ногу. Исторический отчет ясно показывает, что игнорирование загрязнения в спешке урбанизации является дорогостоящей ошибкой, которая приводит к преждевременной смерти, деградации экосистем и снижению экономической производительности. С другой стороны, города, которые охватывают высокоплотные, низкоуглеродные и устойчивые проекты, могут стать моделями для устойчивого будущего. Инновации, такие как круговые системы водоснабжения, возобновляемые источники энергии районного масштаба и интегрированное управление отходами, уже пилотируются в таких местах, как Сингапур, Стокгольм и Масдар-Сити. Задача состоит в том, чтобы масштабировать эти подходы к быстрорастущим городам Глобального Юга, где ресурсы ограничены, но возможность строить иначе с самого начала является наибольшей.

Понимание истории урбанизации помогает разрабатывать более эффективные стратегии для решения текущих проблем загрязнения. По мере роста городов баланс между развитием и здоровьем окружающей среды остается критической целью для политиков, ученых и сообществ во всем мире. Путь вперед требует не только технических инноваций, но и политической воли, участия общественности и долгосрочной перспективы, основанной на уроках прошлого. Урбанизация была движущей силой загрязнения, но она также может стать движущей силой решений - если мы решим сделать это.

Для получения дополнительной информации о воздействии загрязнения воздуха в городах на здоровье см. базу данных ВОЗ по качеству воздуха в окружающей среде . О тенденциях в области качества воды Глобальная система мониторинга окружающей среды для пресной воды ЮНЕП предоставляет данные. Для передовой практики городского планирования и тематических исследований страница Всемирного банка по развитию городов предлагает обширные ресурсы.