Природно-климатические особенности, их влияние на городское зеленое строительство

Насаждения и тепловой режим.

В условиях летнего перегрева проблема оздоровления городской среды с помощью регулирования температурного режима приобрела важнейшее значение из-за сложившейся в крупнейших городах тенденции на потепление климата.

На городской территории температура воздуха не дает полного представления о существующем тепловом состоянии. Большая роль в условиях застройки отводится инсоляционному и радиационному режимам.

Суммарная солнечная радиация состоит из: прямой солнечной радиации (инсоляции); рассеянной, поступающей от всего небосвода; коротковолновой радиации, отраженной поверхностями, и длинноволнового (теплового) излучения нагретых естественных и искусственных поверхностей.

Если в период солнечной радиации покрытия аллей, дорог, площадок, инженерные и архитектурные сооружения, малые архитектурные формы и другие объекты подвергаются прямому солнечному облучению и нагреваются, то после захода солнца они еще длительное время излучают тепло, которое существенно влияет на микроклимат и вызывает перегрев окружающей среды и повышение температуры воздуха. Излучение нагретого до 65 °С искусственного покрытия составляет 0,48 кал/см , что равно почти половине интенсивности падающей солнечной радиации. Очень большое значение имеет теплоотдача дорожных покрытий. Летом температура воздуха среди городской застройки значительно выше, чем среди растительности.

Интенсивность излученной и отраженной поверхностью радиации и радиус ее отрицательного воздействия определяются количеством поступающей солнечной радиации и «альбедо» этой поверхности.

Коэффициент «альбедо» (отношение отраженного числа к полученному) характеризует отражательную способность поверхности. Чем сильнее поверхность отражает радиационную энергию, тем меньше она нагревается и тем больше его альбедо.

Альбедо некоторых поверхностей

щебень кирпичный..................................................................2

» гранитный.............................................................................2,5

булыжник.................................................................................3

асфальт черный.........................................................................4

земля......................................................................................... 4,5

мрамор белый полированный...................................................5,5

кровельное железо......................................................................6

штукатурка..................................................................................8

бетон............................................................................................8,5

кирпич красный..........................................................................10

гранит серый...............................................................................11,5

песок желтый...............................................................................14,5

мрамор белый шероховатый......................................................16

Альбедо одних и тех же материалов зависит от фактуры обработанной поверхности и ее состояния (влажности, запыленности, степени изношенности и т. д.).

Зеленые насаждения способны существенно влиять на микроклимат, понижая температуру и увеличивая скорость движения воздуха, что в условиях жаркого лета благоприятно действует на организм человека и создает конфортность теплоощущения. Растения прежде всего воздействуют на радиационный режим, снижая интенсивность прямой солнечной радиации.

Охлаждающее действие зеленых насаждений в значительной степени объясняется расходом большого количества тепла на испарение и- повышение относительной влажности воздуха. Листья имеют температуру значительно ниже температуры окружающего воздуха. Подсчет показал, что на 1 га со 198 деревьями бука, имеющими 23,6 млн. листьев, общая поверхность листвы составила 5,6 га, а 790 деревьев ели также на 1 га имели 4128 млн. хвоинок площадью 12,8 га.

Различные виды растений обладают способностью по-разному отражать, поглощать и пропускать солнечные лучи в зависимости от физиологического строения листьев, структуры, размеров кроны и т. д. Лучший эффект по снижению температуры дают деревья с крупными листьями (каштан, дуб, липа крупнолистная, клен остролистный, тополь серебристый, платан и др.).

Альбедо в зависимости от плотности, расположения листьев и формы кроны изменяется у деревьев и кустарников в пределах 8—46 %. Деревья с наибольшим альбедо дают наилучшую защиту от тепловой энергии, и их применение имеет большое практическое значение. Следует учитывать, что альбедо всей кроны дерева на 12—15 % меньше альбедо отдельно взятых листьев. Чем мельче лист, тем меньше тепловой энергии отражает крона растения. Альбедо хвойных пород значительно ниже лиственных. Необходимо иметь в виду, что солнечному нагреву подвергаются листья в основном верхней части кроны.

Листья на дереве располагаются в виде листовой мозаики, не затеняя друг друга. Если листья создают сплошную поверхность, то отражение увеличивается по сравнению с рыхлым расположением листьев. Просветы в кроне поглощают значительную часть поступающей энергии. Листва деревьев и кустарников пропускает солнечную радиацию за счет прозрачности кроны. Коэффициент прозрачности кроны определяется как отношение интенсивности прямой солнечной радиации под кроной к потоку прямой радиации, падающей на открытое место (по исследованиям Е. С. Лахно в Центральном республиканском ботаническом саду АН СССР).

Характеристика прохождения световой энергии сквозь кроны деревьев, %

Осина пропускает сквозь листву почти* в 10 раз больше тепловой энергии, чем орех манчжурский или боярышник, и в то же время альбедо осины приблизительно в 2 раза выше альбедо этих растений.

Альбедо газона равно 20,5 %.

На территории зеленых насаждений радиационный режим, а вследствие этого и температура воздуха меняются в зависимости от ассортимента деревьев, их возраста, плотности смыкания крон, ярусности. Например, по многолетним средним данным, в сосновом бору лесостепной зоны температура почвы на 6—6,2 %, а стволов на 4,1—4,3 % выше, чем в лиственных. Радиация среди насаждений существенно меняется в зависимости от высоты. Если принять за 100 % радиацию на поверхности крон, то непосредственно под кроной она составляет лишь 30 %, на высоте 1 м над почвой— 25 %, а на травяном покрове — только 10 %, создавая наиболее благоприятные условия.

По данным В. Н. Оболенского, солнечная радиация задерживается растительностью в молодом дубовом лесу на 96,8 %, в сосновом лесу на 96 %, смешанном лесу из ели, дуба и тополя на 97—98 %, густом еловом лесу на 99 %.

При горизонтальной сомкнутости крон, равной 1, под их полог проникает менее 10 % солнечной радиации, поступающей на открытый участок. Сомкнутый полог задерживает солнечную энергию и препятствует излучению с поверхности почвы. Под плотными кронами прямая солнечная радиация в наиболее жаркий период дня практически человеком не ощущается, так как она ниже бытового порога (0,07 кал/см в минуту ее ощущения) . Уменьшение сомкнутости только на 0,01 увеличивает радиацию в зависимости от времени года и периода дня на 5—10 %.

В южных районах для озеленения территорий, используемых с 9 до 15 ч, рекомендуются высокие растения с плотными кронами, способными затенять газоны, парковые дороги, площадки для отдыха, спортплощадки, предохранять от перегрева стены архитектурных и инженерных объектов и т. д. Деревья с сильно развитой и высокой ажурной кроной снижают радиационные и конвекционные температуры и за счет лучшего проветривания увеличивают влияние растений в 1,3—1,5 раза. В этих условиях наиболее благоприятны для отдыха участки, расположенные на северных склонах.

Вертикальное распределение температуры воздуха в насаждениях с различной сомкнутостью полога

Полнота

Озеленение пешеходных аллей значительно ослабляет неблагоприятное тепловое облучение пешеходов. Создание 5-метровой зеленой полосы между тротуаром и проезжей частью снижает тепловое облучение пешеходов от мостовой более чем в 2,5 раза. При облучении солнцем площадки с асфальтовым покрытием и подпорной стенки они нагреваются соответственно до 60 и 55 °С, а тепловое излучение достигает 0,5 кал/см в минуту. Если вместо асфальта уложить песчанобетонные плиты, а подпорную стенку покрыть вьющимися растениями, излучение составит всего 0,16 кал/см в минуту.

На озелененных территориях средней полосы и севера, где солнечная радиация не так велика, целесообразно создавать больше открытых, освещаемых солнцем полян на южных склонах.

Размещая растения с учетом ориентации дорог и аллей, расположения инженерных сооружений и архитектурных объектов, применяя покрытия с оптимальными гигиеническими характеристиками, используя вертикальное озеленение, можно оказывать существенное влияние на комфортность теплового режима.

Наиболее высокие температуры воздуха характерны для центральных частей города с плотной застройкой, обширными асфальтовыми поверхностями улиц, площадей. Чем больше город, тем значительней разница температур воздуха среди застройки и в крупных массивах зеленых насаждений.

На характерных для центра города небольших участках зеленых насаждений (скверы, бульвары) в сравнении с соседними участками застройки температуры воздуха ниже на 1 — 1,5 °С, а радиационная температура на 6—10 °С.

В результате натурных наблюдений в Москве, проведенных Н. С. Краснощековой в июле-августе при безоблачном небе и температуре воздуха 24— 30 °С, выявлены различия (А/, °С) в температуре воздуха на открытых городских площадях и территориях зеленых насаждений разной величины (табл. 2.3).

По мере увеличения зеленого массива величина Д/, °С возрастает, но скорость нарастания падает. Стабилизация Af, °C наступает при площади зеленого массива 600—1000 га.

Микроклиматическая эффективность зеленых насаждений и элементов внешнего благоустройства в условиях перегрева городской среды (по данным ЦНИИП градостроительства)

Небольшие участки зеленых насаждений и редкая посадка способны снизить температуру воздуха не только внутри массива, но и на прилегающей территории, но незначительно. Существенное влияние зеленые насаждения в городе оказывают при размерах территории свыше 6 га.

Температура воздуха внутри городского зеленого массива в среднем на 2 — 3 °С ниже, чем в жилых дворах, на улицах и площадях.

В. Л. Машинским и Е. Г. Залогиной приведены данные для московских условий.

Зависимость At, °C от площади зеленого массива

В радиусе 100 м до зеленого массива температура воздуха на 1 —1,5 °С ниже за счет циркуляции воздушных масс вблизи насаждений. Нагретый на открытой территории воздух поднимается вверх, уступая место более холодному, поступающему из зеленого массива.

Существующие нормы требуют в летние жаркие часы дня обязательное ограничение инсоляции на отдельных участках городской территории. Так, на детских игровых и спортивных площадках затеняется не менее 50 % площади, отведенной для отдыха, и не менее 75 % пешеходных дорожек и тротуаров.

Эффект влияния озеленения на тепловой режим можно значительно увеличить, сочетая зеленые массивы и водоемы.

Если периметральная застройка ведет к застою нагретого от стен зданий воздуха, то приемы свободной планировки с включением крупных участков зелени улучшают проветривание, понижают в жаркое время температуру воздуха, улучшая микроклимат застройки.

При озеленении территорий промышленных предприятий пешеходные аллеи, дорожки, тротуары, площадки отдыха лучше всего затенять лиственными деревьями, обладающими летом, когда это необходимо, солнцезащитными свойствами и обеспечивающими инсоляцию в остальные времена года.

Следует учитывать и еще одно свойство растений — сохранять зимой температуру поверхности древесных стволов до 10 °С, что при плотных посадках и снижении в массивах скорости ветра смягчает микроклимат.

Варианты (I, II) планировочного решения регулирования микроклимата застройки средствами благоустройства,озеленения и обводнения территории

Величина воздействия зеленых насаждений на тепловой режим городских территорий определяется:

• образованием оптимальной системы городских зеленых насаждений, включающей разнообразные территории (по размерам, функциональному назначению, структуре, видовому составу растений, ландшафтным приемам организации и т. д.);

• клинообразным вводом в глубь застройки достаточно крупных зеленых массивов, имеющих связь с пригородными зелеными зонами;

• плотностью размещения деревьев и кустарников, обеспечивающей затенение не менее 50 % занятой ими территории.

Насаждения и влажность воздуха. Микроклиматические условия считаются благоприятными для человека при относительной влажности воздуха 30—70 %.

Растительность, обладая большой испаряющей способностью, оказывает заметное влияние на влажность и температуру воздуха, вызывая положительные теплоощущения человека. Повышение относительной влажности воздуха почти всегда (за исключением дней с очень высокими температурами) воспринимается человеком как некоторое снижение температуры. Так, повышение влажности на 15 % как бы понижает температуру воздуха на 3,5 °С.

Повышенная влажность воздуха внутри зеленых насаждений по сравнению с открытыми территориями отличается равномерностью, не имеет резких колебаний, что вызвано тем, что испаряющая поверхность зеленых насаждений (деревьев, кустарников, трав) в 20 раз и более превышает занятую этими растениями площадь. Зеленые насаждения как бы регулируют влажность: в период сухости растения усиливают испарение, при высокой влажности водяные пары конденсируются на листьях — более прохладных поверхностях.

Следует отметить, что относительная влажность в городе, как правило, ниже, чем в естественных природных условиях, что является следствием радикальных изменений свойств подстилающей поверхности (крыши, мостовые способствуют быстрому удалению с территории города осадков).

Приемы размещения зеленых насаждений и их сочетания с открытыми пространствами в значительной степени определяют относительную влажность воздуха. Наилучшие результаты в создании комфортной обстановки достигаются при чередовании деревьев и кустарников, располагаемых компактными массивами, с полянами, имеющими плотный травяной покров. В этом случае существующий перепад радиационных температур между открытыми участками и затененными территориями достигает 30 °С, а влажность 20 %, что способствует перемещению воздуха.

В физиологическом процессе испарения воды растением, получившем название «транспирация», участвуют листья или хвоя. В их кожице имеются своеобразные щелевидные отверстия — устьица, способные открываться и закрываться и тем самым регулировать потерю воды. Когда транспирация достигает величины, превышающей поступление воды из почвы, наступает увядание. Длительная нехватка воды приводит к гибели растений. Это происходит из-за того, что растения не могут надолго закрыть устьица, так как через них поступает углекислый газ, а его отсутствие приводит к углеродному голоданию, что сказывается на питании растения, фотосинтезе.

В жаркое время дня листья могут выглядеть поникшими, а на утро они вновь упругие и свежие вследствие действия осмотического давления, или тургора. Днем, когда химические процессы в растении протекают наиболее активно, это давление постепенно снижается, а за ночь, по мере того как корневая система пополняет запасы воды, оно повышается. Тургор зависит от погодных условий. В прохладные и пасмурные дни он вообще не падает и все устьица листьев остаются открытыми.

Дерево всасывает воду из почвы громадной корневой системой и прежде всего молодыми корневыми окончаниями и многочисленными корневыми волосками. У яблони 2—3 лет, по подсчетам В. Колесникова, уже имеется 45 тыс. корней. С приходом холодов растения сокращают всасывание воды из почвы, а листья продолжают ее испарение, что приводит к несоответствию между количеством получаемой и расходуемой воды. Деревья и кустарники избавляются от основных органов испарения влаги — они сбрасывают листву. Исследования показывают, что всасывание деревом воды во многом зависит от содержания в почве кислорода. При уплотнении почвы резко сокращается приток воды, и она уже не поступает в наиболее отдаленные и высокие точки растения — деревья начинают «суховершинить».

Скорость передвижения воды в дереве зависит от проводимости древесины и мощности двигателей водного тока: так, в одном из опытов, поставленных в Подмосковье, у 5—10-летних деревьев (в зависимости от погодных условий) она составляла для дуба 60—400 см/ч, для тополя 20—400, березы 80—240, ели 5—50 см/ч.

Сила, движущая воду вверх по стволу лиственного дерева, должна быть не менее 4 атм на каждые 10 м высоты подъема. Корневое давление способно поднимать воду по стволу дерева на высоту 4—5 м. С распусканием листьев основным двигателем, поднимающим воду по сосудам деревьев, становится сосущая сила кроны, возникающая за счет потери воды листьями (или хвоей) в процессе транспирации.

Один гектар насаждений в течение вегетационного сезона испаряет до 3000 т влаги, за этот же период 1 м газона испаряет 500—700 л воды. Ежедневно взрослая липа испаряет 0,2 т влаги, хорошо развитый бук — до 0,6 т влаги, а 1 га столетних дубов — около 26 т. Ежегодно зеленые насаждения испаряют 20—30 % атмосферных осадков, выпавших на занятую ими территорию. Сравнивая влияние растений и воды на повышение влажности воздуха, можно с уверенностью сказать, что 1 га полноценных растений значительно лучше (почти в 10 раз) увлажняет, освежает воздух по сравнению с водоемом такой же площади.

В зависимости от размеров и структуры массивов зеленых насаждений влияние растительности на влажность воздуха распространяется на прилегающие инсолируемые открытые пространства и проявляется на расстоянии, в 15—20 раз превышающем высоту растений. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что на территории, отстоящей от зеленого массива на 500 м, из-за влияния растений относительная влажность может при определенных условиях повышаться на 30 %. Влажность воздуха увеличивают даже неширокие 10-метровые полосы древесно-кустарниковой растительности, которые на расстоянии 500 м поднимают влажность на 5 — 8% по сравнению с открытой площадью.

Если принять относительную влажность на улице до 100 %, то среди озелененной застройки она составит 116 %, а в крупном парке может доходить до 200 % и более.

Испаряя влагу, поверхность листьев и кустарников нагревается. Известно, что для испарения 1 л воды требуется до 600 ккал тепла. Несложный расчет показывает, что 1 га дубовой рощи поглощает в сутки 15 600 ккал. Именно этот процесс способствует понижению температуры в нижних слоях кроны и приземном слое на 3—5 °С (по сравнению с температурой окружающего воздуха). В приземном слое плотных зеленых насаждений отмечается наиболее высокая относительная влажность воздуха.

Относительная среднемесячная влажность воздуха среди зеленых насаждений парка выше на 4—9 %, в сквере — на 3—5 % по сравнению с территориями многоэтажной застройки. Даже небольшие участки внутриквартальной зелени заметно способствуют повышению относительной влажности воздуха.

Умело применяя влаголюбивые растения и используя их качества, на территории с повышенной относительной влажностью (выше 70 %) последнюю значительно можно снизить.

Насаждения и подвижность воздуха. Движение воздуха является важнейшим фактором, определяющим микроклимат участков городской территории, особенно в летний период, когда оно оказывает существенное влияние на теплоощущения человека в условиях перегрева окружающей среды. Наиболее благоприятный для человека ветровой режим от 0,5 до 3 м/с, при котором легко колышатся ветки и шелестит листва. Зеленые насаждения способствуют образованию постоянных воздушных потоков, способных перемешивать и освежать воздух даже в условиях полного штиля.

Используя древесно-кустарниковые растения, можно улучшить проветривание всей городской территории или отдельных ее частей, защитить городскую застройку от неблагоприятных ветров, регулировать движение воздуха, ослаблять и увеличивать скорость его перемещения, менять направление потока.

В условиях жаркого климата приобретают значение размеры листьев в кррне деревьев и кустарников. Чем меньше лист, тем больше тепловой энергии способна поглотить крона. Биологические процессы, происходящие в растениях, вызывают значительное охлаждение воздуха, который опускается вниз и вытесняет нижний слой более теплого воздуха. Вертикальный воздухообмен особенно важен в безветренные летние дни. Его возникновению способствуют разрывы между кронами (продухи). Загущенные посадки препятствуют циркуляции воздуха. Вследствие разницы (до 10—12 °С) температуры воздуха между озелененной и открытой или застроенной территорией происходит горизонтальное перемещение воздушных масс от зеленых массивов к окружению. При этом теплый воздух поднимается вверх, уступая место более холодному. Когда зеленые массивы располагаются на более высоких отметках по отношению к застройке, интенсивность образования ветра значительно возрастает, а скорость движения воздуха доходит до 1 м/с. Такие воздушные течения (бризы) возникают при наличии крупного массива зеленых насаждений, как правило, на окраине города и при разнице температуры не менее 5 °С, разности давления не менее 0,7 мм рт. ст. При увеличении скорости ветра температура воздуха остается постоянной, но возрастает его циркуляция. В жаркий летний день движение воздуха особенно ощутимо после захода солнца, когда нагретые поверхности излучают тепловую энергию. В такой день движение воздуха в городе направлено от массива зеленых насаждений к застройке, а ночью, как правило, воздух движется в обратную сторону к более устойчивому в тепловом отношении зеленому массиву.

В прохладные дни воздушные потоки не образуются. Применяя различные конструкции зеленых насаждений и используя разнообразные приемы их размещения, можно влиять на потоки воздуха, изменять направление движения и скорость воздуха (табл. 2.5).

Ветрозащитное влияние неширокой плотной зеленой полосы из 8 рядов деревьев высотой 15—17 м и кустарников отмечается на/ расстоянии, равном 30—40 высотам деревьев, после чего скорость ветра достигает первоначальной величины.

Таблица 2.5. Ветрозащитные характеристики зеленых насаждений различных конструкций и поперечного профиля

Группа непродуваемой конструкции представляет собой полосу из плотно смыкающихся крон деревьев и кустарников разной высоты, не имеющих просветов. Такие группы часто создают трехъярусными: в нижнем ярусе кустарники — лещина, калина; в среднем — клен, липа; в самом высоком ярусе — дуб. Воздушный поток обтекает группу сверху и по бокам, не проникая внутрь. При этом скорость ветра начинает падать еще на подступах к полосе. Из-за трения о верхушки деревьев скорость над массивом гасится до 50 %, но, приближаясь к зоне «Отрицательного» давления, существующей за полосой, воздушный поток вновь получает дополнительное ускорение. В месте восстановления скорости движение воздуха носит турбулентный характер и зависит от плотности растений. Образующиеся завихрения отрицательно сказываются на почве, растения ухудшают микроклимат.

Группа ажурной конструкции менее плотная. Часть ветрового потока, проникая внутрь зеленого массива, теряет значительный запас энергии на образование тепла от трения воздушных частиц о стволы и ветви, другая обтекает препятствие сверху. За полосами ажурной конструкции скорость ветра снижается, но в меньшей степени, чем за непродуваемыми, однако их действие сказывается на большем расстоянии, равном 40—50 высотам деревьев, растущих в полосе. Одиноко стоящая на открытом месте ажурная группа снижает скорость ветра вокруг себя. Ажурные конструкции наиболее эффективны для защиты от ветра пешеходных трасс, площадок, их располагают поперек ветрового потока.

Так, для понижения скорости ветра около дома следует перед ним разместить полосу зеленых насаждений ажурной конструкции высотой в Д высоты здания на расстоянии от 2 до 5 высот этого здания.

Группа продуваемой конструкции бывает преимущественно одноярусной, свободно пропускающей ветровой поток, который, войдя в группу, разделяется на два: нижний, идущий сквозь просветы под кронами, и верхний, проходящий над кронами. В такой полосе скорость ветра снижается в меньшей степени, чем в непродуваемой или ажурной группе, но именно при продуваемой конструкции влияние полосы простирается значительно дальше (до Я=50—60), чем за другими группами, не вызывая к тому же турбулентных возмущений. Для полосы продуваемой конструкции характерно незначительное ослабление ветра около полосы.

Ветрозащитные свойства плотной зеленой полосы

1 — ажурная;
2 — непродуваемая;
3 — продуваемая.

Эффективность групп зеленых насаждений определяется их видовым составом, поперечным сечением массива, развитием крон, высотой, степенью ажурности растений, плотностью подлеска.

На основании поставленной задачи выбираются конструкция полосы, схема размещения растений (с учетом отдельных групп растений, одиночных деревьев, наличия полян, их размеров и очертаний). Особое внимание уделяется общему архитектурно-планировочному решению городской территории, плотности застройки, ориентации и профилю улиц, рельефу местности (использованию существующих оврагов, старых русел), углу размещения полосы по отношению к основному направлению воздушного потока.

Горизонтальное проветривание территории зеленых насаждений обеспечивает система из компактных групп, массивов растений и открытых пространств. При размещении деревьев и кустарников следует учитывать необходимость использования растений для снижения скорости перемещения воздуха в период сильных ветров и исключения возможности возникновения нежелательных сквозняков.

На участках, предназначенных для посещений, следует максимально применять насаждения ажурной конструкции, дающей необходимую тень и оптимальное проветривание.

Следует иметь в виду, что изгородь из стриженого боярышника снижает скорость ветра с 2,3 до 0,4 м/с, линейная посадка деревьев с кустарниками — с 2,6 до 0,4 м/с, высококронные деревья — с 2,7 до 2,1 м/с. Поэтому ограждение по периметру небольшой площадки или участка влечет за собой застой воздуха.

Хорошие микроклиматические условия создают деревья с высокоподнятыми (более 3 м) сомкнутыми раскидистыми кронами. Они обеспечивают достаточное затенение и нормальное проветривание. В зависимости от величины пространства под кронами улучшается вертикальное и горизонтальное проветривание.

Поляны и опушки зеленых массивов, куда поступает освежающий, очищенный, обогащенный кислородом воздух, создают наиболее благоприятные условия для размещения в природном окружении детских игровых площадок и площадок отдыха.

Система озеленения города играет наиболее важную роль в создании благоприятных микроклиматических условий окружающей человека среды. Это прежде всего проявляется в экстремальных условиях. Так, в условиях жаркого климата она обеспечивает защиту от сухих и пыльных ветров и одновременно способствует проветриванию города, очищая его атмосферу от вредных загрязнителей. Проветриванию центральных районов города, расположенных в глубине застройки, помогают клинообразные массивы зеленых насаждений, вытянутые по направлению благоприятных ветров. Такие крупные массивы способны даже увеличить скорость воздушного потока, для чего создают специальные разрывы в виде просек или систему открытых пространств, включающую поляны, луга, водные поверхности.

Проветривание городской территории осуществляется за счет клинообразного построения системы озелененных территорий (Ашхабад)

Архитектурно-планировочная организация центрального района Баку с учетом регулирования ветрового режима

1—ветрозащитные барьеры, создаваемые зданиями повышенной этажности;
2—зеленые насаждения, проводящие благоприятные морские бризы;
3—ветрозащитные посадки

Ветрозащитные насаждения могут быть в виде рядовых (регулярных) или групповых (нерегулярных) посадок. Можно значительно снизить или даже взаимно погасить воздушные потоки, если непродуваемые и продуваемые зеленые полосы шириной не менее Юм разместить друг от друга на расстоянии в одну высоту деревьев. В зависимости от скорости и силы ветра ширина полос со стороны господствующих ветров может быть увеличена до 20—30 м и более. Хотя действие защитных полос зависит от высоты растущих деревьев, но и плотные газоны снижают скорость ветра на 10 %. Полное затухание ветра в массиве возможно при наличии сомкнутых крон в верхнем ярусе и плотного подлеска, причем растения должны быть вечнозелеными, так как эффективность ветрозащиты лиственных пород резко падает после опадания листвы.

Схема ветрозащитных посадок

а — регулярных;
б — нерегулярных;
1 — быстрорастущие деревья;
2 — медленнорастущие деревья;
3 — декоративные деревья;
4 — кустарники (расстояния между рядами и стволами деревьев указаны в метрах).

В наиболее крупных массивах с учетом ветрозащитных свойств насаждений и местных условий создают специальные ветрозащитные полосы.

Натурные наблюдения в лесопарке под Самаркандом показали, что наиболее тяжелый тепловой режим имеют замкнутые поляны диаметром 2—3 Н. Из-за отсутствия движения воздуха радиационная температура на них повышается на 6—12 °С. В том же лесопарке на полянах размером 5—6 Н скорость ветра больше в 2—3 раза, если поляна ориентирована вдоль господствующего направления ветра, что способствует проникновению воздушного потока внутрь зеленого массива.

Большие водные поверхности, особенно реки, увеличивают скорость ветра на подветренных открытых берегах до 10—20 %.

Насаждения и процесс газообмена. Наиболее важной для жизнедеятельности человека частью воздуха является кислород, имеющий биологическое происхождение и появившийся в атмосфере благодаря растениям. Жизнь на земле возникла и развивалась при участии обычного молекулярного кислорода О2, озона Оз и атомарного кислорода О.

Около 18 млрд. лет назад в атмосфере начал накапливаться свободный кислород. Первые признаки жизни появились в местах, защищенных от разрушительных ультрафиолетовых лучей водой или слоем осадка.

Появление многоклеточных организмов было вызвано накоплением в атмосфере уже достаточного для их существования количества кислорода. Растения обладают ценным свойством непрерывно расщеплять укглекислый газ, извлекать из него углерод и обогащать воздух кислородом.

До XVII в. было распространено мнение, что растения питаются «соками земли» наподобие питания животных. Вплотную удалось приблизиться к раскрытию тайны процессов, происходящих в растениях, Ван Гельмонту, который провел любопытный эксперимент. В бочку, наполненную высушенной землей массой 80 кг, он посадил иву (2,25 кг), которую в течение 5 лет поливал дождевой водой. Когда дерево было выкопано и взвешено, то оказалось, что за этот срок его масса увеличилась до 66 кг (с учетом опавших за эти годы листьев), а масса почвы практически осталась без изменения (снизилась на 56 г). К сожалению, Ван Гельмонт сделал ошибочный вывод, что весь прирост произошел за счет воды.

В последующем ученым удалось установить, что в листьях растений из углекислого газа, поступающего из воздуха, и воды, получаемой из почвы, за счет энергии солнечных лучей образуются углеводы (сахар) и в атмосферу выделяется свободный кислород. Процесс этот был назван ассимиляцией углерода, или фотосинтезом, от греческих слов «фотос» — свет и «синезис» — образование сложных химических соединений из простых.

При создании каждой молекулы сахара в ней оказываются законсервированными 674 большие калории солнечной энергии, перехваченные листьями растений. Поглощает солнечные лучи зеленый пигмент — хлорофилл. В течение только одного года солнечная энергия, запасенная растениями за счет фотосинтеза, достаточна для обеспечения энергией 100 000 больших городов в течение 100 лет. Сжигая каменный уголь, нефть, торф, горючие сланцы, мы используем не что иное, как продукты фотосинтеза. Клетки животных, человека получают необходимую жизненную энергию за счет пищи, которая представляет собой также законсервированную энергию солнечных лучей.

Дыхание человека позволяет насытить его организм кислородом и удалить углекислый газ, углекислоту СС>2. Каждый год растения извлекают из атмосферного воздуха 16-Ю углекислоты, а выделяют около 5-10" т свободного кислорода. Состав атмосферы относительно постоянен. Содержание кислорода в воздухе около 20, 95 % (по объему), концентрация СС>2 в разных районах Земли тоже практически одинакова за счет турбулентного перемешивания атмосферы и составляет 0,03 %. Кроме того, в составе атмосферного воздуха содержится 78,09 % азота и 0,93 % аргона.

Тонкая пластина листа по своему строению и внутренней структуре удивительно приспособлена для фотосинтеза. Углекислый газ проникает в лист через устьиничные щели, размещенные в основном на нижней стороне листа, которая представляет собой мякоть (губку) из рыхло расположенных клеток с большими промежутками, заполненными воздухом.

По ткани углекислый газ попадает к каждой клетке и растворяется в пропитывающей оболочку воде, которая подается разветвленной сетью жилок. В результате получается раствор угольной кислоты, поглощаемый в клетках хлоропластами. Накопившиеся в течение дня углеводы (сахар) оттекают по жилкам листьев, ветвям и стволам к местам их потребления и, как правило, ночью. Потоки передвигаются навстречу, не мешая друг другу. Передвижение углеводов из листьев вниз по стволу к корням осуществляется по коре дерева. Сахара, образуемые в листьях, используются растущими побегами и корнями для построения тканей; расходуются при дыхании — процессе, за счет которого растение получает энергию; откладываются в нерастворимой форме в ветвях, стволе, корнях на будущее. Эти запасы крахмала весной переходят в сахар, растворяются в воде древесины и с нею по сосудам передвигаются к распускающимся почкам, где служат материалом для построения молодого побега, и способствуют зацветанию растения. Весной из пораженного ствола березы выделяется сладковатая жидкость «березовый сок». Это и есть раствор сахара. В то время когда для растения особенно дорога вода, мы нередко отбираем ее у дерева. Следует категорически возразить против бесконтрольной, бессистемной добычи березового сока в лесах и запретить ее в условиях города.

На создание весеннего побега уходит не весь запас веществ. Часть их сохраняется на случай, если листва будет уничтожена сильными морозами или насекомыми. Если же восстановленная листва погибнет вновь, то растение, как правило, гибнет. У лиственных деревьев молодые побеги создаются только за счет прошлогодних запасов, а у хвойных эти запасы очень малы, именно поэтому потеря хвои для них оканчивается гибелью растения.

Схема взаимовлияния растений и среды

Взрослый здоровый лес на площади 1 га поглощает 220—280 кг углекислого газа, выделяет в атмосферу 180—220 кг кислорода. В среднем 1га зеленых насаждений поглощает за 1 ч около 8 л углекислоты (столько выделяют за это время 200 человек). На выделение кислорода влияют количество листвы дерева и ее состояние. Дерево средней величины может обеспечить дыхание трех человек.

Показатели газообмена в течение вегетационного периода у разных деревьев неодинаковы. Если эффективность газообмена у ели обыкновенной принять за 1, то у лиственницы она будет 1,18, у сосны обыкновенной -1,64, у липы крупнолистной — 2,54, у дуба чешуйчатого — 4,5, у тополя берлинского — 6,91. Зная интенсивность фотосинтеза, а следовательно и эффективность газообмена и количество выделяемого у разных видов растений кислорода, следует подбирать оптимальные сочетания и количество деревьев и кустарников, необходимых, для озеленения городских территорий.

Источником поступления углекислого газа в атмосферу являются: дыхание людей и животных, брожение микроорганизмов, вулканические газы, горячие ключи, хозяйственная деятельность человека (особенно сжигание горючих ископаемых) и т. д.

Развитие промышленности, уничтожение лесов, сокращение площади зеленых насаждений и сельскохозяйственных угодий привели к тому, что с начала XX в. в атмосфере происходит постепенное увеличение содержания углекислого газа. В настоящее время оно возросло на 10—15 % и продолжает расти примерно на 0,4 % ежегодно. По подсчетам ученых, за последние 100 лет человечество использовало 250 млрд. т кислорода и выбросило в атмосферу 360 млрд. т углекислого газа. Около половины всего количества СС>2 накапливается в атмосфере, четверть поглощает мировой океан и оставшуюся часть—биомасса. Воздух в городе имеет СС>2 на 0,01 — 0,02 % больше, чем вне города. Растения уже не в состоянии полностью использовать в процессе фотосинтеза углекислоту, попадающую в атмосферу.

Хорошо известно, что углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает инфракрасное (тепловое) излучение земли, создавая так называемый «парниковый эффект», последствия которого трудно предсказуемы.

На процессы в атмосфере оказывает заметное влияние аэрозоль — взвешенные в воздухе частицы размером от десятков нанометров до нескольких десятков микрометров. Возникает он под влиянием «засорений», поступающих от предприятий, при вулканических извержениях и т. п. Каждый кубический сантиметр воздуха, которым мы должны дышать в городе, содержит от 10 до 100 тыс. мельчайших частиц, в горах и сельской местности около 5 тыс., над океаном еще меньше. С высотой его концентрация убывает.

Около 10 % СО2 и примерно 15 % аэрозолей, содержащихся в атмосфере, являются результатом хозяйственной деятельности человека, и ежегодные выбросы их составляют соответственно около 15 млрд. и 30 млн. т.

Озон — активный газ, всегда присутствующий в воздухе. Он может неблагоприятно воздействовать на живые организмы, но, так как его концентрация у земной поверхности незначительна (в среднем она составляет 10~6 %), он безопасен.

По мере накопления кислорода часть его в верхних слоях атмосферы под влиянием солнечной радиации превращалась в озон. Тонкий слой озона (озоновый экран) надежно защищает нас от ультрафиолетовых лучей и поглощает около 20 % излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы. Если бы этот газ сосредоточить на поверхности земли, то он образовал бы пленку лишь в 2—4 мм толщиной.

Огромное влияние на баланс газов в атмосфере оказывает гидросфера. Если в атмосфере соотношение между азотом и кислородом равно 4, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза выше, чем в атмосфере. Это позволяет говорить о чрезвычайно важной роли растительности океанов и морей в поддержании постоянного газового состава атмосферы. На фитопланктон мирового океана оказывают неблагоприятные воздействия нефть и пестициды. Убыль кислорода в водоемах, морях и океанах может значительно ускорить процесс нарушения газового баланса в атмосфере.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Но при все прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения и прежде всего растения рано или поздно не смогут выдержать этот натиск, что приведет к нарушению газового баланса атмосферы и прежде всего к сокращению кислорода — источника жизни всего живого.