В 14 исследованиях ученые из США изучили влияние деятельности человека на геологию, химию и биологию городских экосистем. Исследования проводились в широком диапазоне климатов от Бостона и Балтимора до Сан-Хуана, Пуэрто-Рико, Тусона, Аризона; и Южная Калифорния, включая сайты, входящие в сеть долгосрочных экологических исследований (LTER) Национального научного фонда. Результаты были опубликованы в специальном выпуске Biogeochemistry, посвященном исключительно городским экосистемам, под редакцией геолога из Мэрилендского университета Суджая Каушала и экологов из Университета Нью-Гэмпшира Уильяма Макдауэлла и Уилфреда Воллхейма.
«Городские экосистемы относительно быстро меняются в ответ на деятельность человека», — говорит Каушал. «Эти изменения могут привести к быстрой утрате функций экосистемы, таких как защита от наводнений и фильтрация загрязнений, или они могут привести к прогрессу в экологическом здоровье и продуктивности. Разница в значительной степени зависит от того, как ими управлять».В обзорной статье Каушал, Макдауэлл и Воллхейм указывают на некоторые ключевые факторы, влияющие на эволюцию городских экосистем.
Например, ручьи, озера и поверхности суши, составляющие водосборные бассейны городов, демонстрируют последовательные закономерности изменения с течением времени:Они становятся более солеными, отчасти из-за дорожной соли, используемой для борьбы с обледенением, а отчасти из-за того, что соль, которую едят люди, попадает в городские потоки. Избыток соли в рационе человека выводится с отходами жизнедеятельности человека и улавливается канализационными системами.
По словам авторов обзорного доклада, из рушащихся канализационных труб эти содержащие хлориды отходы попадают в грунтовые воды, где они в конечном итоге смешиваются с поверхностными водами. Исследователи предполагают, что один из способов отследить распространение урбанизации — это посмотреть на содержание хлоридов в пресноводных реках и ручьях городов.Они несут химическую подпись растворения бетона, основного строительного материала в городских районах с середины 20 века.
Большинство бетонов содержат цемент из порошкообразного известняка, который легко выдерживает воздействие кислотных дождей или химикатов. Авторы говорят, что у многих городов теперь есть собственная геология, созданная руками человека: бетонные поверхности, имитирующие тип известняка, называемый карстом.
Этот «городской карст» постоянно распадается на составные элементы, включая кальций и карбонатные минералы, которые попадают в городские водотоки и влияют на их pH-содержание и, следовательно, на их способность поддерживать водную жизнь.В городских экосистемах образуются «горячие точки», такие как пересечения дорог, где выхлопные газы автомобилей, мусор, антиобледенительная соль и другие антропогенные вещества могут резко изменить качество воды ниже по течению. Они также переживают «горячие моменты», такие как сильные ливни, которые смывают большие потоки органических веществ и промышленных химикатов в потоки или вызывают переполнение сточных вод. Эти горячие моменты могут внезапно изменить химический состав воды таким образом, чтобы шокировать природные системы.
Сети, снабжающие города водой, со временем развиваются и расширяются, включая не только поверхностные воды, но и ливневые стоки, протекающие водопроводные и канализационные трубы, крыши и желоба, грунтовые воды и сточные воды, которые люди приносят в этот район из других водосборов. Границы между водосборными бассейнами близлежащих городов стираются, что затрудняет их определение, изучение и управление.
«Сейчас ведется много хороших городских восстановительных работ, — говорит Макдауэлл, — но часто они имеют лишь краткосрочный эффект, потому что городские водосборные бассейны следуют своим собственным эволюционным путем. загрязненные стоки, такие как избыток азота из городских сточных вод. И он может работать очень хорошо в течение нескольких лет. Но затем он заполняется отложениями и превращается в заболоченное место, и оно больше не работает так, как разработали инженеры ».«Мы надеемся, что ученые, менеджеры и граждане будут работать вместе над принятием решений, которые позволят осуществить то, что мы называем« городской эволюцией », то есть изменение экологии городов с течением времени», — говорит Каушал. «Если мы сделаем это, мы сможем найти эффективные способы понять и управлять траекторией городских экосистем от упадка к устойчивости».
«Этот синтез позволяет использовать возможности эволюционной биологии для понимания экосистемных процессов в городской среде, в некоторых из наиболее быстро изменяющихся сред обитания во всем мире», — говорит Саран Туомбли, директор программы NSF LTER. «Слияние эволюционной биологии с науками об экосистемах — захватывающий рубеж для долгосрочных экологических исследований, начиная с этого вопроса о биогеохимических циклах».