Эти особенности почвенного строения не были в необходимой мере учтены при застройке города, размещении промышленных предприятий, полигона по утилизации бытовых отходов и газохранилища. В результате в ряде районов города создались неблагоприятные условия и для жизни людей, и для окружающей природы. Статическое воздействие от жилых многоэтажных домов и промышленных объектов привело к уплотнению и деформации грунтов. На улицах с интенсивным движением, стройплощадках, железнодорожных магистралях, проходящих через город, наблюдается динамическое, неравномерное уплотнение грунтов. Поэтому на значительной части территории города развивается овражно-балочная эрозия, оползни, карстово-суффозионные процессы, подтопление, загрязнение почв и формирование геохимических полей.
Геоэкологическое исследование территории города выявило ряд газогеохимических аномалий почвенного покрова, связанных как с природными, так и с техногенными процессами. Это касается прежде всего утечки метана в пределах подземного газохранилища (кстати, четко обнаруживаемой с помощью биоиндикации), гелиевой аномалии с распределением гелия во все тектонические разломы калужской кольцевой структуры, радоновой аномалии в пределах городской черты.
Почва города подвергается также интенсивному антропогенному и техногенному воздействию. Вокруг промышленных предприятий и автомагистралей образовались техногенные биогеохимические провинции с повышенным содержанием солей тяжелых металлов. По суммарному показателю загрязнения почвы 1,5% площади города относится к умеренно-опасной категории, 2% - к опасной и 0,5% - к чрезвычайно опасной.
Территория со слабой интенсивностью загрязнения почвы (близкой к естественной) выделяется в районе городского соснового бора, северо-восточнее Калуги и к югу от городской черты (д. Андреевское).
Умеренно-опасная интенсивность изменения геологической среды наблюдается в основном на левобережье р. Оки, в сельхозугодьях и водоразделах.
Опасное загрязнение почвенного покрова отмечается в различных районах селитебной части города.
Чрезвычайно опасное загрязнение почвы наблюдается в центральной части города, промзонах, вдоль городских магистралей с интенсивным транспортным потоком. Потенциальным источником загрязнения почвы являются бытовые отходы на городской свалке, и, в частности, полимерные упаковочные материалы и пластиковые бутылки, составляющие до 20% общей массы. В них содержится 25% меди, 22% свинца, 25% цинка и 72% хлора, выбрасываемых с бытовым мусором (Wirsig, 1990).
В отдельных образцах почвы г. Калуги обнаружены повышенные концентрации таких элементов, как медь (до 96 ПДК), цинк (до 15 ПДК), свинец (до 23 ПДК).
Установлено, что в зависимости от уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами наблюдается рост заболеваемости населения, частоты патологии беременности и родов, отклонений в физическом развитии детей. Установлена также корреляционная связь между количеством тяжелых металлов в почве и воде и уровнем заболеваемости злокачественными новообразованиями. Попадая в организм, тяжелые металлы в течение длительного времени находятся в тканях и органах. Средний срок пребывания свинца в организме человека составляет 5 лет, кадмия - 8 - 14 лет, стронция - 90 - 100 дней (Cumbrowsci, 1991).
Большая часть городских почв загрязнена свинцом. Свинец в почве может находиться в виде самых разнообразных соединений. Это чистый или элементный свинец, сульфаты и карбонаты свинца, диоксид свинца (Krishnamurthy, 1992). Особенно ядовитым соединением является тетраэтилсвинец, который добавляют к бензину для подавления детонации. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает 200 - 400 мг свинца. В год один автомобиль выбрасывает около 1 кг свинца. В городском воздухе свинца в 20 раз больше, чем в сельской местности.
Наиболее чистая почва (в городском бору) содержит не более 0,5 млн колониеобразующих клеток на 1 г. При наличии различного рода загрязнений количество микрофлоры резко возрастает. О санитарном неблагополучии почвы свидетельствует также присутствие бактерий группы кишечной палочки. Наибольшее количество этих бактерий обнаруживается в местах скопления бытовых отходов, вокруг мини-рынков, вокруг территории городских очистных сооружений и городской свалки.
Следует отметить, что по мере загрязнения почвы существенно снижается относительное количество спорообразующих микроорганизмов. Наибольший процент спорообразующих бактерий обнаруживался в почве городского бора и наименьший - в почве городской свалки. Наличие достаточно высокого относительного количества неспорообразующих микроорганизмов в почве различных участков города также свидетельствует о ее хронической загрязненности.
Вода представляет собой основу существования всего живого на Земле. Невозможно представить себе протекание любого биологического процесса при отсутствии воды, она необходима для всех форм жизни на Земле. Вода обеспечивает существование природных сообществ и человеческой цивилизации. Возникновение центров человеческой цивилизации, начиная от стоянки древнего человека и кончая современными индустриально развитыми городами, территориально связано с источниками водоснабжения. По мере научно-технического прогресса и развития городов возрастает годовая потребность человечества в воде. Если в 1971 году она составляла 4000 км3, то к 2000 году она возросла до 8000 км3, а к 2025 году может наступить равновесие между потребностью воды и природными возможностями (Brecht, 1975).
Вода является важнейшей составной частью живого организма. Например, организм человека на 64% состоит из воды. Меньше всего воды в костях (от 22 до 34%). В жировой ткани различных внутренних органов и в мышцах содержание воды достигает 70 - 80%, в нервных волокнах - 82 - 94%; в крови - до 90%, а в слюне - 99,5%. У взрослого человека в нормальных условиях температуры и влажности воздуха баланс воды составляет в среднем 2,2 - 2,8 л в сутки.
Состав питьевой воды оказывает значительное влияние на здоровье людей. Вода может быть источником распространения инфекционных заболеваний, а нарушение солевого состава может стать причиной серьезных нарушений в организме человека, поэтому качество воды должно удовлетворять определенным химическим, бактериологическим и органолептическим требованиям (органолептические показатели включают запах, привкус, мутность и цветность).
Для производственного и бытового потребления Калуга снабжается водой из поверхностных и подземных природных источников. Основная часть воды поступает к потребителям - населению и предприятиям - по городской водопроводной сети, обслуживаемой ГП "Калугаоблводоканал". Протяженность находящейся в ведении предприятия водопроводной сети - почти 350 км (табл. 3.1). Кроме этого, большинство крупных калужских предприятий эксплуатируют артезианские скважины (получившие название от французской провинции Артуа, где в XV веке их впервые задействовали), забирая воду из подземных горизонтов (всего ок.2800 тыс. м3/мес). Часть населения Калуги пользуется водой из имеющихся на территории города или пригорода родников. К перечисленным в таблице подземным водозаборам следует добавить ведомственные артскважины, находящиеся в ведении различных предприятий и организаций города: АО "Калужский турбинный завод" и АО "Аромасинтез" и др. Таким образом, всего в числе подземных источников в пределах Калуги эксплуатируются 40 водозаборов с общим количеством скважин 135, в т. ч.25 из них резервных и 15 - законсервировано. Из источников подземного водоснабжения 81% относятся к упинскому водоносному горизонту. Разведанными запасами подземных вод на 2000 год город обеспечен на 68%.
Нерациональная и неразумная эксплуатация этих водозаборов, использование чистейшей воды для промышленных целей привели к истощению природных источников. Превышение водоотбора, по сравнению с утвержденными расходами, способствовало быстрому снижению уровня воды, подтягиванию солоноватых вод из других горизонтов, образованию депрессивных воронок.
Как показало региональное гидрохимическое апробирование поверхностных водозаборов в различных городах России, ни один технологический способ очистки при получении питьевой воды не дает 100% гарантии извлечения всех токсичных элементов, особенно их комплексно-органических соединений. В случае попадания в воду токсичных, особенно низкомолекулярных соединений, они по существующей технологии не будут обезврежены и попадут к потребителю.
Очистные сооружения водопроводов, построенные много лет назад и рассчитанные, как и калужские, лишь на осветление и обеззараживание, не способны обеспечить достаточную защиту населения от воздействия через воду таких высокотоксичных ксенобиотиков, как диоксины, бензопирены, пестициды и фенолы.
Поэтому использование р. Оки как источника питьевого водоснабжения требует хорошо организованного экологического мониторинга воды выше и в зоне водозабора, разработки целого комплекса мероприятий на случай обнаружения токсичных веществ, в том числе сложных хлорорганических соединений и фенола. У города должен быть вариант быстрого переключения на другие источники водоснабжения в случае аварийной ситуации на Окском водозаборе.
Артезианские источники водоснабжения отличаются высоким качеством питьевой воды. Они залегают ниже одного, двух или нескольких слоев водоупорных пород, лучше защищены от антропогенного воздействия и не требуют дорогостоящей очистки. Эту воду отличает полная прозрачность, бесцветность, отсутствие взвешенных веществ, низкая температура, отсутствие органических загрязнений и высокая чистота в бактериальном отношении. Однако хозяйственная деятельность неизбежно оказывает влияние на качество подземных вод.
В последние годы все большее значение начинают приобретать факторы антропогенного поступления бактерий и грибов в атмосферный воздух. Источником бактериального загрязнения атмосферного воздуха является пыль с почвенного покрова, а также капельки влаги различного происхождения. Обнаружение микроорганизмов в воздухе связано с их способностью адсорбироваться на поверхностях частиц пыли, сажи и аэрозолей.