1. Особенности поведения загрязняющих веществ в океане

2. Антропогенная экология океана - новое научное направление в океанологии

3. Концепция ассимиляционной емкости

4. Выводы из оценки ассимиляционной емкости морской экосистемы загрязняющими веществами на примере Балтийского моря

1 Особенности поведения загрязняющих веществ в океане. Последние десятилетия знаменуются усилением антропогенных воздействий на морские экосистемы в результате загрязнения морей и океанов. Распространение многих загрязняющих веществ приобрело локальный, региональный и даже глобальный масштабы. Поэтому загрязнение морей, океанов и их биоты стало важнейшей международной проблемой, а необходимость охраны морской среды от загрязнений диктуется требованиями рационального использования природных ресурсов.

Под загрязнением моря понимается: «введение человеком прямо или косвенно веществ или энергии в морскую среду (включая эстуарии), влекущее такие вредные последствия, как ущерб живым ресурсам, опасность для здоровья людей, помехи в морской деятельности, включая рыболовство, ухудшение качества морской воды и умень­шение ее полезных свойств». Этот список включает вещества с токсическими свойствами, сбросы нагретых вод (тепловое загрязнение), патогенные микробы, твердые отходы, взвешенные вещества, биогенные вещества и некоторые другие формы антропогенных воздействий.

Наиболее актуальной в наше время стала проблема химиче­ского загрязнения океана.

К источникам загрязнения океана и морей можно отнести следующие:

Сброс промышленных и хозяйственных вод непосредственно в море или с речным стоком;

Поступление с суши различных веществ, применяемых в сельском и лесном хозяйстве;

Преднамеренное захоронение в море загрязняющих веществ; утечки различных веществ в процессе судовых операций;

Аварийные выбросы с судов или подводных трубопроводов;

Разработка полезных ископаемых на морском дне;

Перенос загрязняющих веществ через атмосферу.

Перечень получаемых океаном загрязняющих веществ чрезвычайно обширен. Все они различаются между собой по степени токсичности и масштабам распространения - от прибрежных (локальных) до глобальных.

В Мировом океане находят все новые загрязняющие вещества. Глобальное распространение приобретают наиболее опасные для организмов хлорорганические соединения, полиароматические углеводороды и некоторые другие. Они обладают высокой биоаккумулятивной способностью, резким токсическим и канцерогенным эффектом.

Неуклонное нарастание суммарного воздействия многих источников загрязнения приводит к прогрессирующей эвтрофикации прибрежных морских зон и микробиологическому загрязнению воды, что существенно затрудняет использование воды для раз­личных нужд человека.

Нефть и нефтепродукты. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, обычно имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов (от C 5 до С 70) и содержат 80-85 % С, 10-14 % Н, 0,01-7 % S, 0,01 % N и 0-7 % О 2 .

Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98 %) - подразделяются на четыре класса.

1. Парафины (алканы) (до 90 % от общего состава нефти) -устойчивые насыщенные соединения C n H 2n-2 , молекулы которых выражены прямой или разветвленной (изоалканы) цепью атомов углерода. Парафины включают газы метан, этан, пропан и другие, соединения с 5-17 атомами углерода являются жидкостями, а с большим числом атомов углерода - твердыми веществами. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

2. Циклопарафины. (нафтены)-насыщенные циклические соединения С n Н 2 n с 5-6 атомами углерода в кольце (30-60 % от общего состава нефти). Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические нафтены. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

3. Ароматические углеводороды (20-40 % от общего состава нефти) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем соответствующие нафтены. Атомы углерода в этих соединениях также могут замещаться алкильными группами. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), трициклические (антрацен, фенантрен) и полициклические (например, пирен с 4 кольцами) углеводороды.

4. Олефипы (алкены) (до 10 % от общего состава нефти) -ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

В зависимости от месторождения, нефти существенно различа­ются по своему составу. Так, пенсильванская и кувейтская нефти квалифицируются как парафинистые, бакинская и калифорний­ская - преимущественно нафтеновые, остальные нефти - проме­жуточных типов.

В нефти присутствуют также серосодержащие соединения (до 7% серы), жирные кислоты (до 5% кислорода), азотные соединения (до 1 % азота) и некоторые металлоорганические производные (с ванадием, кобальтом и никелем).

Количественный анализ и идентификация нефтепродуктов в морской среде представляют значительные трудности не только из-за их многокомпонентности и различия форм существования, но и вследствие природного фона углеводородов естественного и биогенного происхождения. Например, около 90 % растворенных в поверхностных водах океана низкомолекулярных углеводородов типа этилена связано с метаболической активностью организмов и распадом их остатков. Однако в районах интенсивного загряз­нения уровень содержания подобных углеводородов повышается на 4-5 порядков.

Углеводороды биогенного и нефтяного происхождения, по данным экспериментальных исследований, имеют ряд различий.

1. Нефть представляет собой более сложную смесь углеводородов с большим диапазоном структур и относительной молекулярной массой.

2. Нефть содержит несколько гомологических серий, в которых соседние члены обычно имеют равные концентрации. Например, в ряду алканов С 12 -C 22 отношение четных и нечетных членов равно единице, тогда как биогенные углеводороды в том же ряду содержат преимущественно нечетные члены.

3. Нефть содержит более широкий диапазон циклоалканов и ароматических углеводородов. Многие соединения, такие, как моно-, ди-, три- и тетраметилбензолы не обнаружены в морских организмах.

4. Нефть содержит многочисленные нафтено-ароматические углеводороды, разнообразные гетеросоединения (имеющие в составе серу, азот, кислород, ионы металлов), тяжелые асфальтоподобные вещества - все они практически отсутствуют в организмах.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространен­ными загрязняющими веществами в Мировом океане.

Пути поступления и формы существования нефтяных углеводо­родов многообразны (растворенная, эмульгированная, пленочная, твердообразная). М. П. Нестерова (1984) отмечает следующие пути поступления:

сбросы в портах и припортовых акваториях, вклюная потери при загрузке бункеров наливных судов (17 %~);

Сброс промышленных- отходов и сточных вод (10%);

Ливневые стоки (5 %);

Катастрофы судов и буровых установок в море (6 %);

Бурение на шельфах (1 %);

Атмосферные выпадения (10 %)",

Вынос речным стоком во всем многообразии форм (28%).

Сбросы в море промывочных, балластных и льяльных вод с судов (23%);

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод,-все это обусловливает присут­ствие постоянных полей загрязнений на трассах морских путей.

Свойством нефтей является их флуоресценция при ультрафиолето­вом облучении. Максимальная интенсивность флуоресценции наб­людается в интервале волн 440-483 нм.

Различие оптических характеристик нефтяных пленок и мор­ской воды позволяет проводить дистанционное обнаружение и оценку нефтяных загрязнений на поверхности моря в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Для этого при­меняются пассивные и активные методы. Большие массы нефти с суши поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Судьба разлитой в море нефти определяется суммой следую­щих процессов: испарение, эмульгирование, растворение, окисле­ние, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация.

Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде поверхностной пленки, образуя слики различной мощности. По цвету пленки можно приблизительно оценить ее толщину. Нефтяная пленка изменяет интенсивность и спект­ральный состав проникающего в водную массу света. Пропуска­ние света тонкими пленками сырой нефти составляет 1 -10 % (280 нм), 60-70 % (400 нм). Пленка нефти толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение.

В первое время существования нефтяных сликов большое зна­чение имеет процесс испарения углеводородов. По данным наблю­дений, за 12 ч улетучивается до 25 % легких фракций нефти, при температуре воды 15 °С все углеводороды до C 15 испаряются за 10 сут (Нестерова, Немировская, 1985).

Все углеводороды обладают слабой растворимостью в воде, уменьшающейся с увеличением числа атомов углерода в моле­куле. В 1 л дистиллированной воды растворяется около 10 мг соединений с С 6 , 1 мг - с С 8 и 0,01 мг соединений с С 12 . Например, при средней температуре морской воды растворимость бензола составляет 820 мкг/л, толуола - 470, пентана - 360, гексана - 138 и гептана - 52 мкг/л. Растворимые компоненты, содержание которых в сырой нефти не превышает 0,01 %, являются наиболее токсичными- для водных организмов. К ним же относятся и веще­ства типа бенз(а)пирена.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсии двух типов: пря­мые «нефть в воде» и обратные «вода в нефти». Прямые эмуль­сии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, ме­нее устойчивы и особенно характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. После удаления летучих и растворимых фракций остаточная нефть чаще образует вязкие обратные эмульсии, которые стабилизируются высокомолекуляр­ными соединениями типа смол и асфальтенов и содержат 50- 80 % воды («шоколадный мусс»). Под влиянием абиотических процессов вязкость «мусса» повышается и начинается его слипа­ние в агрегаты - нефтяные комочки размерами от 1 мм до 10 см (чаще 1-20 мм). Агрегаты представляют собой смесь вы­сокомолекулярных углеводородов, смол и асфальтенов. Потери нефти на формирование агрегатов составляют 5-10%- Высоко­вязкие структурированные образования - «шоколадный мусс» и нефтяные комочки - могут длительное время сохраняться на поверхности моря, переноситься течениями, выбрасываться на берег и оседать на дно. Нефтяные комочки нередко заселяются перифитоном (сине-зеленые и диатомовые водоросли, усоногие рачки и другие беспозвоночные).

Пестициды составляют обширную группу искусственно создан­ных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болез­нями растений. В зависимости от целевого назначения пестициды делятся на следующие группы: инсектициды – для борьбы с вред­ными насекомыми, фунгициды и бактерициды – для борьбы с грибными и бактериальными болезнями растений, гербициды – против сорных растений и т. д. Согласно расчетам экономистов, каждый рубль, затраченный на химическую защиту растений от вредителей и болезней, обеспечивает сохранение урожая и его качество при возделывании зерновых и овощных культур в сред­нем на 10 руб., технических и плодовых – до 30 руб. Вместе с тем экологическими исследованиями установлено, что пестициды, уничтожая вредителей урожаев, наносят огромный вред многим полезным организмам и подрывают здоровье природных биоцено­зов. В сельском хозяйстве уже давно стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологи­чески чистым) методам борьбы с вредителями.

В настоящее время более 5 млн. т пестицидов ежегодно посту­пает на мировой рынок. Около 1,5 млн. т этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем эоловым или водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязня­ющих сточные воды.

В водной среде чаще других встречаются представители инсек­тицидов, фунгицидов и гербицидов.

Синтезированные инсектициды делятся на три основные группы: хлорорганические, фосфорорганические и карбаматы.

Хлорорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических или гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) и его произ­водные, в молекулах которых устойчивость алифатических и аро­матических групп в совместном присутствии возрастает, всевоз­можные хлорированные производные циклодиена (элдрин, дил-дрин, гептахлор и др.), а также многочисленные изомеры гекса-хлорциклогексана (у-ГХЦГ), из которых наиболее опасен линдан. Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации.

В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы (ПХБ) – производные ДДТ без алифатической части, насчиты­вающие 210 теоретических гомологов и изомеров.

За последние 40 лет использовано более 1,2 млн. т ПХБ в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов и т. д. Полихлорбифенилы попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжига­ния твердых отходов на свалках. Последний источник поставляет ПХБ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпа­дают во всех районах земного шара. Так, в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПХБ составило 0,03 – 1,2 нг/л.

Фосфорорганические пестициды – это сложные эфиры различных спиртов ортофосфорной кислоты или одной из ее производ­ных, тиофосфорной. В эту группу входят современные инсекти­циды с характерной избирательностью действия по отношению к насекомым. Большинство органофосфатов подвержены довольно быстрому (в течение месяца) биохимическому распаду в почве и воде. Синтезировано более 50 тысяч активных веществ, из ко­торых особую известность получили паратион, малатион, фозалонг, дурсбан.

Карбаматы – это, как правило, сложные эфиры n-метакарба-миновой кислоты. Большинство из них также обладает избирательностью действия.

В качестве фунгицидов, применяемых для борьбы с грибными заболеваниями растений, ранее использовались соли меди и не­которые минеральные соединения серы. Затем широкое употреб­ление нашли ртутьорганические вещества типа хлорированной метилртути, которая из-за своей крайней токсичности для жи­вотных была заменена метоксиэтилами ртути и ацетатами фенил-ртути.

В группу гербицидов входят производные феноксиуксусной кислоты, обладающие сильным физиологическим действием. Триазины (например, симазин) и замещенные мочевины (монурон, диурон, пихлорам) составляют еще одну группу гербицидов, довольна хорошо растворимых в воде и устойчивых в почвах. Наиболее сильным из всех гербицидов является пихлорам. Для полного уничтожения некоторых видов растений требуется всего лишь 0,06 кг этого вещества на 1 га.

В морской среде постоянно обнаруживаются ДДТ и его метаболиты, ПХБ, ГХЦГ, делдрин, тетрахлорфенол и другие.

Синтетические поверхностно-активные вещества. Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в со­став синтетических моющих средств (CMC), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ по­падают в материковые поверхностные воды и морскую среду. Синтетические моющие средства содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингре­диентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты нат­рия и другие.

Молекулы всех СПАВ состоят из гидрофильной и гидрофобной частей. Гидрофильной частью служат карбоксильная (СОО -), сульфатная (OSO 3 -) и сульфонатная (SO 3 -) группы, а также скоп­ления остатков с группами -СН 2 -СН 2 -О-СН 2 -СН 2 - или группы, содержащие азот и фосфор. Гидрофобная часть состоит обычно из прямой, включающей 10-18 атомов углерода, или раз­ветвленной парафиновой цепи, из бензольного или нафталинового кольца с алкильными радикалами.

В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные (органический ион заряжен отрицательно), катионоактивные (органический ион за­ряжен положительно), амфотерные (проявляющие в кислом раст­воре катионактивные свойства, а в щелочном - анионоактивные) и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Их раст­воримость обусловлена функциональными группами, имеющими -сильное сродство к воде, и образованием водородной связи между молекулами воды и атомами кислорода, входящими в полиэти-ленгликолевый радикал ПАВ.

Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные вещества. На их долю приходится более 50 % всех производимых в мире СПАВ. Наибольшее рас­пространение получили алкиларилсульфонаты (сульфонолы) и алкилсульфаты. Молекулы сульфонолов содержат ароматическое кольцо, водородные атомы которого замещены одной или несколь­кими алкильными группами, а в качестве сольватирующей группы - остаток серной кислоты. Многочисленные алкилбензол-сульфонаты и алкилнафталинсульфонаты часто исполь­зуются при изготовлении различных бытовых и промышленных CMC.

Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химической технологии, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования.

В сельском хозяйстве применяются СПАВ в составе пестицидов. С помощью СПАВ эмульгируют нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях жидкие и порошко­образные токсичные вещества, причем многие СПАВ сами обла­дают инсектицидными и гербицидными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соеди­нения, проявляющие трансформирующую активность и способ­ные вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процес­сов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в орга­низмах. В зависимости от условий воздействия они могут приво­дить к ингибированию роста, ускорению старения, токсикогенезу, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда ор­ганизмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, отно­сятся хлорированные алифатические углеводороды с короткой щепочкой атомов углерода в молекуле, винилхлорид, пестицидные препараты и, особенно, полициклические ароматические углево­дороды (ПАУ). Последние представляют собой высокомолекуляр­ные органические соединения, в молекулах которых бензольное кольцо является основным элементом структуры. Многочисленные незамещенные ПАУ содержат в молекуле от 3 до 7 бензольных колец, разнообразно соединенных между собой. Существует также большое число полициклических структур, содержащих функциональную группу либо в бензольном кольце, либо в боко­вой цепи. Эта галоген-, амино-, сульфо-, нитропроизводные, а также спирты, альдегиды, эфиры, кетоны, кислоты, хиноны и другие соединения ароматического ряда.

Растворимость ПАУ в воде невелика и уменьшается с увеличением молекулярной массы: от 16 100 мкг/л (аценафтилен) до 0,11 мкг/л (3,4-бензпирен). Присутствие в воде солей практически не влияет на растворимость ПАУ. Однако в присутствии бензола, нефти, нефтепродуктов, детергентов и других органических ве­ществ растворимость ПАУ резко возрастает. Из группы незамещенных ПАУ в природных условиях наиболее известен и распространен 3,4-бензпирен (БП).

Источниками ПАУ в окружающей среде могут служить природные и антропогенные процессы. Концентрация БП в вулкани­ческом пепле составляет 0,3-0,9 мкг/кг. Это означает, что с пеп­лом в окружающую среду может поступать 1,2-24 т БП в год. Поэтому максимальное количество ПАУ в современных донных осадках Мирового океана (более 100 мкг/кг массы сухого веще­ства) обнаружено в тектонически активных зонах, подверженных глубинному термическому воздействию.

По имеющимся сведениям, некоторые морские растения и жи­вотные могут синтезировать ПАУ. В водорослях и морских тра­вах вблизи западного побережья Центральной Америки содержа­ние БП достигает 0,44 мкг/г, а в некоторых ракообразных в Арктике-0,23 мкг/г. Анаэробные бактерии вырабатывают до 8,0 мкг БП из 1 г липидных экстрактов планктона. С другой сто­роны, существуют специальные виды морских и почвенных бакте­рий, разлагающих углеводороды, включая ПАУ.

По оценкам Л. М. Шабада (1973) и А. П. Ильницкого (1975), фоновая концентрация БП, создаваемая в результате синтеза БП растительными организмами и вулканической дея­тельности, составляет: в почвах 5-10 мкг/кг (сухого вещества), в растениях 1-5 мкг/кг, в воде пресноводных водоемов 0,0001 мкг/л. Соответственно выводятся и градации степени за­грязненности объектов окружающей среды (табл. 1.5).

Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различ­ных материалов, древесины и топлива. Пиролитическое образование ПАУ происходит при температуре 650-900 °С и недостатке кислорода в пламени. Образование БП наблюдалось в процессе пиролиза древесины с максимальным выходом при 300-350 °С (Дикун, 1970).

По оценке М. Зюсса (Г976 г.), глобальная эмиссия БП в 70-х годах составляла около 5000 т в год, причем 72 % приходится на промышленность и 27 % - на все виды открытого сжигания.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и другие) относятся к числу распространенных и весьма токсичных, загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому несмотря на очистные ме­роприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промыш­ленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, сви­нец и кадмий.

Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород, ежегодно выделяется 3,5 тыс. т ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т ртути, причем значительная часть антропогенного происхождения. В результате извержения вулканов и с атмосферными осадками на поверхность океана ежегодно поступает 50 тыс. т ртути, а при дегазации литосферы - 25-150 тыс. т. Около половины годового промышленного произ­водства этого металла (9-10 тыс. т/год) различными путями по­падает в океан. Содержание ртути в каменном угле и нефти со­ставляет в среднем 1 мг/кг, поэтому при сжигании ископаемого топлива Мировой океан получает более 2 тыс. т/год. Годовая до­быча ртути превышает 0,1 % от ее общего содержания в Мировом океане, однако антропогенный приток уже превосходит естественный вынос реками, что характерно для многих металлов.

В районах, загрязняемых промышленными сточными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бентосные бактерии переводят хлориды в высокотоксичную (моно- и ди-) метилртуть CH 3 Hg. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению, прибрежного населения. К 1977 г. в Японии насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата. Причиной послужили отходы пред­приятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых, в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в за­лив Минамата.

Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец, активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйст­венной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприя­тий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.

По оценкам В. В. Добровольского (1987), перераспределение масс свинца между сушей и Мировым океаном имеет следующий вид. С. речным стоком при средней концентрации свинца в воде 1 мкг/л в океан водорастворимого свинца выносится около 40 10 3 т/год, в твердой фазе речных взвесей примерно 2800-10 3 т/год, в тонком органическом детрите-10 10 3 т/год. Если учесть, что в узкой прибрежной полосе шельфа оседает более 90 % речных взвесей и значительная часть водорастворимых соединений металлов захватывается гелями оксидов железа, то в результате пелагиаль океана получает лишь около (200- 300) 10 3 т в составе тонких взвесей и (25-30) 10 3 т растворенных соединений.

Миграционный поток свинца с континентов в океан идет не только с речным стоком, но и через атмосферу. С континенталь­ной пылью океан получает (20-30)-10 3 т свинца в год. Поступле­ние его на поверхность океана с жидкими атмосферными осад­ками оценивается в (400-2500) 10 3 т/год при концентрации в дождевой воде 1-6 мкг/л. Источниками свинца, поступающего в атмосферу являются вулканические выбросы (15-30 т/год в составе пелитовых продуктов извержений и 4 10 3 т/год в суб­микронных частицах), летучие органические соединения от расти­тельности (250-300 т/год), продукты сгорания при пожарах ((6-7) 10 3 т/год) и современная промышленность. Производ­ство свинца возросло от 20-10 3 т/год в начале XIX в. до 3500 10 3 т/год к началу 80-х годов XX в. Современный выброс свинца в окружающую среду с индустриальными и бытовыми отходами оценивается в (100-400) 10 3 т/год.

Кадмий, мировое производство которого в 70-х годах достигло 15 10 3 т/год, также поступает в океан с речным стоком и через атмосферу. Объем атмосферного выноса кадмия, по разным оценкам, составляет (1,7-8,6) 10 3 т/год.

Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг). Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлама, отхо­дов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов и т. п. Объем захоронений составляет около 10 % от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Так, с 1976 по 1980 г. ежегодно с целью захоронения, чем и опреде­ляется понятие «дампинг», сбрасывалось более 150 млн. т разно­образных отходов.

Основанием для дампинга в море служит способность мор­ской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба качеству воды. Од­нако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассмат­ривается как вынужденная мера, временная дань общества несо­вершенству технологии. Отсюда особую важность приобретают выработка и научное обоснование путей регулирования сбросов отходов в море.

В шламах промышленных производств присутствуют разнооб­разные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40 % органических веществ, 0,56 % азота, 0,44 % фосфора, 0,155 % цинка, 0,085 % свинца, 0,001 % кадмия, 0,001 ртути. Шламы очистных сооружений коммунальных стоков содержат (на массу сухого вещества) до. 12 % гуминовых веществ, до 3 % общего азота, до 3,8 % фосфатов, 9-13 % жиров, 7-10 % углеводов и загрязнены тяжелыми металлами. Аналогичный состав имеют и материалы дночерпания.

Во время сброса при прохождении материала через столб воды часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому рас­ходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезнове­нию, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количе­ства органических веществ создает в грунтах устойчивую восста­новительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов в восстановлен­ной форме. При этом происходит восстановление сульфатов и нитратов, выделяются фосфаты.

Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени под­вергаются организмы нейстона, пелагиали и бентоса. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные угле­водороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух- вода. Это приводит к гибели личинок беспозвоночных, личинок и мальков рыб, вызывает увеличение численности нефтеокисляющих и патогенных микроорганизмов. Наличие в воде загрязня­ющей взвеси ухудшает условия питания, дыхания и обмена ве­ществ у гидробионтов, сокращает скорость роста, тормозит по­ловое созревание планктонных ракообразных. Загрязняющие ве­щества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышен­ная мутность придонной воды приводят к засыпке и гибели от удушья прикрепленных и малоподвижных форм бентоса. У вы­живших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко из­меняется видовой состав донного сообщества.

При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга с учетом свойств материалов и характеристик морской среды. Необходимые критерии решения проблемы со­держит «Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбро­сами отходов и других материалов» (Лондонская конвенция по дампингу, 1972 г.). Основные требования Конвенции сле­дующие.

1. Оценка количества, состояния и свойств (физических, хи­мических, биохимических, биологических) сбрасываемых мате­риалов, их токсичности, устойчивости, склонности к накоплению и биотрансформации в водной среде и морских организмах. Использование возможностей нейтрализации, обезвреживания и реутилизации отходов.

2. Выбор районов сброса с учетом требований максимального разбавления веществ, минимального распространения их за пределы сброса, благоприятного сочетания гидрологических и гидрофизических условий.

3. Обеспечение удаленности районов сброса от районов нагула рыб и нереста, от мест обитания редких и чувствительных видов гидробионтов, от зон отдыха и хозяйственного использования.

Техногенные радионуклиды. Океану свойственна естественная радиоактивность, обуслов­ленная присутствием в нем 40 К, 87 Rb, 3 H, 14 С, а также радионуклидов рядов урана и тория. Более 90 % естественной радиоак­тивности воды океана приходится на долю 40 К, что составляет 18,5-10 21 Бк. Единица активности в системе СИ - беккерель (Бк), равен активности изотопа, в котором за время 1 с происходит 1 акт распада. Ранее широко использовалась внесистемная единица радиоактивности кюри (Ки), соответствующая актив­ности изотопа, в котором за время 1 с происходит 3,7-10 10 актов распада.

Радиоактивные вещества техногенного происхождения, глав­ным образом продукты деления урана и плутония, стали в боль­ших количествах поступать в океан после 1945 г., т. е. с начала испытаний ядерного оружия и широкого развития промышлен­ного получения делящихся материалов и радиоактивных нукли­дов. Выявляются три группы источников: 1) испытания ядерного оружия, 2) сброс радиоактивных отходов, 3) аварии судов с атомными двигателями и аварии, связанные с использованием, транспортировкой и получением радионуклидов.

Многие радиоактивные изотопы с коротким периодом полураспада, хотя и обнаруживаются после взрыва в воде и морских организмах, в глобальных радиоактив­ных выпадениях почти не встречаются. Здесь в первую очередь присутствуют 90 Sr и 137 Cs с периодом полураспада около 30 лет. Наиболее опасным радионуклидом из непрореагировавших остатков ядерных зарядов является 239 Pu (T 1/2 =24,4-10 3 лет), очень ядовитый как химическое вещество. По мере распада продуктов деления 90 Sr и 137 Cs, он становится основным компонентом загрязнения. К моменту моратория атмосферных испытаний ядерного оружия (1963 г.) активность 239 Рu в окружающей среде со­ставила 2,5-10 16 Бк.

Отдельную группу радионуклидов образуют 3 Н, 24 Na, 65 Zn, 59 Fe, 14 C, 31 Si, 35 S, 45 Ca, 54 Mn, 57,60 Co и другие, возникающие при взаимодействии нейтронов с элементами конструкций и внешней среды. Основными продуктами ядерных реакций с нейтронами в морской среде являются радиоизотопы натрия, калия, фосфора, хлора, брома, кальция, марганца, серы, цинка, происходящие из растворенных в морской воде элементов. Это наведенная актив­ность.

Большая часть радионуклидов, попадающих в морскую среду, имеет постоянно присутствующие в воде аналоги, такие, как 239 Pu, 239 Np, 99 T C) трансплутониевые не характерны для состава морской воды, и живое вещество океана должно приспосабли­ваться к ним заново.

В результате переработки ядерного топлива появляется значительное количество радиоактивных отходов в жидкой, твердой и газообразной формах. Основную массу отходов составляют радиоактивные растворы. Учитывая высокую стоимость переработки и хранения концентратов в специальных хранилищах, некоторые страны предпочитают сливать отходы в океан с речным стоком или сбрасывать их в бетонных блоках на дно глубоководных впадин океанов. Для радиоактивных изотопов Ar, Xe, Em и Т еще не разработаны надежные методы концентрирования, поэтому они могут попадать "в океаны с дождевыми и сточными водами.

При эксплуатации атомных энергетических установок на над­водных и подводных судах, которых насчитывается уже несколько сотен, ежегодно в океан вносят около 3,7-10 16 Бк с ионообменными смолами, около 18,5-10 13 Бк с жидкими отходами и 12,6-10 13 Бк вследствие утечек. Аварийные ситуации также вно­сят значительный вклад в радиоактивность океана. К настоящему времени сумма радиоактивности, привнесенной в океан человеком, не превышает 5,5-10 19 Бк, что еще невелико по сравнению с естественным уровнем (18,5-10 21 Бк). Однако концентрированноcть и неравномерность выпадений радионукли­дов создает серьезную опасность радиоактивного заражения воды и гидробионтов в отдельных районах океана.

2 Антропогенная экология океана –новое научное направление в океанологии. В результате антропогенного воздействия в океане возникают дополнительные экологические факторы, способствующие негативной эволюции морских экосистем. Обнаружение этих факторов стимулировало развертывание широких фундаментальных исследований в Мировом океане и зарождение новых научных направлений. К их числу относится антропогенная экология океана. Это новое направление призвано изучать механизмы реагирования организмов на антропогенные воз­действия на уровне клетки, организма, популяции, биоценоза, экосистемы, а также исследовать особенности взаимодействий между живыми организмами и средой обитания в изменившихся условиях.

Объект изучения антропогенной экологии океана - изменение экологических характеристик океана, причем в первую очередь тех изменений, которые имеют значение для экологической оценки состояния биосферы в целом. В основе этих изысканий лежит комплексный анализ состояния морских экосистем с учетом географической зональности и степени антропогенного воздействия.

Антропогенная экология океана применяет для своих целей сле­дующие методы анализа: генетический (оценка канцерогенной и мутагенной опасности), цитологический (изучение клеточного строения морских организмов в нормальном и патологическом состоянии), микробиологический (изучение адаптации микроорга­низмов к токсичным загрязняющим веществам), экологический (познание закономерностей образования и развития популяций и биоценозов в конкретных условиях обитания с целью прогноза их состояния в меняющихся условиях среды), эколого-токсикологический (исследование отклика морских организмов на воздействие загрязнений и определение критических концентраций за­грязняющих веществ), химический (изучение всего комплекса природных и антропогенных химических веществ в морской среде).

Основная задача антропогенной экологии океана состоит в раз­работке научных основ определения критических уровней загряз­няющих веществ в морских экосистемах, оценки ассимиляционной емкости морских экосистем, нормирования антропогенных воздействий на Мировой океан, а также в создании математических моделей экологических процессов для прогноза экологических ситуаций в океане.

Знания о важнейших экологических явлениях в океане (таких, как продукционно-деструкционные процессы, прохождение биогеохимических циклов загрязняющих веществ и т. д.) ограничены недостатком информации. Этим затрудняется прогнозирование экологической ситуации в океане и осуществление природоохран­ных мероприятий. В настоящее время особую значимость приобретает осуществление экологического мониторинга океана, стратегия которого ориентирована на долговременные наблюдения в определенных районах океана с целью создания банка данных, освещающих глобальные перестройки океанических экосистем.

3 Концепция ассимиляционной емкости. По определению Ю. А. Израэля и А. В. Цыбань (1983, 1985), ассимиляционная емкость морской экосистемы А i по данному загрязняющему веществу i (или суммы загрязняющих веществ) и для m-й экосистемы - это максимальная динамическая вмести­мость такого количества загрязняющих веществ (в пересчете на всю зону или единицу объема морской экосистемы), которое может быть за единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано (биологическими или химическими превращениями) и вы­ведено за счет процессов седиментации, диффузии или любого другого переноса за пределы объема экосистемы без нарушения ее нормального функционирования.

Суммарное удаление (А i) загрязняющего вещества из морской экосистемы можно записать в виде

где K i - коэффициент запаса, отражающий экологические условия протекания процесса загрязнения в различных зонах морской экосистемы; τ i - время пребывания загрязняющего вещества в морской экосистеме.

Это условие соблюдается при , где С 0 i - критическая концентрация за­грязняющего вещества в морской воде. Отсюда ассимиляционная емкость может быть оценена по формуле (1) при ;.

Все величины, входящие в правую часть уравнения (1) можно непосредственно измерить по данным, полученным в процессе долгопериодных комплексных исследований состояния морской экосистемы. При этом последовательность определения ассимиляционной емкости морской экосистемы к конкретным загрязняющим веществам включает три основных этапа: 1) расчет балансов массы и времени жизни загрязняющих веществ в экосистеме, 2) анализ биотического баланса в экосистеме и 3) оценка критических концентраций воздействия загрязняющих веществ (или экологических ПДК) на функционирование биоты.

Для решения вопросов экологического нормирования антропо­генных воздействий на морские экосистемы расчет ассимиляци­онной емкости наиболее репрезентативен, поскольку он учитывает ассимиляционной емкости предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) водоема ЗВ рассчитывается достаточно просто. Так, при стационарном режиме загрязнения водоема ПДЭН будет равна ассимиляционной емкости.

4 Выводы из оценки ассимиляционной емкости морской экосистемы загрязняющими веществами на примере Балтийского моря. На примере Балтийского моря были рассчитаны значения ассимиляционной емкости для ряда токсичных металлов (Zn, Сu, Pb, Cd, Hg) и органических веществ (ПХБ и БП) (Израэль, Цыбань, Вентцель, Шигаев, 1988).

Средние концентрации токсичных металлов в морской воде оказались на один-два порядка меньше их пороговых доз, а концентрации ПХБ и БП только на порядок меньше. Отсюда коэффициенты запаса для ПХБ и БП оказались меньше, чем для металлов. На первом этапе работы авторы расчета, используя материалы долгопериодных экологических исследований в Балтийском море и литературные источники, определили концентрации загрязняющих веществ в компонентах экосистемы, скорости биоседиментации, потоки веществ на границах экосистемы и активность микробного разрушения органических веществ. Все это позволило составить балансы и рассчитать время «жизни» рассматриваемых веществ в экосистеме. Время «жизни» металлов в экосистеме Балтики оказалось достаточно малым для свинца, кадмия и ртути, несколько большим для цинка и максимальным для меди. Время «жизни» ПХБ и бенз(а)пирена составляет 35 и 20 лет, что определяет необходимость введения системы генетического мониторинга Балтийского моря.

На втором этапе исследований было показано, что наиболее чувствительным к загрязняющим веществам и изменениям экологической обстановки элементом биоты являются планктонные микроводоросли, а следовательно, в качестве процесса - «мишени» следует выбрать процесс первичного продуцирования органического вещества. Поэтому здесь применяются пороговые дозы загрязняющих веществ, установленные для фитопланктона.

Оценки ассимиляционной емкости зон открытой части Балтий­ского моря показывают, что существующий сток цинка, кадмия и ртути соответственно в 2, 20 и 15 раз меньше минимальных значений ассимиляционной емкости экосистемы к этим металлам и не представляет прямой опасности первичному продуцированию. В то же время поступление меди и свинца уже превышает их ассимиляционную емкость, что требует введения специальных мер по ограничению стока. Современное поступление БП еще не достигло минимального значения ассимиляционной емкости, а ПХБ превышает ее. Последнее говорит о настоятельной необходимости дальнейшего снижения сбросов ПХБ в Балтийское море.

Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд м 3 сточных вод, 90% которых предварительно не очищены. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных - морских птиц, например. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.). В Японском море сущим бедствием стали «красные приливы», следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу.

По мнению Ю.А. Израэля (1985), экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях (рис. 7.3):

• нарушении устойчивости экосистем;
• прогрессирующей эвтрофикации;
• появлении «красных приливов»;
• накоплении химических токсикантов в биоте;
• снижении биологической продуктивности;
• возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;
• микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.

Рис. 7.3.

До определенного предела морские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям химических токсикантов, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных пестицидов - ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых других странах, тем не менее он поступает в Мировой океан в значительном количестве.) Ученые доказали и существование в водах Мирового океана интенсивных процессов биотрансформации опасного загрязнителя - бенз(а)пирена, благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.

В то же время в океан продолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.

Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн т нефтяных углеводородов. Почти половина этого количества связана с транспортировкой и разработкой месторождений на шельфе. Континентальное нефтяное загрязнение поступает в океан через речной сток. Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн т нефтепродуктов.

В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны долго плавать на поверхности моря. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы и усатые киты. Вместе с ними они заглатывают и нефть. Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и становятся непригодны для употребления в пищу из-за неприятного запаха и вкуса.

Все компоненты нетоксичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бенз(а)пирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бенз(а)пирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое морской воды, имеющем особенно важное значение для различных сторон жизни океана. В нем сосредоточено множество организмов, этот слой играет роль «детского сада» для многих популяций. Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды.

Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику.

Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т.е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих «потребителей» и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остротоксичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность.

Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км 3 воды в год. Вместе с ним в Мировой океан поступает до 2 млн т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении

Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу.

По своему токсичному действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные органические формы. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь «Минамата», получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многих людей, употреблявших в пищу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината.

Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы не только накапливаются в морских организмах, отравляя тем самым морские продукты питания, но и пагубно влияют на обитателей моря. Коэффициенты накопления токсичных металлов, т.е. концентрация их на единицу веса в морских организмах по отношению к морской воде, меняются в широких пределах - от сотен до сотен тысяч, в зависимости от природы металлов и видов организмов. Эти коэффициенты показывают, как накапливаются вредные вещества в рыбе, моллюсках, ракообразных, планктонных и других организмах.

Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или других вредных веществ. Интересно отметить, что при концентрации ртути в воде только в 10 раз большей ее естественного содержания загрязнение устриц уже превышает норму, установленную в некоторых странах. Это показывает, как близок тот предел загрязнения морей, который нельзя переступить без вредных последствий для жизни и здоровья людей.

Однако последствия загрязнения опасны, прежде всего, для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших таксонов - рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно они значительны во внутренних морях, морях закрытого типа. В Каспийском, Черном, Балтийском морях за последние 10-20 лет биомасса микроорганизмов выросла почти в 10 раз.

Загрязнение Мирового океана приводит к постепенному снижению первичной биологической продукции. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря.

Каким будет ближайшее будущее для Мирового океана, для важнейших морей? В целом для Мирового океана ожидается на ближайшие 20-25 лет рост его загрязнения в 1,5-3 раза. Соответственно этому будет ухудшаться и экологическая ситуация. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы. Ожидается, что первичная биологическая продукция океана может понизиться в ряде крупных районов на 20-30% по сравнению с нынешней.

Сейчас уже ясен путь, который позволит людям избежать экологического тупика. Это безотходные и малоотходные технологии, превращение отходов в полезные ресурсы. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.

Контрольные вопросы

• 1. В чем заключаются экологические функции воды на планете?
• 2. Какие изменения в круговорот воды внесло появление жизни на планете?
• 3. Как происходит круговорот воды в биосфере?
• 4. От чего зависит величина транспирации? Каковы ее масштабы?
• 5. В чем заключается экологическое значение растительного покрова с позиций геоэкологии?
• 6. Что понимается под загрязнением гидросферы? В чем оно проявляется?
• 7. Какие выделяют виды загрязнения вод?
• 8. Что собой представляет химическое загрязнение гидросферы? Каковы его виды и особенности?
• 9. Каковы основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод?
• 10. Какие вещества относятся к основным загрязнителям гидросферы?
• 11. Каковы для экосистем Земли экологические последствия загрязнения гидросферы?
• 12. Какие последствия для здоровья человека представляет использование загрязненной воды?
• 13. Что понимается под истощением вод?
• 14. Каковы экологические последствия загрязнения Мирового океана?
• 15. Как проявляется нефтяное загрязнение морской воды? Каковы его экологические последствия?

По мере развития производственных сил в бассейне озера Байкал заметно усилилось антропогенное воздействие на природную среду. Появились новые источники загрязнения. В Байкал ежегодно сбрасывалось свыше 700 млн. кубометров сточных вод. В реке Селенга, впадающей в Байкал, почти на километр ниже сброса стоков Селенгинского целлюлозно-картонного комбината концентрация загрязняющих веществ существенно превышает предельно допустимые нормы. По оценке специалистов, основное количество всех минеральных, органических и взвешенных веществ поступает в озеро со стоками Селенги, а остальные с других притоков (около 500 рек). До сих пор, несмотря на все принимаемые меры, выразившиеся в закрытии ряда целлюлозных комбинатов на берегу озера и установки очистных сооружений на оставшихся, положение к лучшему не изменилось. Загрязнение озера идет полным ходом. В озере Байкал рыбы становится все меньше и меньше. Сравните сами, 250 тонн сдавали в 1960 году и 120 в 1990 году. Такое происходит со многими озерами России.

Ничем не ограждены от загрязнения и моря, которые давно служат местом свалки различных нечистот . Моря и океаны загрязняются такими вредными для их жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы. Загрязнение происходит в результате сброса в реки, а затем и в океан сточных вод различных предприятий. Сколько полей и лесов обработанных пестицидами и потерь нефти, при ее перевозке танкерами?

Газообразные токсические вещества, такие как оксид углерода, оксид серы, попадают в морские воды через атмосферу. По подсчетам, вместе с дождем в моря и океаны попадает 50000 тонн свинца. Вблизи береговой линии и в районе больших городов в морской воде нередко обнаруживается патогенная микрофлора. Степень загрязнения морской воды все больше и больше увеличивается. Нередко способность морей и океанов к самоочищению оказывается уже недостаточной. В основном поля загрязнений формируются в прибрежных водах крупных промышленных центров и узких рек, а так же в районах интенсивного судоходства и добычи нефти. Очень быстро загрязнения распространяются течениями и оказывают вредное воздействие на зоны, наиболее богатые животными и растительностью. Наносят серьезный ущерб состоянию морских экосистем.

Нефть и нефтепродукты. Ртуть и пестициды

К числу наиболее вредных химических веществ относят нефть и нефтепродукты. В связи с ростом добычи, транспортировки, переработки и потребления нефти расширяются масштабы загрязнения природы. Первыми жертвами загрязнения нефтепродуктами морских пространств оказываются птицы. Их оперение, когда они садятся на поверхность воды, затянутой пленкой нефти, утрачивают свои теплоизоляционные свойства. Вскоре птица погибает в результате кровоизлияния и расстройств вызванных нарушением терморегуляции. Но не только птицы страдают от действия нефтепродуктов, поскольку пленка нефти препятствует насыщению воды кислородом, прекращается жизнедеятельность организмов, в частности планктона. Кроме того, некоторые компоненты нефти действуют как настоящие яды на морских беспозвоночных, в особенности на ракообразных и даже на рыб.

Серьезную угрозу для человека представляют съедобные моллюски, которые концентрируют некоторые канцерогенные компоненты нефтепродуктов. Так в раковинах сердцевидки, устриц и мидий был найден бензопирен. Отходы нефти, разносимые течениями, прибиваются к берегам и прибрежной зане. Эти скопления оказывают большое влияние на организмы животных прибрежной полосы и очень неприятны для людей, посещающих пляжи.

Растворимые компоненты нефти являются очень ядовитыми. Присутствие их в морской воде приводит к гибели их обитателей. Они отрицательно влияют на вкусовые качества морских животных. Если оплодотворенную икру рыбы поместить в аквариум, с весьма незначительной концентрацией нефтепродуктов, то большинство зародышей погибает. А многие из уцелевших оказываются уродами. Негативное влияние нефти на живые организмы выражается в нарушении работы ферментативного аппарата, нервной системы и в патологическом изменении тканей и органов. Для морских обитателей нефть - своего рода наркотик. Замечено, что некоторые рыбы «хлебнув» однажды нефти, уже не стремятся покинуть отравленную зону. Нефтяное загрязнение - это грозный фактор, влияющий на жизнь всего мирового океана.

Ежедневно с земли в океан поступает до 5000 тонн ртути, используемой в сельском хозяйстве и промышленности. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продуктивность морских вод. В зонах наибольшей концентрации отмечается уменьшение количества мельчайших зеленых водорослей, синтезирующих органические вещества и выделяющих кислород. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем, по пищевой цепочке, передаются высокоорганизованным организмам. В результате в рыбах и морских млекопитающих металлы могут накапливаться в опасных концентрациях.

Мировая продукция пестицидов достигает больших масштабов. Относительная химическая устойчивость многих из этих соединений, а так же характер распространения, способствовали их поступлению в моря и океаны. Постоянное накопление в воде хлорорганических веществ представляет серьезную угрозу для жизни людей.

Моря и океаны, через реки непосредственно с суши, с судов и барж сбрасываются жидкие и твердые отходы . Часть этих загрязнений оседают в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений, рассеивается в разных направлениях. В поверхностном слое моря, в огромных количествах развиваются бактерии и не только полезные, играющие большую роль в жизни моря. В последнее время, вблизи крупных городов, все чаще появляются патогенные виды бактерий возбудители желудочно-кишечных заболеваний. Это следствие выпуска в море бытовых сточных вод без предварительной их биологической очистки.

Воды на Земле огромное количество, снимки из космоса доказывают данный факт. И в настоящее время вызывают опасения о быстротечном загрязнение этих вод. Источниками загрязнения являются выбросы в Мировой океан бытовых и промышленных сточных вод, .

Причины загрязнения вод Мирового океана

Люди всегда стремились к воде, именно эти территории люди пытались освоить в первую очередь. Порядка шестидесяти процентов всех больших городов находятся на прибрежной зоне. Так на побережье Средиземного моря находятся государства, население которых численно равно двести пятьдесят миллионов человек. И при этом большие промышленные комплексы выбрасывают в море порядка несколько тысяч тонн всевозможных отходов, в том числе большие города туда же сливают и канализацию. Поэтому не стоит удивляться, что когда воду берут на пробу, то там находят огромное количество различных вредных микроорганизмов.

С ростом количества городов и растет количество выливаемых отбросов в Мировой океан. Даже такому большому природному ресурсу не под силу переработать столько отходов. Происходит отравление и как прибрежной, так и морской, упадок рыбного хозяйства.

Борются с загрязнениями города следующим образом – отходы сбрасывают подальше от берега и на большую глубину с помощью многокилометровых труб. Но это вообще ничего не решает, а лишь отсрочивает время уничтожения полностью флоры и фауны моря.

Виды загрязнения Мирового океана

Один из самых главных загрязнителей вод океана является нефть. Попадает она туда всячески: при крушении нефтерудовозов; аварий на морских нефтепромыслах, при добыче нефти из морского дна. Из-за нефти гибнет рыба, а та, что выживает, имеет неприятный привкус и запах. Вымирают морские птицы, лишь в прошлом году умерло тридцать тысяч уток – морянок около Швеции из-за нефтяных пленок на поверхности воды. Нефть, плавая по морским течениям, и, приплывая к берегу, сделала непригодными для отдыха и купания многие курортные зоны.

Так Межправительственная морское общество создало соглашение, по которому нельзя сливать нефть в воду за пятьдесят километров от берега, большинство морских держав его подписало.

Кроме того постоянно происходит и радиоактивное заражение океана. Это происходит через течи в ядерных реакторах или от затонувших ядерных подводных лодок, что приводит к радиационному изменению флоры и фауны, ему в этом помогло течение и с помощью цепей питания от планктона к большой рыбе. В настоящий момент многие ядерные державы используют Мировой океан для размещения ракетно–ядерных боеголовок подлодок, производят захоронение отработанных ядерных отходов.

Еще одна из катастроф океана — это цветение воды, связано с разрастанием водорослей. А это приводит к сокращению улова лосося. Быстрое размножение водорослей происходит из-за большого количества микроорганизмов, которые появляются в результате выброса отходов промышленностью. И напоследок разберем механизмы самоочищения вод. Их подразделяют на три вида.

• Химические — соленая вода богата различными химическими соединениями, в которых при попадании кислорода возникают окислительные процессы, плюс облучение светом и в итоге происходит эффективное перерабатавание антропогенных токсинов. Соли возникающие в результате реакции просто оседают на дно.
• Биологические – вся масса морских животных живущих на дне, пропускают через свои жабры всю воду прибрежной зоны и тем самым работают как фильтры, хоть и умирают тысячами.
• Механические – когда течение замедляется, взвеси выпадают в осадок. В результате происходит конечное захоронение антропогенных веществ.

Химическое загрязнение океана

С каждым годом воды Мирового океана все чаще загрязняются отходами химической промышленности. Так была замечена тенденция увеличения количества мышьяка в океанических водах. Значительно экологический баланс подрывают тяжелые металлы свинца и цинка, никеля и кадмия, хрома и меди. Еще урон наносят всяческие пестициды, такие как эндрин, альдрин, дильдрин. Кроме того, пагубное влияние на морских жителей оказывает вещество трибутилоловохлорид, которое используется для покраски кораблей. Оно предохраняет поверхность от зарастания водорослями и ракушками. Поэтому следует все эти вещества заменить на менее токсичные, чтобы не вредить морской флоре и фауне.

Загрязнения вод Мирового океана связано не только с химической промышленностью, но и с другими сферами деятельности человека, в частности, энергетикой, автомобилестроением, металлургией и пищевой, легкой промышленностью. Не менее пагубное влияние оказывают коммунальные предприятия, области сельского хозяйства и транспорта. Самыми распространенными источниками загрязнения воды являются стоки промышленных и канализационных отходов, а также удобрения и гербициды.

Загрязнению вод способствуют отходы, возникающие вместе с торговыми и рыбацкими флотами, а также нефтеналивными танкерами. В результате деятельности человека в воду попадают такие элементы, как ртуть, вещества группы диоксинов и ПХД. Накапливаясь в организме, вредные соединения провоцируют появления серьезных заболеваний: нарушается обмен веществ, снижается иммунитет, репродуктивная система работает неполноценно, а также появляются серьезные проблемы с печенью. Более того, химические элементы способны влиять на генетику и изменять её.

Загрязнение Мирового океана пластмассами

Пластмассовые отходы составляют целые скопления и пятна в водах Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Большинство мусора образуется из-за сброса отходов с густонаселенных районов побережья. Часто морские животные проглатывают пакеты и мелкие частицы пластика, путая с пищей, что приводит к их гибели.

Пластмасса распространилась так сильно, что её уже можно найти в субполярных водах. Установлено, что только в водах Тихого океана количество пластика увеличилось в 100 раз (исследования проводилось в течение последних сорока лет). Даже маленькие частицы способны изменить естественную океаническую среду. В ходе подсчетов около 90% животных, умирающих на берегу, погибают он пластикового мусора, который ошибочно принимают за пищу.

Кроме того, опасность представляет суспензия, которая образуется в результате распада пластиковых материалов. Заглатывая химические элементы, морские обитатели обрекают себя на сильные мучения и даже смерть. Не стоит забывать о том, что люди также могут употреблять в пищу рыбу, которая загрязнена отходами. В составе ее мяса присутствует большое количество свинца и ртути.

Последствия загрязнения Мирового океана

Загрязненная вода становится причиной многих заболеваний людей и животных. В результате сокращаются популяции флоры и фауны, а некоторые даже вымирают. Все это приводит к глобальным изменениям экосистем всех акваторий. В достаточной мере загрязнены все океаны. Одним из наиболее загрязненных морей является Средиземноморское. В него стекают сточные воды из 20 городов. К тому же негативную лепту вносят туристы популярных курортов Средиземноморья. Самыми грязными реками мира являются Цитарум в Индонезии, Ганг в Индии, Янзцы в Китае и Кинг Ривер в Тасмании. Среди загрязненных озер специалисты называют Великие североамериканские озера, Онондага в США и Тай в Китае.

Как следствие, происходят значительные изменения вод Мирового океана, в результате чего исчезают глобальные климатические явления, образуются мусорные острова, цветет вода в связи с размножением водорослей, повышается температура, провоцирующая глобальное потепление. Последствия данных процессов слишком серьезные и главной угрозой является постепенное сокращение выработки кислорода, а также снижение ресурсности океана. Кроме этого, в разных регионах могут наблюдаться неблагоприятное развитие событий: развитие засух в определенных областях, наводнений, цунами. Охрана Мирового океана должна быть приоритетной целью всего человечества.

Интересное видео о загрязнении Мирового океана

За последнее годы значительное волнение вызывает явление прогрессирующего загрязнения вод Мирового океана. Важнейшим источником загрязнения являются локальные бытовые и индустриальные сточные воды, нефть и прочее радиоактивные материалы. Особая серьезность заключается в загрязнения нефтью и радиоактивными материалами, захватывающие гигантские участки акваторий Мирового океана.

Локальные загрязнения морей повседневными и индустриальными стоками. Стремление людей к освоению морских побережий имело место ещё с древности и как результат, в наше время в береговых зонах сосредотачивается около 60% всех больших городов с народонаселением более чем миллион человек в каждом.
К примеру, на побережьях Средиземноморья расположены государства с народонаселением 250 млн. человек. Каждый год компании прибрежных городов выкидывают в море тысячи тонн всевозможных неочищенных отходов, сюда также сливают неочищенную канализационную воду. Громадные множества едких веществ сносят в море большие реки. Не приходится удивляться тому, что в 100 миллилитрах морской воды, которая была взята около Марселя, было выявлено 900 тыс. кишечных палочек, соединенных с фекалиями. В Испании недозволенным является использовать для купания большинство пляжей и бухт.
Ежегодно идёт большой рост прибрежных городов и соответственно индустрии в них, выброс в моря индустриальных и бытовых стоков дошел до такого размера, что морю оказалось не в моготу переработать всё множество отбросов. Как следствие в районах городов создались значительные области загрязнения. Под воздействием загрязнений совершается отравление морских организмов, обнищание фауны, упадок рыбного хозяйства, разрушение природных ландшафтов, мест отдыха курортов и пляжей. Наиболее мощно это выражается в заливах и бухтах, где есть ограничения с обменом воды с открытым морем.
Большинство городов лежащие у моря борются с загрязнениями таким образом, сточные воды выбрасывают по особым многокилометровым трубопроводам подальше от побережья и на значительной глубине. Всё же подобная мера не позволяет существенно решить проблему, потому что общее численность выбрасываемых в море загрязнений от этого меньше не становится.
Тотальное загрязнение акватории Мирового океана нефтепродуктами и веществами с высокой концентрацией радионуклиды. Главным загрязнителем морей, значение которого мгновенно увеличивается, является нефть. Эта разновидность загрязнителя попадает в море различными путями: при спускании воды после промывания цистерн для нефти, при крушении судов, авариях на морских нефтепромыслах, при бурении морского дна и так далее.
Про громадные масштабы загрязнения Мирового океана судят по таким показателям. В акватории Мирового океана сбрасывается нефти около 5-10 млн. тонн в год. В нескольких километрах от Санта-Барбары в США когда происходило бурение дна моря (1969) произошла авария, как следствие чего скважина стала выбрасывать в воду около 100 тыс. литров нефти в сутки. Через несколько суток тысячи км² были окутаны нефтью. Похожие аварии - явление частое; они случаются в разных районах Мирового океана почти систематически, зримо увеличивая загрязненность Мирового океана.
Загрязнение морей и океанов причиняет большой вред. Из-за нефти гибнут большинство водных животных. Довольно нередко рыба, остающаяся живой не может быть употреблена из-за резкого нефтяного аромата и безобразного привкуса. От нефти каждый год погибают миллионы морских птиц; число их лишь у берегов Великобритании доходит до 250 тыс. Знакомо происшествие, когда в результате загрязнения нефтью около берегов Швеции умерло 30 тысяч уток-морянок. Пленка нефти имеется даже в антарктических водах, тут из-за нее погибают тюлени и пингвины.
«Плавучие острова» из нефти путешествуют по океаническим и морским течениям или добираются до берегов. Нефть делает непригодными пляжные зоны, делает побережья многих государств в пустыни. Подобными сделались многие области западных берегов Англии, куда Гольфстрим приносит нефть из Атлантики. Нефть загубила многие европейские курортные зоны.
Во избежание нарастающего уровня загрязнения вод Мирового океана Межправительственная морская консультативное общество по вопросам морского судоходства (ИМКО) разработала Международное соглашение по избеганию дальнейшего загрязнения моря нефтью, которое подписали основные морские государства, в том числе и Россия. Согласно договору, в частности, все морские зоны в пределах 50 километров от берега являются запретными зонами, где запрещается слив нефти в воду.
Тем не менее в зоне охраны морских вод есть немало нерешенных проблем, которые касаются преимущественно обезвреживания береговых сточных вод и дальнейшего оснащения судов механизмами и системами сбора отходов (нефтеостатков, мусора и других) и сдаче их на плавучие и береговые возведения для очистки, утилизации и уничтожения.
Высокую тяжесть представляет загрязнение Мирового океана активными веществами. Опыт показал, что в результате сделанного США на Тихом океане взрыва водородной бомбы (1954) зона в 25 тыс. 600 кв. км. обладала смертоносным излучением. В течении полугода масштаб заражения достиг 2,5 млн. км2, этому оказало содействие течение.
Перед заражением радиоактивными веществами беззащитными является флора и фауна. У них в организмах совершается биологическое скопление этих веществ, передаваемых друг другу с помощью цепей питания. Зараженные малые организмы поглощаются более крупными, как следствие чего у крупных организмов создаются вредные скопления. Радиоактивность отдельных планктонных организмов может быть в 1000 раз превосходить радиоактивность воды, а отдельных рыб, представляющих собой одно из высших звеньев в цепи питания, даже в 50 тыс. раз.
Животный мир хранят зараженность длительное время, как результат, планктон быть может заражен в чистой воде. Радиоактивные рыбы заплывают крайне далеко от точки заражения.
Подписанный в 1963 г. Московский Договор о запрете испытаний ядерного орудия в атмосфере, космосе и под водой прервал прогрессировавшее массовое радиоактивное заражение Мирового океана. При всем том источники данного загрязнения сохранились в виде предприятий по очистке урановой руды и переделке ядерного топлива, АЭС, реакторов. Немаловажным вопросом есть способ захоронения радиоактивных отходов. Выявлено, что морская вода может разъедать контейнеры, их вредный состав распространяется в воде. Нужны специальные научные изыскания по поводу нейтрализации радиоактивных загрязнений в воде.