Загрязненные участки мирового океана. Глобальные экологические проблемы мирового океана

Роль Мирового океана в функционировании биосферы как единой системы трудно переоценить. Водная поверхность океанов и морей покрывает большую часть планеты. При взаимодействии с атмосферой океанские течения в значительной мерс определяют формирование климата и погоды на Земле. Все океаны, включая замкнутые и полузамкнутые моря, имеют непреходящее значение в глобальном жизнеобеспечении населения земного шара продуктами питания.

Океану, особенно его прибрежной зоне, принадлежит ведущая роль в поддержании жизни на Земле, поскольку около 70% кислорода, поступающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процессе фотосинтеза планктона.

Мировой океан покрывает 2/3 земной поверхности и дает 1/6 часть всех белков животного происхождения, потребляемых населением в пищу.

Океан и моря испытывают нарастающий экологический стресс из-за загрязнения, хищнического вылова рыбы и моллюсков, разрушения исторически сложившихся нерестилищ рыбы, ухудшения состояния берегов и коралловых рифов.

Особые опасения вызывает загрязнение Мирового океана вредными и токсичными веществами, в том числе нефтью и нефтепродуктами, радиоактивными веществами.

О масштабах загрязнения говорят следующие факты: ежегодно прибрежные воды пополняются 320 млн т железа, 6,5 млн т фосфора, 2,3 млн т свинца. Например, только в водоемы Черного и Азовского морей в 1995 г. было сброшено 7,7 млрд м 3 загрязненных производственных и коммунальных сточных вод. Наиболее загрязнены воды Персидского и Аденского заливов. Воды Балтийского и Северного морей также таят в себе опасность. Так, в 1945-1947 гг. английским, американским и советским командованием в них было затоплено около 300 000 т трофейных и собственных боеприпасов с отравляющими веществами (ипритом, фосгеном). Операции по затоплению проводились в большой спешке и с нарушениями норм экологической безопасности. Корпуса химических боеприпасов к 2009 г. сильно разрушились, что чревато тяжелыми последствиями.

Наиболее распространенными веществами, загрязняющими океан, являются нефть и нефтепродукты. В Мировой океан ежегодно поступает в среднем 13-14 млн т нефтепродуктов. Нефтяное загрязнение опасно по двум причинам: во-первых, на поверхности воды образуется пленка, лишающая доступ кислорода к морской флоре и фауне; во-вторых, нефть сама по себе является токсичным соединением. При содержании нефти в воде 10-15 мг/кг гибнут планктон и мальки рыб.

Настоящими экологическими катастрофами являются крупные разливы нефти при разрыве трубопроводов и крушении супертанкеров. Только одна тонна нефти может покрыть пленкой в 12 км 2 поверхности моря.

Как уже упоминалось в п. 11.1, в 2010 г. в результате аварии на нефтяной платформе за 3 месяца проведения восстановительных работ в Мексиканский залив вылилось 4 млн баррелей нефти. На восстановление пострадавших прибрежных морских экосистем потребуется как минимум 5 лет.

Особенно опасным является радиоактивное загрязнение при захоронении радиоактивных отходов. Первоначально основным способом избавления от радиоактивных отходов было их захоронение в морях и океанах. Это были, как правило, низкорадиоактивные отходы, которые упаковывали в 200-литровые металлические контейнеры, заливали бетоном и сбрасывали в море. Первое такое захоронение произвели в США в 80 км от побережья Калифорнии.

До 1983 г. 12 стран сбрасывали радиоактивные отходы в открытое море. Например, в воды Тихого океана за периоде 1949 по 1970 г. был сброшен 560 261 контейнер.

Принят ряд международных документов, основной целью которых является охрана Мирового океана. В 1972 г. в Лондоне была подписана Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов с высоким и средним уровнем радиации без специального разрешения. С 1970-х гг. осуществляется экологическая программа ООН «Региональные моря», объединяющая более 120 стран мира, совместно использующих 10 морей. Были приняты региональные многосторонние соглашения: Конвенция по защите морской среды Северо-Восточной Атлантики (Париж, 1992 г.); Конвенция по защите Черного моря от загрязнения (Бухарест, 1992 г.)

С 1993 г. был запрещен сброс жидких радиоактивных отходов. Поскольку их количество постоянно увеличивалось, в целях защиты окружающей среды в 1996 г. между американскими, японскими и российскими фирмами был подписан контракт на создание установки по переработке жидких радиоактивных отходов, скопившихся на Дальнем Востоке.

Большую угрозу проникновения радиоактивности в воды Мирового океана представляют течи атомных реакторов и атомных боеголовок, затонувших вместе с атомными подводными лодками. Так, в результате подобных аварий к 2009 г. в океане оказалось шесть ядерных энергоустановок и несколько десятков ядерных боеголовок, ускоренно разъедаемых морской водой.

На некоторых базах ВМФ России радиоактивные материалы до настоящего времени нередко складируются прямо на открытых площадках. А из-за нехватки средств на утилизацию в некоторых случаях, радиоактивные отходы могли попасть непосредственно в морские воды.

Следовательно, несмотря на предпринимаемые меры, радиоактивное загрязнение Мирового океана вызывает большую тревогу.

Исчезновение глобального климатического явления — течения Эль-Ниньо. Это течение представляет собой грозное природное явление, периодически приносящее неисчислимые бедствия многим странам мира. Дело в том, что по неизвестным пока причинам в довольно стабильной мировой системе пассатов и океанических течений иногда происходит сбой: меняется направление ветров, а масса теплой воды вместо Индонезии и Австралии устремляется к берегам Америки. Перемещение огромных масс теплой воды приводит к усилению испарения с поверхности воды. В атмосфере возникают гигантские насыщенные влагой области, становящиеся своеобразной преградой для сезонных тихоокеанских ветров — пассатов, и они меняют свое направление.

Такой сбой не проходит без катастрофических последствий для климата ряда стран: в одних из них начинается длительная засуха, другие страдают от бесконечных дождей, вызывающих наводнения. Практически Эль-Ниньо в той или иной степени влияет на климат всех стран. Но особенно от него достается Америке, особенно Южной. Достаточно вспомнить, что в 1982 г. из-за этого течения на севере Перу осадков выпало в 30 раз выше нормы, что привело к наводнению и голоду. В 1997 г. в этой же стране погибли 300 человек, а 250 ООО остались без крова.

Как установили ученые, Эль-Ниньо существенным образом влиял на развитие древних цивилизаций Южной Америки и даже стал виновником гибели некоторых из них.

В 1997-1998 гг. это коварное течение по неизвестным причинам исчезло. Беспрецедентное в современной истории исчезновение глобального климатического явления может иметь драматические последствия для климата всей нашей планеты.

Одной из вероятных причин исчезновения этого течения могло быть необычное усиление восточных ветров над Тихим океаном.

Охрана природы Мирового океана

В настоящее время в океан стало поступать очень много вредных веществ: нефти, пластмасс, промышленных и химических отходов, пестицидов и др., что особенно пагубно влияет на жизнь морских обитателей.

Время разложения отходов, попавших в Мировой океан, представлено в табл. 24.

Таблица 24. Время, необходимое для разложения различных видов отходов в океане

Виды отходов	Время разложения, лет
Упаковки от пищевых продуктов с алюминиевой фольгой
Пивные банки
Полиэтиленовые пакеты
Пластиковые бутылки
Изделия из пластмассы (полихлорвинил)
Пенопласт (пенополистирол)	От 80 до 400
Изделия из ПВХ (поливинилхлорид)
Стеклянные бутылки и стекло	Не менее 1000

Серьезные случаи загрязнения океана связаны прежде всего с нефтью (рис. 162). В результате промывки трюмов танкеров в океан ежегодно сбрасывается от восьми до 20 млн баррелей нефти. И это не считая аварий при перевозке нефти по морским путям. Нефтяная пленка прекращает поступление в воду кислорода, нарушает влаго- и газообмен, губит планктон и рыбу. И это только малая часть того вреда, который приносит нефть морской воде и ее обитателям (рис. 163).

Помимо нефти к наиболее вредным отходам, попадающим в океан, относятся тяжелые металлы, особенно такие, как ртуть, кадмий, никель, медь, свинец, хром. Только в Северное морс ежегодно сбрасывается до 50 000 т этих металлов (табл. 25).

Еще большую тревогу вызывает попадание в океанскую воду сточных вод, содержащих пестициды — альдрин, дильдрин и эн- дрин, — которые способны накапливаться в тканях живых организмов. В настоящее время даже не известны отдаленные последствия применения таких химикатов.

Губителен для обитателей океана трибутилоловохлорид (ТБТ), широко применяемый для покраски килей кораблей и препятствующий их обрастанию ракушками и водорослями. Сейчас доказано, что он исключает возможность размножения одного из вида ракообразных — трубача.

Рис. 162. Нефтяное загрязнение в Мировом океане

Рис. 163. Влияние нефтяного загрязнения Таблица 25. Опасные металлы, попадающие в воды океанов

Металл, обозначение	Современное использование	Вредное воздействие на человека
	Термометры, лампы искусственного света, красители, электроприборы	Нарушение обмена веществ, поражение нервной системы
Свинец, РЬ	Аккумуляторы, электрические кабели, припои, красители	Общее отравляющее действие
Кадмий, Cd	Покрытия на металлах, красители, никель-кадмиевые источники тока, припои, фотография	Поражение нервной системы, печени и почек, разрушение костей

Океан продолжает оставаться местом экологических бедствий, связанных с перевозкой таких крайне опасных грузов, как токсичные отходы (например, плутония).

Еше одна распространенная проблема для океанов — цветение воды. В Северном морс у берегов Норвегии и Дании оно вызвано разрастанием водорослей Chlorochromulina polylepis. В свою очередь, это цветение вод приводит к серьезному сокращению промысла лосося. Считают, что быстрое размножение водорослей связано с промышленными выбросами большого количества микроэлементов, служащих для них питанием.

В последнее время все активнее стали использовать океан для размещения ракетно-ядерного оружия подводного флота, захоранивать на дне радиоактивные вещества, что также ведет к отрицательным последствиям для Мирового океана.

От загрязнения страдают все океанские воды, но загрязненность прибрежных вод выше, чем в открытом океане. Прежде всего это объясняется намного большим числом источников загрязнения. Так, например, в Средиземное море из 120 прибрежных городов ежегодно поступает около 430 млрд т отходов. Их источники — промышленные и сельскохозяйственные предприятия, коммунальные организации, а также 360 млн людей, живущих или проводящих отпуск в 20 средиземноморских странах. Наиболее загрязнены морские побережья Испании, Франции и Италии, что объясняется наплывом туристов и работой промышленных предприятий.

Охрана океанских вод — одна из актуальнейших проблем человечества на данный отрезок времени.

30 апреля 1982 г. Конференция ООН приняла Конвенцию по морскому праву, регулирующую использование Мирового океана практически в любых целях. В этой связи особое значение приобретают борьба с загрязнением и охрана природных ресурсов океана.

1998 год был объявлен годом океана. Тогда множество научных исследований океанских вод проводилось под контролем ЮНЕСКО. Стало очевидным, что для изучения и охраны вод океана необходимо международное сотрудничество.

В настоящее время практикуется новый метод исследования Мирового океана — дистанционное зондирование. На основании его данных принимаются решения о правильном использовании ресурсов Мирового океана и охране его вод.

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Отправить

Специалисты утверждают – экологические проблемы мирового океана необходимо решать в 21 веке, иначе можно ожидать серьезных последствий. Что угрожает Мировому океану? С чем связано возросшее беспокойство экологов? Какие ресурсы теряет планета из-за загрязнения вод?

Экологическая обстановка в 21 веке

О загрязнении мировых вод разговоры ведутся давно. И не только разговоры – достаточно взглянуть на количество крупных экологических исследований – только с начала 21 века их проведено более тысячи. Под загрязнением экологи подразумевают попадание в воды Мирового океана таких веществ, которые могут нарушить естественный биологический и неорганический баланс материи и привести к серьезным изменениям в составе или в динамике вод океана.

На данный момент загрязнение Мирового океана уже привело к таким последствиям:

1. Нарушение экосистем – в некоторых частях океана пропадают уникальные экосистемы, уничтожаются редкие виды, меняется состав растительности, уменьшается биоразнообразие.
2. Прогрессирующая эвтрофикация – вода становится менее чистой, появляется все больше органических и неорганических примесей, возрастает количество животных при уменьшении видового разнообразия.
3. В биоте накапливаются химические загрязнители – токсические вещества.
4. Результат комплексного воздействия – снижение биологической продуктивности. Это заметно по сокращающемуся свободному вылову рыбы.
5. Повышение концентрации канцерогенных соединений в морской воде.
6. Высокая степень микробиологического загрязнения прибрежных вод.

Все перечисленные последствия загрязнения Мирового океана губительны не только для обитателей моря, но и для цивилизации. Моря – серьезный источник ресурсов, начиная от нефти и заканчивая . Поэтому разумное использование водных ресурсов – это первоочередная экологическая задача.

Несмотря на способность мировых вод к самоочищению, он не в состоянии справиться с текущими объемами загрязнения.

Наиболее опасные и значимые факторы загрязнения:

• Нефть и нефтепродукты.
• Радиоактивные вещества.
• Промышленные отходы, бытовые.
• Материковый сток.
• Атмосферное загрязнение.

Последние два пункта – это внешние источники загрязнения, которые хоть и зависят от природных факторов, также связаны с деятельностью человека.

В прошлом веке загрязнение носило локальный характер. Больше всего загрязняющих веществ наблюдалось в прибрежных зонах, на побережье материков, рядом с промышленными центрами, а также рядом с крупнейшими судоходными путями. В последние 20 лет ситуация изменилась – теперь загрязняющие вещества обнаруживают даже в водах высоких широт – рядом с полюсами. Таким образом, загрязнение носит масштабный характер и затрагивает все воды Мирового океана.

Основные причины загрязнения:

• Освоение минеральных и энергетических ресурсов.
• Повышение добычи биологических ресурсов.
• Интенсификация хозяйственной деятельности.
• Увеличение объемов добычи нефти.
• Рост промышленности.

На данный момент самыми загрязненными океанами принято считать тихий и Атлантический, а самыми загрязненными морями – Северное, средиземное, Балтийское, а также внутренние воды Персидского залива.

Загрязнение нефтепродуктами

Это один из основных факторов загрязнения Мирового океана. Существуют подсчеты, которые показывают, что среднегодовой сброс нефти в океан составляет около 15 млн. тонн. В это число входят как непреднамеренные утечки и аварии танкеров, так и сознательный сток с нефтеперерабатывающих предприятий. В настоящее время меры ужесточаются, но все еще ощущается влияние того времени, когда не существовало законов, защищающих океан от промывки танкеров и стока с предприятий.

Крупнейшие зоны нефтяного загрязнения расположены в прибрежных водах, а также по пути следования нефтеналивных судов. В этих зонах экологи отмечают резкое сокращение видового разнообразия флоры и фауны.

Экологические проблемы Тихого океана и Атлантического – это, прежде всего, нефтяная пленка, которая по разным данным покрывает от 2 до 4% водной поверхности. В воды этих двух океанов ежегодно поступает 6 млн. тонн нефти и отходов нефтяной промышленности – и это только те отходы, которые удалось подсчитать. Половина отходов появляются в результате разработки шельфовых месторождений. Загрязнения от континентальной добычи поступают воды через речной сток.

После попадания нефти в океан, происходит следующее:

• Образуется пленка, покрывающая поверхность воды. Толщина пленки – от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Все животные, попадающие в эту пленку, погибают.
• Пленка превращается в эмульсию – смесь воды и нефти.
• Нефть собирается в конгломераты – тяжелые комки, которые остаются плавать в поверхностном слое воды.
• Нефть заглатывают крупные рыбы и млекопитающие – например, киты. Таким образом, нефть распространяется по океану. Рыбы, заглотившие нефтяной агрегант, либо погибают, либо продолжают жить, но уже непригодны в пищу после вылова.
• Последний этап – уменьшение биоразнообразия, изменение видовой структуры биотопа.

Результат – падение биологической продуктивности. Это особенно важно для районов, экономика которых построена на ловле рыбы и на добыче морепродуктов. Долгосрочный результат – непредсказуемое изменение биологической составляющей океана.

Дампинг – сброс отходов в океан

Сброс или захоронение токсичных отходов в одах Мирового океана называется дампинг. Это распространенная практика во всех промышленных центрах планеты. Несмотря на действующие запреты, сток с промышленных предприятий растет с каждым годом.

В среднем на дампинг приходится до 10% от всех загрязняющих веществ, попадающих в океан.

В основном загрязнение происходит в таких ситуациях:

• Намеренное захоронение материалов, полученных на токсичном производстве.
• Сброс материалов при ведении работ на дне моря и в прибрежной зоне.
• Захоронение строительного мусора.
• Захоронение химических веществ, взрывчатки, радиоактивных веществ, представляющих угрозу при хранении на суше.

Отходы растворяются в воде, накапливаются в донных отложениях. После сброса невозможно очистить воды и вернуть им первоначальное состояние. Изначально у дампинга имелось экологическое обоснование – возможности Мирового океана, который способен переработать некоторое количество токсичных веществ без ущерба.

Дампинг долгое время считался временной мерой. Теперь понятно – сколько существует промышленность, столько же идет захоронение отходов в морских водах. Мировой океан не может справиться с переработкой такого количество отходов, экология морских вод под угрозой. На данный момент глобальный сброс отходов – это одна из важнейших проблем для мирового сообщества.

Последствия ненормированного сброса отходов:

• Гибель бентоса.
• Сокращение скорости роста рыб и беспозвоночных.
• Изменение видового состава.

Как результат – сокращение базы для добычи пищевых ресурсов.

Загрязнение может быть и непрямым. Так, предприятия химической промышленности, расположенные вдалеке от прибрежных районов, также влияют на состояние вод. Происходит выброс загрязнителей в атмосферу, откуда вредные вещества вместе с осадками попадают в морскую воду.

Радиоактивное загрязнение составляет небольшую долю от общего загрязнения, но при этом может быть более опасно, чем сброс нефти. Причина – способность радиоактивных соединений долго сохранять губительные для живого свойства.

Радиация губительно влияет и на растения, и на животных. Лучевая нагрузка со временем суммируется, радиационное воздействие не проходит бесследно. Заражение передается через пищевые цепи – от одного животного к другому. В результате губительные дозы радиации концентрируются в живых организмах. Так, есть районы, где планктон в 1000 раз более радиоактивен, чем вода.

Международные договоры о запретах на ядерные испытания остановили массовое загрязнение океана радиоактивными отходами. Но прежние захоронения остались и все еще влияют на жизнедеятельность морских обитателей.

Основные пути накопления ядерных отходов в водах Мирового океана:

• Размещение подводных лодок с ядерными средствами сдерживания.
• Использование ядерных энергетических установок на подводных лодках.
• Транспортировка отходов по воде.
• Захоронение не обезвреженных ядерных отходов, ядерного топлива – это основные экологические проблемы Северного Ледовитого океана.
• Испытания ядерного оружия – это проблемы Атлантического океана, и, в большей степени, Тихого. Испытания приводят как к континентальному загрязнению, так и к попаданию радиоактивных отходов в акваторию.
• Подземные испытания – радиоактивные отходы попадают в океан со стоком рек.

Ядерные отходы вызывают целый комплекс проблем – страдает не только экология живого, нарушается естественный баланс неорганических веществ.

Загрязнение мировых вод – это одна из крупнейших экологических проблем современности. Несмотря на все принятые меры экологической защиты вод от губительного воздействия промышленности, до сих пор не удалось достигнуть каких-либо серьезных результатов.

Моря и океаны покрывают значительную часть нашей планеты. Именно мировой океан определяет климат Земли, является домом для десятков тысяч различных форм жизни – от одноклеточных водорослей до тигровой акулы и синего кита. Загрязнение океана – одна из глобальных проблем XXI века.

Загрязнение мирового океана: что попадает в океан

Большая часть мусора попадает в океан, во-первых, прямым путём – когда люди сбрасывают отходы непосредственно в воды океанов и морей, – во-вторых, через канализационные стоки, реки и прибрежные зоны обитания.

Согласно результатам исследований Всемирного фонда дикой природы, более 80% загрязнения морской среды происходит в результате человеческой деятельности, осуществляемой на суше. Эта цифра говорит о том, что человечество, несмотря на предпринимаемые усилия, не научилось поддерживать своё существование без нанесения серьёзного урона экологии океана.

Нефть и продукты нефтепереработки

Загрязнение океана нефтедобычей

Разливы нефти наносят огромный ущерб морской среде, но на самом деле они отвечают только за примерно 12% нефти, поступающей в моря каждый год. Согласно исследованию Национального исследовательского совета США, 36% данного вида отходов поступают через стоки и реки как отходы городов и промышленности.

Разливы нефти в океане приводят к долгосрочным последствиям.

Морская нефтедобыча – одна из причин загрязнения океана токсичными продуктами и роста уровня парниковых газов. Нефтедобыча в США приводит к тысячам разливов нефти ежегодно.

Эта нефть может сохраняться десятилетиями и наносить необратимый ущерб хрупким морским экосистемам. В 2010 году в Мексиканском заливе произошёл мощный взрыв платформы морского бурения Deepwater Horizon британской компании “Бритиш петролеум”, в результате которого в море выделились миллионы баррелей нефти. Площадь нефтяного пятна составила около пяти процентов от площади Мексиканского залива. Разливы нефти ликвидировали с помощью химических дисперсантов, которые сами по себе являются загрязнителями для океана.

Удобрения

Удобрения попадают в океаны с полей, сельскохозяйственных ферм, газонов. Входящие в состав удобрений вещества вызывают эвтрофикацию – расцветание водорослей, которые истощают растворенный в воде кислород и препятствуют жизни морских обитателей, Происходит общее ухудшение качества воды.

Эвтрофикация уже создала огромные мертвые зоны в нескольких частях мира, например, в Мексиканском заливе и Балтийском море.

Пластик в океане

Многие экологи называют океан “мусорным супом”. В океане плавают миллионы тонн мусора, и большая его часть – это пластик.

Твердый мусор пробирается к океану. Пластиковые пакеты, воздушные шары, стеклянные бутылки, обувь, упаковочный материал – если не утилизировать правильно, эти отходы могут оказаться в океане.

Постоянное загрязнение пластиком представляет серьезную опасность для морской жизни. Животные запутываются в этом мусоре, могут глотать его как еду.

Было обнаружено, что высокие концентрации пластического материала, особенно части полиэтиленовых пакетов, становятся препятствиями в дыхательных путях и пищеварительной системе многих морских видов, включая китов, дельфинов, черепах.

Этот мусор впоследствии может вернуться из океана на берег, загрязняя прибрежные зоны обитания.

Пластик является серьёзной проблемой, поскольку он не подвержен биологическому разложению и, следовательно, остается в воде намного дольше (до 1000 лет дольше), чем другие формы мусора. Около 80 процентов морского мусора поступает с суши – с береговой линии, доставляется с помощью рек, приходит с городских улиц во время сильного дождя через ливневые стоки и переливы канализации.

Необходимо как можно больше пластика из отходов правильно утилизировать.

Отходы канализации

Во многих частях мира сточные воды попадают в океан, минуя процесс фильтрации. Так, 80% городских сточных вод попадают в Средиземное море, не подвергаясь обработке.

Эти сточные воды также способствуют эвтрофикации, вызывают болезни человека, являются причиной, из-за которой могут закрывать пляжи.

Токсичные химикаты

Ученые определяют концентрацию микропластика в устрицах и моллюсках

Почти каждый морской организм, от крошечного планктона до китов и белых медведей, подвержен воздействию опасных химических веществ, таких как пестициды и химикаты, используемые в обычных потребительских продуктах.

Некоторые из этих химических веществ попадают в море через преднамеренный сброс. На протяжении веков океан был удобной свалкой для отходов, образующихся на суше. К 1970-м годам практика сбросов отходов в океаны стала повсеместной – утилизировали в море всё, включая такие токсичные материалы, как пестициды, химическое оружие и радиоактивные отходы.

Сброс наиболее токсичных материалов был запрещен Лондонской конвенцией 1972 года о предотвращении загрязнения моря, а новый договор 1996 года еще больше ограничил то, что может быть сброшено в море. Однако всё ещё есть проблемы с уже сброшенным токсичным материалом.

Химические вещества также поступают в море из наземных видов деятельности. Химические вещества могут попадать в воду, почву и воздух в процессе их производства, использования или удаления, а также в результате случайных утечек или горении материалов, содержащих эти химикаты. Химические вещества распространяются на большие расстояния в воздухе и воде, включая океанские течения.

Люди когда-то полагали, что океан настолько велик, что все загрязняющие вещества будут разбавлены и рассеяны до безопасного уровня. Но на самом деле они не исчезли – они продолжают находиться в океане, отравляя жизнь в нём.

Окисление океана как следствие загрязнения

Сжигание ископаемого топлива загрязняет не только атмосферу, но и океан. Мировой океан поглощает до четверти всех антропогенных выбросов углерода, что изменяет рН поверхностных вод и приводит к окислению моря.

Эта проблема обостряется – океаны сейчас окисляются быстрее, чем примерно за последние 300 миллионов лет. Подсчитано, что к концу этого века, если мы будем идти в ногу с нашей нынешней скоростью выбросов, поверхностные воды океана могут стать почти на 150 процентов более “кислыми”, чем сейчас.

Что происходит, когда нарушаются биохимические процессы в океане? – Идут изменения в морских экосистемах и прибрежной экономике, которые зависят от них.

Для начала возьмём рифы и моллюсков. Чтобы построить свои раковины и скелеты, таким существам, как мидии, моллюски, кораллы и устрицы, требуется карбонат кальция (то же соединение, что и в мелу и известняке). Но уровень карбоната в океане снижается, когда повышается кислотность, угрожая выживанию этих животных. Двустворчатые моллюски находятся в начале пищевой цепочки, поэтому повышение окисление океана негативным образом влияет на рыб, морских птиц и млекопитающих. Более кислые воды также способствуют обесцвечиванию коралловых рифов и затрудняют некоторым видам рыб распознавание хищников, а другим – охоту на добычу.

Загрязнение океана: влияние токсичных веществ на морскую фауну и здоровье людей

Маленькие живые существа, такие как планктон в океанах, находящиеся в начале пищевой цепочки, впитывают химикаты в течении своей жизни. Так как планктон и другие небольшие существа достаточно устойчивы к разрушению, в их телах накапливаются химические вещества в большей концентрации, чем в окружающей воде или почве.

Эти организмы, в свою очередь, поглощают другие мелкие животные, и концентрация токсичных веществ снова возрастает. Эти животные затем съедаются крупными животными, которые могут перемещаться на большие расстояния с еще большей концентрацией химических веществ внутри своих тел.

Животные, находящиеся выше по пищевой цепочке, такие как тюлени, могут иметь уровни загрязнения в миллионы раз выше, чем окружающая среда. И белые медведи, которые питаются тюленями, могут иметь уровни загрязнения в 3 миллиарда раз выше, чем их окружающая среда.

Загрязнение моря

В результате люди могут нанести большой вред своему организму, питаясь морепродуктами и животными жирами.

Рак, повреждения иммунной системы, проблемы с поведением, зачатием и деторождением у людей – одни из последствий производства химических веществ, которые как неконтролируемым, так и намеренным образом попадают в моря и океаны.

Если взглянуть на фотографию нашей планеты, сделанную с космоса, то становится непонятно, почему ее назвали «Земля». Более 70% всей ее поверхности покрыто водой, что в 2,5 раза больше общей площади суши. С первого взгляда кажется невероятным, что загрязнение мировых океанов может оказаться настолько существенным, что эта проблема потребует внимания всего человечества. Однако цифры и факты заставляют серьезно задуматься и начать принимать меры, чтобы не только спасти и поддержать экологию Земли, но и обеспечить выживание человечества.

Основные источники и факторы

Проблема загрязнения мирового океана с каждым годом вызывает все большую тревогу. Вредные вещества в него попадают преимущественно из рек, воды которых каждый год приносят в колыбель человечества свыше 320 млн тонн различных солей железа, более 6 млн. тонн фосфора, не говоря уже о тысячах других химических соединениях. Кроме того, происходит также и из атмосферы: 5 тыс. тонн ртути, 1 млн тонн углеводородов, 200 тыс. тонн свинца. В их воды попадает примерно треть всех минеральных удобрений, используемых в сельском хозяйстве, только фосфора и азота ежегодно попадает примерно 62 млн тонн. Вследствие этого бурно развиваются некоторые образующие местами на поверхности океана огромные «одеяла» площадью в целые квадратные километры и толщиной более 1,5 метра.

Действуя словно пресс, они медленно душат в морях все живое. Их гниение поглощает из воды кислород, что способствует гибели донных организмов. Ну и конечно же, мирового океана напрямую связано с использованием человечеством нефти и нефтепродуктов. При их добыче с морских месторождений, а также в результате берегового стока и аварий танкеров ежегодно выливается от 5 до 10 млн тонн. Нефтяная пленка, которая образуется на поверхности воды, блокирует жизнедеятельность фитопланктона, который входит в число основных производителей атмосферного кислорода, нарушает влаго- и теплообмен между атмосферой и океаном, убивает мальков рыб и прочих морских организмов. В бездонные глубины колыбели человечества попало более 20 млн тонн твердых бытовых и промышленных отходов и громадное количество радиоактивных веществ (1,5-109 Ки). Самое большое загрязнение мировых океанов происходит в прибрежной мелководной зоне, т.е. в шельфе. Именно здесь протекает жизнедеятельность большей части морских организмов.

Пути преодоления

В настоящее время проблема защиты мировых океанов стала настолько актуальной, что касается даже тех государств, которые не имеют непосредственного выхода к его границе. Благодаря ООН сейчас действует ряд важных соглашений, связанных с регулированием рыболовства, судоходства, из морских глубин и т.д. Самым известным среди них является «Хартия морей», подписанная в 1982 году большинством стран по всему миру. В развитых странах работает система запрещающих и разрешающих экономических мер, помогающих предотвратить загрязнения. За состоянием земной атмосферы следят многочисленные «зеленые» общества. Огромное значение имеет просветительская и результат которой отлично виден на примере той же Швейцарии, где своей страны дети воспринимают с молоком матери! Неудивительно, что после того, как они вырастают, сама мысль о посягательстве на чистоту и красоту этой прекрасной страны выглядит кощунством. Существуют и другие технологические и организационные средства борьбы, направленные на то, чтобы предотвратить дальнейшее загрязнение мировых океанов. Главная задача для каждого из нас - это не быть равнодушным и всячески стремиться к тому, чтобы наша планета выглядела настоящим раем, которым она изначально и являлась.

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.