Экологические последствия загрязнения морской среды

Анализ литературных данных показывает, что наиболее опасными с точки зрения воздействия на морские экосистемы являются следующие вещества:

– углеводороды (сырая нефть; полициклические ароматические углеводороды – ПАУ, наиболее распространенный в ряду ПАУ – бенз(а)пирен – БП);

– хлорированные углеводороды (полихлорированные бифенилы – ПХБ, пестициды, в том числе ДДТ и др.);

– токсичные металлы (ртуть, кадмий, свинец и др.);

– долгоживущие искусственные радионуклиды (плутоний, цезий, стронций с длительным периодом полураспада).

Общим свойством практически всех загрязняющих океан веществ (как, впрочем, и в пресной воде) является их токсичность и способность к возрастающему концентрированию в организмах с повышением их трофического уровня в морских экосистемах.

На открытых водных поверхностях при загрязнении нефтью образуется эмульсионный слой нефть-вода, который препятствует газообмену между водой и воздухом. Этот эффект приводит к тому, что все живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются (ацидоз). У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения, они быстро гибнут от переохлаждения. Кроме того, растворимые в воде окисленные компоненты нефти могут обладать токсическим действием.

Из состава сырой нефти наиболее токсичны легкие и ароматические фракции. Однако, низкомолекулярные фракции быстро испаряются из сликов на поверхности и производят малый поражающий эффект.

Испарение – это первый процесс трансформации нефти в море. Скорость испарения зависит от природного состава нефти, температуры, ветра, волнения. По оценкам специалистов через полчаса после попадания в воду летучие соединения испаряются. При этом на испарение влияет вид нефти, в зависимости от которого испаряется от 10% до 40% попавшей в воду нефти. В первую очередь это относится к низкомолекулярным алифатическим и ароматическим углеводородам. Для полициклических ароматических углеводородов скорость испарения и растворения сравнимы и очень малы. К концу первых суток испаряется до 50% соединений нефти, содержащей 13-14 атомов углерода, а к концу третьей недели – 50% соединений с 17 атомами углерода. Потери нефти при испарении могут достигать ⅔ массы. В процессе испарения, которое может длиться долго (месяцы и более) вязкость в остатке нефти увеличивается, образуются смолообразные комки.

Следующий этап, заслуживающий внимания, – растворение нефти в морской воде. Большинство компонентов нефти плохо растворяется в морской воде. Установлено, что лишь 1-3% сырой нефти растворяется в воде. Наибольшей растворимостью обладают низкомолекулярные ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол.

Третий процесс трансформации нефти – эмульгирование. Некоторые виды нефти очень быстро абсорбируют воду. В результате образуется либо нефте-водная эмульсия (эмульсия нефти в воде), либо водно-нефтяная эмульсия (эмульсия воды в нефти, когда нефть абсорбирует воду в количестве, превышающем 50% своего объема). Так, североамериканская нефть абсорбирует за 7 часов до 80% воды. Тяжелая нефть с высокой вязкостью образует более устойчивые эмульсии. Такие эмульсии тяжелой нефти часто называют “шоколадным муссом” из-за плотного вязкого вида и шоколадного цвета. Такой “мусс” может оставаться на воде и берегу без изменения в течение многих месяцев.

Четвертый процесс – образование нефтяных агрегатов. Некоторые компоненты нефти (асфальтены, полужидкие смолы, воски) остаются в поверхностном слое. Под влиянием биотических процессов вязкость мусса повышается и происходит его слипание в агрегаты (от нескольких миллиметров до многих сантиметров). Потери нефти на формирование агрегатов составляет 5-10%. Общее количество нефтяных агрегатов в Мировом океане оценивается ~280 тыс. т (вдоль транспортных маршрутов, в Средиземном, Явонском, Карском морях и в водах Атлантического океана, в морях, омывающих Западную Европу и западное побережье Африки). Есть доказательства, что, начиная с 1979 г., их количество начало убывать (в Средиземном море 500-600 мг/м², в Саргассовом – до 96 мг/м², у берегов Японии – до 100 мг/м²).

Пятый процесс – седиментация. Возникновение этого процесса связано с тем, что труднорастворимые остатки нефти по своему удельному весу приближаются к плотности морской воды или превышают ее и тонут. Этому способствует и поглощение нефти зоопланктоном и включение ее в фекальные пеллеты. Так понеподы Calanus finmarchicus могут осаждать с фекальными пеллетами 1,5∙10⁴ г нефти в день, т.е. 15 кг. Популяция из 2000 каланусов, обитающая на площади в 1 км², может вывести 3 т нефти в сутки при ее концентрации 1,5 мкг/л.

Но основную судьбу нефти в океане решают бактерии. Именно бактериальная трансформация и окисление нефти определяют ее окончательную судьбу в Мировом океане. Микроорганизмы моря функционируют как компоненты сложного микробиоценоза.

Шестой процесс – биологическое разложение нефти. Экспериментально доказано, что смешанное бактериальное население более эффективно разрушает различные типы сырой нефти, чем отдельные штаммы. Окисление нефти в море осуществляется всем микробным ценозом, а не отдельными группами бактерий. Можно полагать, что доля окисления нефти и ее компонентов морскими бактериями составляет в среднем 50-60%.

Чем опасно загрязнение сырой нефтью?

1. Зоопланктон, который поедает нефть, а им питается рыба, снижает ее товарные качества.

2. Катастрофические разливы нефти вызывают массовую гибель водной и донной флоры и фауны, и особенно в больших масштабах они поражают птиц. Так, в Северной Атлантике и Северном море от загрязнения оперения нефтью ежегодно погибает от 150 до 450 тыс. птиц.

3. Нефть влияет на структуру сообществ морских организмов и приводит к снижению стабильности системы. Изменяется соотношение видов и родов, уменьшается видовое разнообразие, обильно развивается углеводородокисляющая микрофлора, биомасса которой токсична для многих гидробионтов.

Полициклические ароматические углеводороды (на примере бенз(а)пирена)

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) получили глобальное распространение. Основным наиболее опасным из них следует считать бенз(а)пирен (БП). Повышенное содержание БП, наблюдаемое в настоящее время в Мировом океане, обусловлено антропогенной деятельностью. 30 т БП поступают в Мировой океан из атмосферы. Утечка нефти в морскую среду дает еще до 10 т БП. Потеря отработанных масел также дает поступление БП в воду, и примерно 30 т БП поступает от смыва с прибрежных территорий с речным стоком.

Бенз(а)пирен – C₂₀H₁₂ – имеет молекулярную массу 252,32. Растворимость БП в воде незначительна. Но в присутствии различных примесей его растворимость повышается, она значительна в лимфе и сыворотке различных организмов и, особенно, в сыворотке человека.

Мутагенное и канцерогенное действие БП доказано на ряде животных. Эффективная доза БП мала.

ПАУ не производятся промышленностью, они образуются в процессах горения и содержатся во многих природных продуктах. Например, представителей этой группы соединений можно встретить в нефти, смолах, битумах, саже, они выделяются из гуминовых кислот компонентов почвы, содержатся в выхлопных газах двигателей, продуктах горения печей, отопительных установок, в табаках и пр. Они устойчивы в любой среде, что способствует их накоплению.

ПАУ накапливаются в поверхностных слоях океана. Наибольшее загрязнение характерно для бухт, заливов, замкнутых и полузамкнутых морских бассейнов, подверженных интенсивному антропогенному воздействию.

Особо высокие уровни ПАУ отмечены в бассейнах Северного и Каспийского морей (морские нефтеперевозки), Средиземного и Балтийского морей (индустриальные зоны). В экваториальной зоне Тихого океана их практически нет. Фоновое значение – 0,001 мкг/л (1 нг/л). В Балтийском море южнее о. Готланд зимой 1978 г. в поверхностном микрослое было зафиксировано 132 нг/л, а в придонном горизонте – 108 нг/л. В целом характер содержания БП коррелирует с содержанием нефтяных углеводородов. Летом 1978 г. наибольшие значения БП зафиксированы в западной прибрежной части моря – 180 нг/л. Повторная съемка моря в 1987 г. зафиксировала понижение содержания БП. В Беринговом море в 1984 г. были зафиксированы еще большие значения БП – до 1410 нг/л. У берегов Японии в поверхностном слое в 1981 г. зафиксировано значение 110 нг/л, а в 1984 г. – 122 нг/л.

БП накапливается не только в массе вод, но и в грунтах (в донных отложениях) в верхнем 5 см слое. Фон концентрации, по-видимому, около 5 мкг/кг сухой массы (у берегов Гренландии). В Ла-Манше на трассе судоходства – 5000 мкг/кг сухой массы. На французском побережье Средиземного моря – 2000-5000 мгк/кг. В порту Бостона – 7-12 мкг/кг. Большой Барьерный риф – 0,01 мкг/кг.

На Балтике в 1978 г. значения колебались от 12,8 до 134 мкг/л. Увеличение содержания ПАУ в морских водах, особенно в продуктивных прибрежных районах, вызывает не только адсорбцию этих соединений на поверхности организмов, как это отмечено у дафний, но и активную внутриклеточную аккумуляцию канцерогенных углеводородов. Коэффициенты накопления при этом могут варьировать от нескольких десятков до нескольких тысяч. Накопление ПАУ идет и в бентосных организмах и в объектах ихтиофауны. Особенно у карпов (!), которые за 76 часов способны накопить 2700-кратное количество ПАУ.

БП-трансформирующая микрофлора также как и в случае нефти обеспечивает сохранение чистоты океана. От нуля до 100 клеток на 1 мл изменяется эта флора, и максимальна она в зонах с повышенным содержанием БП. Штаммы бактерий, выделенные из морской воды, обладали способностью к трансформации от 10% до 67% вносимого БП.

Долгопериодные исследования в Балтийском море свидетельствуют о широком распространении в водной толще БП-трансформирующей микрофлоры до 10⁴ клеток/мл, и они оказались способны в эксперименте разрушать в поверхностном слое от 35% до 87% вносимого БП.

Опасные последствия загрязнения морской среды канцерогенными ПАУ проявляются не только в их аккумуляции гидробионтами. Имеется прямая корреляция между концентрацией ПАУ и частотой появления опухолей у рыб. Например, до 1950-х гг. в Южной Балтике лимфосаркома у щук не встречалась, а в 1970-е гг. регистрировалась высокая частота появления этой болезни. Происходит снижение рождаемости рыб, генетические изменения (например, у плотвы). Все это в конечном итоге представляет опасность для человека.

Для нас, естественно, очень опасно попадание в организм ПАУ с морепродуктами (как и вообще с продуктами, ПАУ может находится и в мясе). Жители больших городов вынуждены вдыхать до 200 мг бенз(а)пирена в год. Курильщик, выкуривающий 1 пачку в день, практически удваивает эту “норму” для себя.

Дата добавления: 2015-08-13