О : Безносов В.Н., Суздалева А.Л., Горюнова ... Beznosov V.N., Suzdaleva A.L., Gorjunova ...

ОПУБЛИКОВАНО:
Безносов В.Н., Суздалева А.Л., Горюнова С.В. Дестратификационное
загрязнение среды // Вестник Российского ун-та дружбы народов. Сер.
Экология и безопасность жизнедеятельности. 1998/1999. №3. С.85-90.
Beznosov V.N., Suzdaleva A.L., Gorjunova S.V. Destratifical environmental
pollution // Bulletin of Russian Peoples' Friendship University. Series Ecology and
Life Safety. 1998/1999, N3. P.85-90.
ДЕСТРАТИФИКАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СРЕДЫ
В.Н.Безносов, А.Л.Суздалева, С.В.Горюнова
Аннотация. На основании собственных и литературных данных
показано, что нарушение стратификации природной среды может стать
причиной ее физического, химического и биологического загрязнения.
Abstract. Basing on analysis of the author's findings and literary data it is
proved that the discharge of stratification of natural environment can be a reason of
its physical, chemical and biological pollution.
Почти все пространство, занятое биосферой (атмосфера, почва, верхняя
часть литосферы, водная среда), в той или иной мере стратифицировано, т.е.
состоит из отдельных слоев, условия в которых существенно отличаются.
Стратификация различных участков биосферы, хотя и подвержена сезонным
и многолетним флуктуациям, в целом носит весьма устойчивый характер.
Вместе с тем, в настоящее время развитие технологической деятельности
приводит
к
многочисленным
нарушениям
стратифицированности
окружающей среды, т.е. ее дестратификации [1, 2]. В процессе эволюции
большинство видов приспособилось к условиям одного или нескольких
конкретных горизонтов. При техногенном нарушении вертикальной
структуры среды обитания эти условия во многих случаях резко изменяются,
что, как правило, оказывает на организмы негативное воздействие. В
настоящее время данная проблема исследована недостаточно. Сведения о
последствиях дестратификации среды носят отрывочный характер и
описываются весьма неопределенными понятиями, такими как, например,
"нарушение структуры биотопов". В результате, несмотря на свою
распространенность, этот вид антропогенного воздействия не нашел
достаточного отражения в природоохранных нормативах и часто не
учитывается при оценке воздействия на окружающую среду (составлении
ОВОС). Основными затруднениями, возникающими при изучении
экологических эффектов, обусловленных дестратификацией среды, являются
сложности, связанные с систематизацией этих событий, их количественным
описанием и соотнесением с другими видами антропогенных воздействий. В
значительной мере эти трудности можно преодолеть, рассматривая
последствия нарушения стратификации природной среды как одну из форм
ее загрязнения. Дестратификация всегда сопровождается переносом
вещества, энергии и живых организмов в пространстве. В результате в
затронутых
нарушением
стратификации
участках
появляются
несвойственные им химические, физические и биологические агенты. То
есть, в соответствии с общепринятыми понятиями, дестратификация
вызывает загрязнение среды.
Оценка антропогенного загрязнения окружающей среды заключается в
определении наличия в ней загрязняющих агентов, привнесенных извне или
возникших в ней в результате каких-то видов деятельности. При этом во
многих случаях допускается, что эти же загрязняющие агенты
присутствовали здесь и ранее, в еще незагрязненной среде, но их количество
не превышало "фонового" уровня. В связи с этим в этот период они
загрязнителями не являлись. Наиболее широкую трактовку понятия
"загрязнение среды" дал Н.Ф. Реймерс [3], подразумевая под ним "... все то,
что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно
для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается
от обычно наблюдаемой нормы и/или нежелательно для человека.
Загрязнение может быть вызвано любым агентом, в том числе самым
«чистым» (например, лишняя по отношению к природной норме вода в
экосистеме суши)..." (с. 130). При применении этого принципа возникает
существенный вопрос – что собственно считать "тем местом"? На практике
исследователь, как правило, абстрагирует какой-либо природный объект и
считает, что загрязнение это все то, что привносится из-за пределов этого
объекта. Изменения же, возникающие в отдельных, также реально
существующих, частях внутри выделенной исследователем области, не
рассматриваются. Например, загрязнением является попадание в водоем
каких-то веществ в результате смыва с окружающей территории или их
поступление с атмосферными осадками. Тогда как появление этих же
веществ или значительное увеличение их концентрации, обусловленное их
проникновением из одного слоя в другой, также происходящее в результате
человеческой деятельности, загрязнением, как правило, не считается. В
результате из поля зрения выпадает существенная часть возможных
эффектов, могущих иметь серьезные экологические последствия [2].
Рассмотрим явления, связанные с нарушением стратификации, более
подробно на примере водной среды. В стратифицированных морских и
континентальных водоемах температура глубинных слоев значительно ниже,
чем поверхностных. Поэтому, их дестратификация сопровождается резким
изменением температуры воды. В большинстве случаев это оказывает
негативное воздействие на водные организмы. Происходит снижение
интенсивности процессов жизнедеятельности, уменьшение скорости роста и
развития. У некоторых стенотермных форм может наблюдаться массовая
гибель. Например, в экспериментах, проведенных на Черном море,
добавление в среду холодных глубинных вод вызывало гибель до 100% таких
массовых форм летнего зоопланктона, как Penilia avirostris Dana и
Centropages kroyeri Giesbr., а также мальков черноморской хамсы (Engraulis
encrasicolus ponticus Aleksandrov) и черноморской ставриды (Trachurus
mediterraneus ponticus Aleev), являющихся основным компонентом
ихтиопланктона в летний период (табл. 1). Причем, при нарушении
стратификации подобные явления происходят не только в поверхностном
слое в результате понижения температуры, но и в глубинных слоях в
результате ее повышения (табл. 2). В целом эти явления можно
рассматривать как разновидность термального загрязнения среды [4].
Таблица 1. Смертность (в %) массовых форм летнего зоопланктона и
ихтиопланктона поверхностного слоя Черного моря при добавлении в среду
воды с глубины 60 м (t = 7,5°С) и в контрольном опыте (К)
Виды
Содержание глубинной воды в
К
среде
25%
50%
75%
100%
Penilia avirostris Dana
0
18
77
100
0
Centropages kroyeri Giesbr.
0
14
23
100
0
Oithona minuta Kritcz.
0
0
18
17
0
Paraealanus parvus Cl.
0
0
10
28
0
Мальки черноморской хамсы
0
13
20
100
0
Мальки черноморской ставриды
0
12
22
100
0
Изменение пространственного положения того или иного слоя
сопровождается изменением давления, что также оказывает существенное
влияние на жизнедеятельность различных видов, обитающих в этом
горизонте. Связанные с этим явления, по-видимому, можно рассматривать
как одну из форм физического загрязнения среды в широком смысле, а
именно его особый вид – барическое загрязнение. Действительно, при
подъеме или опускании водной массы обитающие в ней планктонные
организмы остаются в пределах своего местообитания, тогда как значение
одного из важнейших факторов на этом участке водной среды подвергается
значительному изменению.
Как правило, при нарушениях стратификации происходит изменение не
только температуры и давления, но химических параметров. Например, в
глубинных водных массах может содержаться сероводород. В этом случае
нарушение стратификации влечет за собой гибель большинства
высокоорганизованных организмов, населяющих этот водоем. Подобные
события, в частности, периодически происходят в некоторых районах
Черного моря, когда сильные ветра, дующие в направлении от берега,
вызывают сгон поверхностных вод и на их место поднимаются зараженные
сероводородом воды из более глубоких слоев [5]. В глубинных водах могут
содержаться и другие компоненты, токсичные дня организмов
поверхностного слоя [6, 7]. Таким образом, происходящая вследствие
некоторых видов человеческой деятельности дестратификация водоемов
может сопровождаться и химическим загрязнением их отдельных слоев.
Таблица 2. Смертность (в %) форм зоопланктона, обитающих летом на
глубине 60 м, при добавлении в среду воды из поверхностного слоя моря и в
контрольном опыте (К)
Виды
Содержание глубинной воды в
К
среде
25%
50%
75%
100%
Calanus helgolandicus Gunn.
10
7
25
35
2
Pseudocalanus elongatus Boeck.
20
22
75
100
0
Копеподиты
18
30
47
54
7
Науплии
23
20
57
63
8
Характерной особенностью глубинных водных масс является и более
высокая, по сравнению с поверхностными водами, концентрация биогенных
элементов (фосфора, азота и др.). Это явление обусловлено тем, что
постоянно какая-то часть органического вещества в виде отмерших
организмов или продуктов их жизнедеятельности под действием силы
тяжести переносится в глубинные слои и оседает на дно водоемов, где
происходит их разложение. В связи с этим, подъем глубинных вод может
вызвать в поверхностных слоях бурное развитие различных водных растений
– от "цветения" фитопланктона до образования зарослей макрофитов.
Например, подъем глубинных вод в северо-восточной части Черного моря [8]
вызывал многократное увеличение численности фитопланктона. Его
биомасса в поднятой к поверхности глубинных водах достигала 11-18 г/м3,
что значительно выше, чем биомасса фитопланктона в период весеннего пика
в большинстве районов Черного моря [9] и сравнима с количеством
фитопланктона в зонах сильной эвтрофикации вод, например, в устье Дуная
[10].
На участках подъема глубинных вод, осуществлявшегося устройствами
искусственного апвеллинга с глубины 40 м, скорость роста бурой водоросли
цистозиры Cystoseira barbata (Good. Et Wood.) Ag. достигала максимальных
значений [11]. Средний сырой вес ее талломов поблизости от устройства
искусственного апвеллинга был в 2 раза больше, чем в контрольных точках
(табл. 3). Добавление в среду богатых биогенами глубинных вод значительно
интенсифицировало рост и других массовых видов макрофитов, например,
зеленых водорослей – ульвы (Ulva rigida Ag.) и энтероморфы (Enteromorpha
intestinalis L. (Link)) (табл. 4). Аналогичные данные, свидетельствующие о
существенном увеличении уровня первичной продукции в результате
искусственного подъема глубинных вод, были получены и на других
морских водоемах [12-14]. Таким образом, дестратификация водоемов
вызывает их эвтрофикацию. Обычно различают два основных вида
эвтрофикации – химическую и термическую [15]. Данный случай
представляет собой еще одну разновидность этого явления – эвтрофикацию
дестратификационную [16], которая заключается в увеличении трофности
поверхностного слоя за счет биогенов, содержащихся в глубинных слоях
этого же водоема. Следует отметить, что последствия дестратификационной
эвтрофикации существенно отличаются от явлений, вызываемых зимней
конвекцией вод [8]. Прежде всего, это связано с тем, что если пользоваться
терминологией, приведенной в цитируемом ранее определении Н.Ф.
Реймерса, эти события происходят "не в то время". В отличие от сезонных
изменений
режима
стратификации
водоемов,
их
техногенная
дестратификация
вызывает
нарушение
баланса
продукционнодеструкционных процессов [2].
Таблица 3. Средний вес талломов цистозиры в зоне искусственного
апвеллинга и в контрольных точках
Расстояние от устройства
Сырой вес, г
искусственного апвеллинга, м
1
1,82±0,17
5
1,53±0,24
Контрольная точка №1
0,79±0,12
Контрольная точка №2
0,83±0,15
Таблица 4 Средний вес (г) талломов ульвы и талломов энтероморфы в
глубинной воде
Вид
Глубинная вода
Контрольный опыт
60 м
120 м
Ульва
2,75±0,31
3,01±0,21
1,88±0,17
Энтероморфа
3,17±0,47
3,53±0,42
2,02±0,26
Дестратификация водоемов может также сопровождаться появлением в
различных частях водоемов видов, обычно там не встречающихся. Например,
в сообществах перифитона поверхностного слоя, сформировавшихся в зонах
антропогенного подъема глубинных вод (искусственного апвеллинга) на
Черном море, в большом количестве обнаружены формы, обитающие в более
глубоких горизонтах. Примером может служить гидроид Obelia loveni
(Allman), практически полностью исчезающий в летнее время из перифитона
поверхностных вод [17]. Кроме того, в экспериментах, в поднятой в
фотическую зону воде из нижней части аэробной зоны Черного моря, часто
наблюдалось доминирование в фитопланктоне видов, так называемого,
"тенелюбивого" комплекса, которые в летнее время редко встречаются в
поверхностном слое [18]. Следует отметить, что численность видов,
обусловливающих "цветение" при техногенном подъеме глубинных вод,
весной после зимней конвекции, как правило, также относительно невелика.
В результате смены доминантов в планктонных и перифитонных
сообществах наблюдались существенные структурные и функциональные
изменения. В целом эти явления можно квалифицировать как
дестратификационное биологическое загрязнение среды.
Аналогичные процессы происходят при дестратификации воздушной
среды и почвы. Например, дестратификационным загрязнением в ряде
случаев можно считать подъем тропосферных аэрозолей в более высокие
слои атмосферы. Нарушение стратификации почвенного покрова также
может привести к загрязнению верхнего слоя почвы веществами из более
глубоких горизонтов.
Таким образом, антропогенная дестратификация природной среды
приводит к особому виду загрязнения природной среды
–
дестратификационному загрязнению [19], главной особенностью которого
является то, что это загрязнение среды происходит только за счет
антропогенного пространственного перераспределения компонентов,
присутствующих в едином природном объекте. В качестве факторов,
обусловливающих дестратификационное загрязнение, могут выступать
физические, химические и биологические агенты, и эффекты, ими
вызванные, могут не отличаться от эффектов, которыми сопровождаются
аналогичные виды химического, физического и биологического загрязнения.
В связи с этим, анализ последствий техногенной дестратификации среды, как
одного из видов ее загрязнения, дает определенные преимущества. Вопервых, это делает возможным применение при оценке этого вида
антропогенного воздействия общепринятых нормативов, разработанных для
традиционных форм загрязнения. Во-вторых, эти явления можно
анализировать в совокупности с другими наблюдающимися формами
загрязнения. Например, эвтрофикация в водоемах-охладителях АЭС может
одновременно являться следствием трех различных видов эвтрофикации –
химической, термической и дестратификационной [16]. Исследование
относительной роли каждого из этих процессов и определения соответствия
их суммарного эффекта с действующими природоохранными нормативами
возможно только в том случае, если имеющие данные выражаются в одних и
тех же величинах.
Для того чтобы выделить явления, связанные с дестратификационным
загрязнением, необходимо ввести соответствующие понятия. Применительно
к отдельным эффектам можно предложить следующую терминологию:
1.Химическое дестратификационное загрязнение – загрязнение,
вызванное изменением химического состава среды в результате ее
дестратификации. Последствия увеличения концентрации биогенов в
поверхностных слоях водоемов, обусловленные подъемом глубинных вод,
можно обозначить термином – дестратификационная эвтрофикация.
2.Физическое дестратификационное загрязнение – изменение
физических параметров среды, вызванное нарушением ее естественной
стратификации. По-видимому, в этой группе наиболее важным является
изменение
температуры,
которое
можно
обозначить
как
дестратификационное термальное загрязнение.
3.Биологическое дестратификационное загрязнение – проникновение в
биоценозы чуждых им видов или резкое увеличение численности
второстепенных форм вследствие образования в результате нарушения
стратификации условий, подходящих для жизни этих видов.
ЛИТЕРАТУРА
1.Безносов В.Н. Экологические последствия функционирования
глубинных водозаборов // Соврем. проблемы водн. хоз-ва и
природообустройства. – М.: изд. Моск. гос. ун-та природообустройства, 1997.
– С. 108-109.
2.Безносов В.Н. Нарушение гидрологической структуры морских
водоемов как причина экологических катастроф в настоящем, будущем и ... в
прошлом // Экосистемные перестройки и эволюция биосферы. Вып. 3. – М.,
1998. – С. 55-59.
3.Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник – М.:
Мысль, 1990. – 637 с.
4.Безносов В.Н. "Холодное" термальное загрязнение // Соврем.
проблемы водн. хоз-ва и природообустройства. – М.: изд. Моск. гос. ун-та
природообустройства, 1997. – С. 33-34.
5.Фащук Д.Я. Новорожденный феномен Черного моря // Природа. –
1988. – № 6. – С. 19-33.
6.Тепу К.L., Caperon J. Phytoplankton growth response to deep ocean water
// Mar. Environ. Res. – 1982. – Vol. 7. – N3. – P. 211-225.
7.Кобленц-Мишке О.Н., Ведерников В.И. Первичная продукция //
Океанология. Биология океана. Т. 2. – М.: Наука, 1977. – С. 183-208.
8.Безносов В.Н. Влияние глубинных вод аэробной зоны Черного моря
на жизнедеятельность гидробионтов// Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. –
М.: МГУ, 1995. – 23 с.
9.Белогорская Е.В., Кондратьева Т.М. Распределение фитопланктона в
Черном море // Исследование фитопланктона Черного и Азовского морей. —
Киев: Наукова думка, 1965. - С. 36-68.
10. Кондратьева Т.М. Количественное развитие и распространение
фитопланктона// Основы биол. продуктивности Черного моря. – Киев:
Наукова думка, 1979. – С. 70-79.
11.Безносов В.Н., Побединский Н.А. Рост цистозиры в зоне
искусственного апвеллинга // III Всесоюз. конф. по морской биологии. Тез.
докл. Ч. 2. – Киев, 1978. – С. 196.
12.Paul A.J., Paul J.M., Shoemaker P.A. Artifical upwelling and
phytoplankton production in Alaska // Mar. Sci. Commun. – 1979. – Vol. 5. – N1.
– P. 79-89.
13.Gonzales-Rodriguez E., Maestrini S.Y. Nutrient enrichment of Cabo Frio
(Brasil) sea water for phytoplankton mass production // Hydrobiologia. –1984. –
Vol. 111. – N1. – P. 49-56.
14.Toyota Т., Nakashima T. Using deep sea-water for biological production
// Oceanus. – 1987. – Vol. 30. – N1. – P. 39-42.
15.Сиренко Л.А. Эвтрофирование континентальных водоемов и
некоторые задачи по их контролю // Научные основы контроля качества вод
по гидробиологическим показателям. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – С. 137153.
16.Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Егоров Ю.А. Дестратификационная
эвтрофикация водоемов // Природообустройство – важная деятельность
человека. – М.: изд. Моск. гос. ун-та природообустройства, 1998. – С. 84-85.
17.Безносов В.Н. Формирование сообщества перифитона в зоне
искусственного апвеллинга // Природообустройство – важная деятельность
человека. – М.: изд. Моск. гос. ун-та природообустройства, 1998. – С. 85-86.
18.Безносов В.Н. Развитие фитопланктона и бактериопланктона в
глубинной воде, поднятой из аэробной зоны Черного моря // Океанология. –
1999. – Т. 39. – № 1. – С. 74-79.
19. Безносов В.Н., Суздалева АЛ. Нарушение стратификации водоемов
как источник их загрязнения // Природообустройство и экол. проблемы водн.
хоз-ва и мелиорации. – М.: изд. Моск. гос. ун-та природообустройства, 1999.
– С. 60-61.