Экологическое состояние мирового океана

Несмотря на огромные размеры океана, человек все сильнее влияет на его природные условия. Если раньше негативные последствия хозяйственной дея- тельности проявлялись лишь в прибрежных районах океана, то теперь они ска- зываются и в открытых его частях. Неблагоприятное влияние человека на океан заключается прежде всего в изменении его экологического состояния, загряз- нении его вод и чрезмерной добыче промысловых морских организмов.

К началу XXI в. одним из приоритетных направлений исследования океа- на стала оценка его экологического состояния и происходящих изменений. Ус- тойчивость океана к внешним воздействиям достаточно велика из-за огромного объема его вод и процессов активного обмена с другими природными сферами. Океан в своих реакциях более инертен, чем, например, атмосфера и воды суши; необходим длительный период, чтобы неощутимые вначале последствия этих воздействий стали очевидны. Благодаря инертности реагирования, изменения, вызванные хозяйственной деятельностью в океане, могут оказаться наиболее опасными – нарушенное равновесие в Мировом океане очень сложно восстановить.

Современное негативное антропогенное влияние на морскую среду в ос-

новном состоит в увеличении поступления загрязняющих веществ. Антропо- генная составляющая стока некоторых загрязняющих веществ (нефть, свинец, ртуть, мышьяк и т. д.) сравнима и иногда даже превышает природную. Океаны представляют собой зону аккумуляции загрязняющих веществ, «конечный пункт», независимо от того, в какую среду они были сброшены первоначально. Вклад атмосферного загрязнения Мирового океана примерно соизмерим с до- лей речного стока в балансе загрязняющих веществ, поступающих в морскую

среду. Одна из важнейших современных проблем – антропогенное воздействие на глобальный цикл углерода. В атмосфере постоянно накапливается диоксид углерода, избыток которого может поглотить только океан. При этом С02 уда- ляется из системы атмосфера – верхние слои океана в процессе перемешивания вод. Дополнительный механизм переноса С02 – гравитационное осаждение взвешенных органических веществ (биогенная седиментация).

При анализе последствий загрязнения выделяют группу наиболее распро- страненных загрязняющих веществ, таких как нефтяные углеводороды, тяже- лые металлы, поверхностно-активные вещества, хлорорганические и фосфорор- ганические вещества, искусственные радионуклиды, биогенные и органические вещества, которые формируют крупномасштабное фоновое загрязнение гидросферы.

Почти все загрязняющие вещества, попадающие в океан, включаются в биологические циклы и концентрируются в тканях гидробионтов, особенно

хищников, в количествах, представляющих экологическую опасность.

Загрязняющие вещества неравномерно распределяются в океане. Чрезвы-

чайно тревожная в экологическом плане особенность загрязнения океана – это приуроченность повышенного содержания техногенных примесей к областям и зонам наибольшего сосредоточения морских организмов, создающих основную продукцию органического вещества: моря, особенно внутренние, прибрежные воды и шельфовые зоны, эстуарии, границы раздела природных сред, фрон- тальные зоны, поверхностный (фотический) слой воды, куда направлен основ- ной пресс антропогенного воздействия. Вертикальное перемешивание, горизон- тальные и вертикальные движения воды способствуют переносу токсичных веществ на большие расстояния и в глубокие слои океана.

Прибрежные районы, составляющие 13\% общей площади океана – это зона наибольшего антропогенного воздействия. С ними связана жизнь 50\% на-

селения Земли, здесь создается 40\% первичной продукции органического веще-

ства, на них приходится 90\% вылова рыбных ресурсов, и возрастание антропо-

генного воздействия приводит к евтрофированию и микробиологическому за- ражению морских вод и гидробионтов. Кроме того, загрязняющие вещества оседают в прибрежных районах и накапливаются.

В открытых районах океана экосистемы и отдельные гидробионты испы- тывают воздействие низких доз устойчивых химических загрязняющих ве- ществ. Опасность здесь – в постоянном характере такого влияния.

Антропогенное воздействие влияет не только на биотическую состав- ляющую морских экосистем. Оно проявляется в нарушениях гидрологического и гидрохимического режимов, процессов тепло-, влаго- и газообмена между океаном и атмосферой, естественных биогеохимических циклов, определяя

экологические условия в тонком приповерхностном слое океана, в котором обитает специфическое сообщество организмов – нейстон и плейстон.

Ежегодно в океан попадает не менее 10 млн т нефти. Главные источники

нефтяного загрязнения – это морской транспорт (сброс промывочных вод с танкеров, утечки при разгрузочно-погрузочных работах и транспортировке нефти, аварии крупнотоннажных танкеров); промышленные и коммунально- бытовые стоки, поступающие с берегов и из устьев рек; утечки и аварии при

нефтедобыче на морском дне, а также военные конфликты (особенно в районе Персидского залива). Наиболее сильно загрязнена нефтью Северная Атлантика. Страдают от нефтяного загрязнения и некоторые прибрежные районы и порто- вые акватории в России.

Нефть воздействует на прохождение циклов других загрязняющих ве-

ществ, например хлорированных углеводородов, которые растворяются в неф- тяных пленках. Хлорированные углеводороды – устойчивые высокотоксичные вещества, они составляют группу неприродных компонентов среды и представ- ляют в настоящее время наибольшую опасность для биосферы. Несмотря на значительное сокращение промышленного использования хлорированных уг- леводородов, они широко распространены, особенно в прибрежных районах и внутренних морях. Взаимодействие органических соединений с тяжелыми ме- таллами также усиливает их негативное влияние на морские организмы.

Разливающаяся по поверхности моря нефть (1 т нефти может покрыть около 12 км2 морской поверхности) создает пленку, затрудняющую газообмен воды с атмосферой. Пока можно утверждать, что нефтяные пленки еще не ока- зывает глобального влияния на процессы обмена веществом и энергией между океаном и атмосферой. Однако во внутренних морях, в прибрежных районах, в отдельных областях океана (вдоль танкерных маршрутов) имеют место регио- нальные последствия отрицательного воздействия этих пленок на свойства по- верхности раздела вода – воздух. Кроме нефти, к органическим загрязняющим

веществам относятся детергенты, бытовые стоки, уменьшающие силу поверх- ностного натяжения. Наличие органических пленок (в том числе нефтяных) приводит к изменению температуры поверхностного микрослоя. Сокращая ис- парение, они препятствуют возникновению потока теплоты в нижележащие слои океана, служат дополнительным барьером, препятствующим прохожде- нию молекул газа через поверхность раздела.

На приповерхностных экосистемах негативно отражается также влияние кислотных дождей, особенно в изолированных опресненных морях (Балтийское

море). Кислотные дожди вызывают изменения рН среды в сторону подкисления в поверхностном микрослое, что нарушает нормальную жизнедеятельность

нейстонных организмов. Изменение рН среды, кроме того, ведет к нарушению газообмена между океаном и атмосферой. Происходит смещение в системе океан – атмосфера в сторону уменьшения поступления С02 в водную среду и более активному выделению С02 в атмосферу.

С развитием ядерной энергетики наблюдается постепенное повышение

радиоактивности морских вод в результате сброса отходов с атомных электро-

станций и эксплуатации судов с атомными двигателями. Радиоактивные стоки присутствуют в Балтийском, Северном, Средиземном морях, прибрежных во-

дах Японии, США и других районах.

Для оценки экологического состояния морских вод большое значение имеет знание особенностей гидрохимического режима. Биогенные вещества

представляют собой важный фактор, определяющий размеры популяции. Осо-

бую роль в функционировании морских экосистем играют бактерии. Они уча-

ствуют в разложении органических веществ, регенерации биогенных элементов

(это естественные процессы), а также в разложении органических соединений,

попадающих в океан в виде загрязняющих веществ (например, нефть).

В прибрежных водах, особенно у берегов промышленно развитых стран, в последнее время наблюдаются серьезные нарушения естественных условий водной среды, ухудшается качество воды в связи с повышением содержания органических веществ, возникают зоны с недостатком или отсутствием кисло- рода (зоны гипоксии), появляется сероводород. Избыточное содержание орга- нических веществ характерно для вод Балтийского, Черного, Каспийского, Азовского и других морей. Зарегулирование стока крупных рек вызывает на- рушение их гидрологического режима, изменение внутригодового распределе- ния стока, изменение межсезонной и многолетней динамики химического со- става воды, сглаживание его сезонных колебаний, а затем – и значительные из- менения в режиме морей, куда эти реки впадают. Водохранилища на Волге, Днепре, Дону и других реках «цветут», соответственно, большая часть фосфа- тов, нитратов и кремния ассимилируется фитопланктоном, а затем частично оседает и аккумулируется в донных осадках. В море с речным стоком выносят- ся аммоний, мочевина, органические соединения азота и фосфора. Большое ко- личество выносимого реками органического вещества вызывает увеличение первичной продукции в ряде морей. Как следствие, изменилась гидрохимиче- ская основа биопродуктивности Каспийского, Азовского, Черного морей. Их экосистемы в настоящее время находятся в переходном периоде к установле- нию нового равновесия при изменившемся химическом стоке рек. Процессы антропогенного евтрофирования затронули и арктические моря, но в значи- тельно меньшей степени.

Морские экосистемы, благодаря своей динамичности, достаточно устой-

чивы к умеренному внешнему воздействию. Это определяется совокупностью всех природных факторов, которые способствуют восстановлению естествен- ных свойств и состава воды.

Самоочищение – совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды, разложение, утили- зацию загрязняющих веществ. Гидродинамические факторы, не являясь по су-

ществу факторами самоочищения, могут способствовать ускорению или тор- можению самоочищения. Главным фактором самоочищения природных вод от загрязняющих органических веществ выступает, прежде всего, жизнедеятель-

ность микроорганизмов – деструкторов, способных трансформировать эти ве- щества и переводить их в минеральную форму. Проблема количественной оценки всех факторов самоочищения очень сложна и далека от окончательного решения.

Способность экосистемы в результате действия всех перечисленных про-

цессов обеспечить защиту от внешнего (в основном антропогенного) вмеша- тельства называют ассимиляционной емкостью, которая представляет собой меру естественного «иммунитета». Она характеризует допустимую степень на- копления токсичных веществ в морской экосистеме, а также возможность их активного разложения и удаления с сохранением основных свойств экосистемы.

С концепцией ассимиляционной емкости морской экосистемы тесно свя-

зана концепция водных масс. Изучение происхождения и структуры водных

масс, времени их обновления позволяет определить условия и основные черты циркуляции загрязняющих веществ в морской экосистеме в целом или ее час- тях. Таким путем можно попытаться определить «время жизни» химического соединения, основные закономерности его биохимического цикла. Концепция водных масс также тесно связана с концепцией биологической индикации океана. С помощью биологической индикации изучаются экологические по- следствия загрязнения морской среды.

Огромный вред морской фауне нанесла чрезмерная и неконтролируемая добыча промысловых рыб и некоторых других животных. Почти полностью ис-

треблены котики на Командорских островах, сократилась численность китов,

нарушено воспроизводство осетровых в Каспийском море, сельди в Атлантике.

Угроза, которой подвергаются океаны и моря от загрязнения вод и хищ-

нического вылова некоторых видов морских организмов, имеет глобальный ха- рактер. Ее предотвращение требует международных усилий в сокращении сбросов загрязняющих веществ в океаны и моря, в регулировании промысла морских организмов с полным запретом вылова некоторых видов. Совершенно ясно, что в разработке таких мер важная роль должна принадлежать гидрологии океанов – океанологии.

Заключение

Как многие современные науки гидрология является комплексной нау- кой. Ее развитие обусловлено тесной связью с экономическими, социальными, экологическими и другими проблемами. Развитие науки определяется в первую очередь практическими потребностями и внутренними закономерностями ее совершенствования. К основным направлениям развития гидрологии следует отнести: исследование гидрологических процессов, изучение и оценку водных ре- сурсов, удовлетворение практических запросов различных отраслей хозяйства, охрану природных вод, разработку гидрологических прогнозов, повышение роли экологической экспертизы, международное сотрудничество, гидрологическое образование.

Исследование гидрологических процессов. Необходимо развивать более углубленное изучение всех элементов круговорота воды (гидрологического

цикла) для отдельных территорий и Земли в целом, влияние на него деятельно- сти человека и управление режимом водных объектов и водным режимом от- дельных территорий. Будет углублено вестись изучение процессов формирова-

ния водного баланса и стока, разработка конструкций гидрологических прибо- ров, прогноз гидрологического режима, изучение структуры речных потоков, водообмен внутри озер, русловые и береговые процессы, термические, ледовые

и др. физические явления, химический состав вод. Необходимы исследования Мирового океана с целью уточнения и развития сведений об океанологических характеристиках взаимодействия океана и атмосферы и его длиннопериодную изменчивость, химический обмен океана с материками, атмосферой и дном,

биоту и ее экологические взаимодействия, установления местных или локаль- ных процессов, происходящих за счет обмена энергией и веществом между различными районами океана.

Изучение и оценка водных ресурсов. На основе изучения гидрологических процессов, необходима: разработка глобальных гидрологических моделей в поддержку анализа последствий изменения климата и широкомасштабной

оценки водных ресурсов; ликвидация пробела между земной гидрологией и экологией на различных уровнях, включая объяснение критических процессов, связанных с водными ресурсами и лежащих в основе сокращения растительно-

сти и деградации земель и их восстановления; изучение ключевых процессов генезиса качества воды путем ликвидации пробела между гидрологическими потоками и биогеохимическими процессами. Научно-исследовательские моде-

ли должны основываться на исследованиях гидрологического равновесия, а также включать структуру потребления воды.

Для оценки водных ресурсов требуется укрепление существующих сис-

тем передачи, адаптации и распространения технологии и разработка новых технологий для использования в практических условиях, а также наращивание

местного потенциала. Перед проведением вышеуказанных мероприятий необ-

ходимо подготовить водные кадастры, содержащие информацию, которой рас-

полагают правительственные службы, частный сектор, учебные институты,

консультанты, местные организации, занимающиеся вопросами эксплуатации водных ресурсов, и другие.

Удовлетворение практических запросов различных отраслей народного хозяйства. Кроме чисто научных задач, любая наука должна решать чисто при- кладные задачи. Гидрология вносит огромный вклад в решение научно- прикладных задач орошаемого земледелия, гидроэнергетики, водного транс- порта, гидрологического обоснования других мероприятий различных отраслей народного хозяйства. В перспективе необходимо: существенно сократить не- производительные затраты воды при орошении, уделять больше внимания ох-

ране малых рек, развитию «малой энергетики» (сооружение миниэлектростан- ций на малых реках). К основным задачам водного хозяйства необходимо от- нести: борьбу с загрязнением и ухудшением качества природных вод; защиту и водных объектов, водных ресурсов и водных экосистем от истощения деграда- ции; разработку мероприятий по борьбе с вредными воздействиями вод; сни- жение дефицита водных ресурсов в некоторых районах страны и т. д.

Главная задача в области океанологии будет заключаться в определении рациональных пределов промысла и предупреждения подрыва биологических ресурсов. Кроме того, должно быть продолжено изучение возможности прямо- го использования разных видов морской энергии путем создания приливных, волновых, тепловых электростанций.

Охрана природных вод. В связи с расширением научно-технического про-

гресса, особое значение приобретает охрана природных вод от истощения и за-

грязнения.

Необходимо развитие гидролого-экологического мониторинга водных ре-

сурсов и качества вод суши и океана. При этом большое внимание должно уде-

ляться гидрохимическим и гидробиологическим аспектам с целью поддержания благоприятного состояния окружающей среды и биоразнообразия.

Необходим более жесткий контроль за состоянием водных объектов, осо-

бенно в районах интенсивного промышленного и коммунального и сельскохо-

зяйственного водопотребления и водопользования.

Разработка гидрологических прогнозов. Слово «прогноз» произошло от двух греческих слов: «про» и «гносис», означающих, соответственно, – вперед

и знание. Таким образом, прогноз – это предвидение развития или исхода явле-

ний и событий.

Под гидрологическим прогнозом понимается научно обоснованное пред- сказание будущего состояния водного объекта – реки, озера или водохранили- ща. Иначе гидрологический прогноз – предсказание возникновения и развития того или иного гидрологического явления, опирающееся на знание закономер- ностей этого явления. Прогноз должен содержать данные об ожидаемых разме- рах (количественных характеристиках) явления и сроках его осуществления.

Быстро развивающаяся экономика страны при широком комплексном ис-

пользовании водных ресурсов предъявляет особенно значительные требования к гидрологическим прогнозам как к прикладной отрасли гидрологии. В настоя- щее время для удовлетворения этих требований необходимо располагать мето- дами, позволяющими предвидеть все наиболее важные изменения в состоянии

водного объекта. Таким образом, с течением времени из предсказаний гидроло-

гические прогнозы переходят в предвычисления.

На основе глубокого изучения гидрологических процессов и разработке соответствующих методов расчета должны быть созданы новые методы про- гноза режима вод суши и океана, с учетом антропогенного воздействия на при- родные воды с целью заблаговременного предупреждения негативных последствий.

Повышение роли экологической экспертизы. В настоящее время, когда происходит крупномасштабная деградация экосистем, в том числе водных, должна резко возрасти роль экологической экспертизы при реализации водохо-

зяйственных проектов. При строительстве и вводе в эксплуатацию новых и ре- конструируемых предприятий и сооружений, внедрении новых технологиче- ских процессов, влияющих на состояние вод на водных объектах и водохозяй-

ственных сооружениях, должна проводиться Государственная экологическая экспертиза. При проведении Государственной экологической экспертизы должны быть обеспечены контроль мероприятий по учету забора и сброса вод,

охране вод от загрязнения, засорения и истощения, предупреждению вредного воздействия вод, хозяйственной деятельности на экологическое состояние вод- ного объекта и окружающей среды.

Без заключения Государственной экологической экспертизы финансиро-

вание строительных работ на водных объектах должно быть запрещено.

Государственный контроль и учет вод обеспечивает соблюдение всеми предприятиями, учреждениями, организациями, государственными органами и

гражданами требований водного законодательства, а также устанавливает соот-

ветствие количественных и качественных показателей вод нормативным требованиям.

Международное сотрудничество. Поскольку многие проблемы гидроло-

гии имеют глобальный характер, а Мировой океан является объектом междуна- родной охраны, для успешного развития гидрологии необходимо расширение и укрепление международного сотрудничества. Поэтому Россия принимает ши- рокое участие в международном сотрудничестве гидрологов по линии прави- тельственных и неправительственных организаций. С 1965 г. Государственный гидрологический институт выступает в качестве российского координатора и ответственного исполнителя важнейших проектов Международной Гидрологи- ческой Программы (МГП) ЮНЕСКО, и Программы по Гидрологии и Водным Ресурсам Всемирной метеорологической организации (ВМО), активно участву- ет в работах Международной Ассоциации Гидрологических наук (МАГН), Всемирной Программы по изучению Климата.

Выдающимся результатом международного сотрудничества по линии

ЮНЕСКО явилась подготовка в СССР под руководством ГГИ и издание в

1978 г. на английском языке научной монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» с «Атласом мирового водного баланса» (65 карт). Эта монография на многие годы вперед закрепила лидирующие позиции России в области изучения мировых водных ресурсов. Сотрудниками ГГИ под руково- дством директора института И. А. Шикломановым было подготовлено и издано ВМО и ЮНЕСКО ряд монографий по этой тематике, среди которых капиталь- ная монография на английском языке «Мировые водные ресурсы на рубеже

XXI века», которая вышла в свет в 2003 г. в издательстве Кембриджского уни- верситета. Результатом огромной работы российских ученых в области гидро- логии и международного сотрудничества гидрологов является общепризнанный факт, что по уровню изученности водных ресурсов и развития гидрологической науки Россия в настоящее время занимает одно из лидирующих мест в мире.

Гидрологическое образование. Развитие любой науки, внедрение ее тео- ретических научных исследований в производственный сектор экономики, не- возможно без подготовки специалистов высшей квалификации. Поэтому при подготовке специалистов-гидрологов в системе высшего профессионального образования должны быть повышены требования к знаниям выпускников гид- рологических вузов. Специалист-гидролог должен уметь:

− проводить водно-технических изыскания;

− гидрологические и водохозяйственные расчеты для строительного про-

ектирования и планирования водоохранных мероприятий;

− организовывать и проводить режимные гидрологические наблюдения;

− составлять оперативные гидрологические прогнозы;

− проводить комплексные исследования вод суши, форм их существова-

ния в природе, свойств, состава, качества, режима, закономерностей распреде-

ления в пространстве, взаимосвязей с атмосферой, океаном, литосферой и био-

сферой в процессе общего и регионального круговорота вещества и энергии;

− анализировать проблемы водных ресурсов, оценивать и прогнозировать их количественные и качественные изменения, которые вызванны естествен-

ными и антропогенными причинами;

− изучать физические, химические и биологические процессы, проте-

кающие в различных водных объектах суши;

− разрабатывать рекомендации по экологически безопасному использо-

ванию и охране вод суши от истощения и загрязнения;

− участвовать в проведении экологической экспертизы проектов.