Экологическое состояние Мирового океана

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

К началу XXI в. одним из приоритетных направлений исследования океана стала оценка его экологического состояния и происходящих изменений. Устойчивость 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 основном состоит в увеличении поступления загрязняющих веществ. Антропогенная 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 долей 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 СО₂ удаляется из системы атмосфера — верхние слои океана в процессе перемешивания вод. Дополнительный механизм переноса СО₂ — гравитационное осаждение взвешенных органических веществ (биогенная седиментация).

При анализе последствий загрязнения выделяют группу наиболее распространенных загрязняющих веществ, таких, как нефтяные углеводороды, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, хлорорганические и фосфорорганические 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. Чрезвычайно 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, фронтальные зоны, поверхностный (фотический) слой воды, куда направлен основной пресс антропогенного воздействия. Вертикальное перемешивание, горизонтальные 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% населения Земли, здесь создается 40% первичной продукции органического вещества, на них приходится 90% вылова рыбных ресурсов, и возрастание антропогенного воздействия приводит к евтрофированию и микробиологическому заражению морских вод и гидробионтов. Кроме того, загрязняющие вещества оседают в прибрежных районах и накапливаются.

В открытых районах океана экосистемы и отдельные гидробионты испытывают воздействие низких доз устойчивых химических загрязняющих веществ. Опасность здесь — в постоянном характере такого влияния.

Антропогенное воздействие влияет не только на биотическую составляющую 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 портовые акватории в России.

Нефть воздействует на прохождение циклов других загрязняющих веществ, например хлорированных углеводородов, которые растворяются в нефтяных пленках. Хлорированные углеводороды — устойчивые высокотоксичные вещества, они составляют группу неприродных компонентов среды и представляют в настоящее время наибольшую опасность для биосферы. Несмотря на значительное сокращение промышленного использования хлорированных углеводородов, они широко распространены, особенно в прибрежных районах и внутренних морях. Взаимодействие органических соединений с тяжелыми металлами 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 оказывает 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 региональные последствия отрицательного воздействия этих пленок на свойства поверхности раздела вода — воздух. Кроме нефти, к органическим загрязняющим веществам относятся детергенты, бытовые стоки, уменьшающие силу поверхностного натяжения. Наличие органических пленок (в том числе нефтяных) приводит к изменению температуры поверхностного микрослоя. Сокращая испарение, они препятствуют возникновению потока теплоты в нижележащие слои океана, служат дополнительным барьером, препятствующим прохождению 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 СО₂ в водную среду и более активному выделению СО₂ в атмосферу.

С развитием ядерной энергетики наблюдается постепенное повышение радиоактивности морских вод в результате сброса отходов с атомных электростанций и эксплуатации судов с атомными двигателями. Радиоактивные стоки присутствуют в Балтийском, Северном, Средиземном морях, прибрежных водах 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. Особую роль в функционировании морских экосистем играют бактерии. Они участвуют 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 кислорода (зоны гипоксии), появляется сероводород. Избыточное содержание органических веществ характерно для вод Балтийского, Черного, Каспийского, Азовского и других морей. Зарегулирование стока крупных рек вызывает нарушение их гидрологического режима, изменение внутригодового распределения стока, изменение межсезонной и многолетней динамики химического состава воды, сглаживание его сезонных колебаний, а затем — и значительные изменения в режиме морей, куда эти реки впадают. Водохранилища на Волге, Днепре, Дону и других реках «цветут», соответственно, большая часть фосфатов, нитратов и кремния ассимилируется фитопланктоном, а затем частично оседает и аккумулируется в донных осадках. В море с речным стоком выносятся аммоний, мочевина, органические соединения азота и фосфора. Большое количество выносимого реками органического вещества вызывает увеличение первичной продукции в ряде морей. Как следствие, изменилась гидрохимическая основа биопродуктивности Каспийского, Азовского, Черного морей. Их экосистемы в настоящее время находятся в переходном периоде к установлению нового равновесия при изменившемся химическом стоке рек. Процессы антропогенного евтрофирования затронули и арктические моря, но в значительно меньшей степени.

Морские экосистемы, благодаря своей динамичности, достаточно устойчивы к умеренному внешнему воздействию. Это определяется совокупностью всех природных факторов, которые способствуют восстановлению естественных свойств и состава воды.

Самоочищение — совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды, разложение, утилизацию загрязняющих веществ. Гидродинамические факторы, не являясь по существу факторами самоочищения, могут способствовать ускорению или торможению самоочищения. Главным фактором самоочищения природных вод от загрязняющих органических веществ выступает, прежде всего, жизнедеятельность микроорганизмов — деструкторов, способных трансформировать эти вещества 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 процессов обеспечить защиту от внешнего (в основном антропогенного) вмешательства называют ассимиляционной емкостью, которая представляет собой меру естественного «иммунитета». Она характеризует допустимую степень накопления 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 связана концепция водных масс (см. разд. 10.14). 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 частях. 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 последствия загрязнения морской среды.

Огромный вред морской фауне нанесла чрезмерная и неконтролируемая добыча промысловых рыб и некоторых других животных. Почти полностью истреблены 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 хищнического вылова некоторых видов морских организмов, имеет глобальный характер. 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

Гидрология — наука разноплановая и многогранная. Несмотря на относительную молодость, движимая насущными потребностями человечества, она уже многого достигла. Как и любая наука, тесно связанная с экономическими проблемами, гидрология постоянно развивается и совершенствуется. И дальнейшее ее развитие будет определяться, в первую очередь, как практическими потребностями, так и внутренними закономерностями совершенствования самой науки.

Роль воды в социально-экономическом развитии современного общества весьма велика. Использование природных вод в жизни человека и в экономике расширяется, и это ставит перед наукой задачу дальнейшего изучения гидрологических процессов и водных ресурсов, разработки более экономных и оптимальных путей использования природных вод, обеспечения их охраны от загрязнения и истощения.

Существенно возрастает роль гидрологии в нашей стране, где взят курс на более рациональное использование природных ресурсов, в том числе водных, на их охрану, на повышение эффективности научных исследований. Ниже будут кратко изложены основные направления будущего развития российской гидрологии, вытекающие из задач социально-экономического развития страны на ближайшую перспективу.

Исследование гидрологических процессов.Предстоит продолжение углубленного изучения всех элементов круговорота воды (гидрологического цикла) и водного баланса для всего земного шара, материков, океанов, морей и бассейнов рек. Будут продолжаться исследования закономерностей гидрологических процессов в водных объектах разных типов с учетом развития хозяйственной деятельности и возможных антропогенных изменений климата. При этом должны быть широко использованы достижения в смежных областях науки.

Особое значение приобретает детальное изучение происходящих в настоящее время существенных изменений гидросферы, связанных с глобальным потеплением климата. Предстоит организация систематических и детальных исследований изменения атмосферных осадков, стока рек мира, изменения режима внутриконтинентальных водоемов, в том числе Каспийского и Аральского морей, продолжающейся деградации ледников, изменения режима Мирового океана и связанных с ним морей (в частности, ускоряющегося повышения уровня, изменения ледового режима и т. д.). В области гидрологии суши будут углубленно изучаться процессы формирования гидрологического режима рек, озер, водохранилищ, подземных вод, болот, ледников; разрабатываться комплексные модели гидрологических процессов в этих объектах и на их водосборах; разрабатываться теория гидрологических процессов в условиях создания и функционирования крупных водохозяйственных систем и теория регулирования гидрологических процессов.

В области океанологии будут продолжены исследования Мирового океана и его частей с целью пополнения, а главное — уточнения сведений об океанологических характеристиках, об их географическом распределении и особенно об их изменчивости. Будет расширяться разработка проблемы взаимодействия океана и атмосферы, причем главным образом с целью прогнозов погоды и климата.

Прогресс в изучении закономерностей гидрологических процессов в водных объектах суши и в Мировом океане возможен лишь при нескольких непременных условиях. Среди них — радикальное улучшение технического оснащения исследований новейшими приборами, позволяющими вести непрерывные наблюдения гидрологических характеристик; существенное развитие статистических методов обработки получаемых данных; совершенствование методов математического моделирования гидрологических процессов; развитие методов дистанционных наблюдений, в том числе с ис­пользованием спутников и космических орбитальных станций; расширение использования ЭВМ в гидрологии.

Изучение и оценка водных ресурсов.На основе исследования гидрологических процессов должно быть расширено дальнейшее изучение водных ресурсов России, текущая и перспективная оценка ресурсов поверхностных и подземных вод, их использования и качества. Это возможно лишь на базе совершенствования системы Государственного водного кадастра (ГВК), создания оптимально размещенной сети гидрометеорологических наблюдений. Должна быть внедрена система автоматизированного сбора, обобщения и передачи потребителям по их заказам гидрологической информации.

Гидрология на службе различных отраслей экономики. Впоследнее время существенно возросла роль гидрологической науки в удовлетворении практических запросов различных отраслей хозяйства.

В области гидрологии суши наука уже внесла весомый вклад в решение комплексных научно-прикладных задач, связанных с развитием орошаемого земледелия, гидроэнергетики, водного транспорта, с гидрологическим обоснованием различных других мероприятий. Вместе с тем при разработке проектов водохозяйственных мероприятий, особенно крупных, не всегда достаточное внимание уделялось их гидрологическому и экологическому обоснованию, что в ряде случаев привело к появлению несовершенных проектов и нанесло ущерб окружающей среде. Необходимо повышение качественного уровня исследований, ускорение их внедрения в практику в целях более полного удовлетворения запросов экономики. Гидрология суши должна оказать большую помощь в дальнейшем развитии таких отраслей хозяйства, как орошаемое земледелие, гидроэнергетика, речной транспорт. Назрела необходимость резкого сокращения непроизводительных затрат воды при орошении земель, охраны малых рек, развития «малой гидроэнергетики» (сооружения миниэлектростанций на малых реках), существенного развития речных перевозок на реках Сибири и Дальнего Востока. Именно гидрологи должны сказать здесь свое веское слово.

К числу основных задач водного хозяйства России на ближайшую перспективу можно отнести следующие: борьба с загрязнением и ухудшением качества природных вод; предотвращение истощения и деградации водных объектов, водных ресурсов и водных экосистем; борьба с вредным воздействием вод (наводнения, затопление и подтопление земель и др.); уменьшение дефицита водных ресурсов в некоторых регионах страны; предотвращение возможного негативного влияния гидротехнического строительства на окружающую среду, природные воды и некоторые отрасли хозяйства, например рыбное; улучшение управляемости в сфере изучения, использования, восстановления и охраны водных ресурсов. Очевидно, что решение этих задач невозможно без участия гидрологов.

В области океанологии результаты научных исследований будут еще шире применяться при использовании различных ресурсов океана — пищевых, химических, минеральных, энергетических и др. Необходимы поиски новых промысловых районов, хотя в этом отношении уже мало, что можно сделать, осталось немного неизведанных мест в Мировом океане. Гораздо шире перспективы в отыскании новых объектов промысла и в развитии его технологии. При этом главная задача науки будет состоять в определении рациональных пределов промысла, предупреждении подрыва биологиче­ских ресурсов. Наука должна обеспечить возможность перехода промысла с позиций простой «охоты» на позиции ведения рационального морского хозяйства, причем не только у берега, но и в открытом море.

Прибрежные морские хозяйства — марикультура — давно уже успешно развиваются, особенно в Японии и Китае, где существуют «морские огороды» для водорослей, «морские фермы» для разведения устриц, мидий, жемчужниц и т. п., а также и для рыб. Теперь на очереди стоит задача перенести подобные приемы и в открытое море, что частично уже делается. Растет кооперация стран в деле создания международных организаций по надзору за промыслом, за соблюдением правил и квот промысла.

В ближайшей перспективе намечается возможность прямого использования разных видов морской энергии на пользу человечества путем создания электростанций приливных, волновых, тепловых (которые используют различия в температуре воды на разных горизонтах) и др. Помочь в этой работе должна океанология. Немалые задачи у океанологии и в обеспечении других отраслей хозяйства в приморских районах.

Охрана природных вод.Вусловиях расширения научно-технического прогресса, внедрения интенсивных методов хозяйствования и ресурсосберегающих технологий особое значение приобретает охрана природных вод от истощения и загрязнения.

Предстоит развитие гидролого-экологического мониторинга водных ресурсов и качества вод суши и океана. При научном обосновании водохозяйственных мероприятий больше внимания будет уделяться гидрохимическим и гидробиологическим аспектам с целью обязательного поддержания благоприятного экологического состояния окружающей среды и биоразнообразия и уменьшения возможных отрицательных последствий мероприятий для природных условий и, в частности, качества вод.

Гидрология должна внести решающий вклад в дело предотвращения загрязнения вод суши. Необходим более жесткий контроль за состоянием водных объектов, особенно в районах интенсивного промышленного, коммунального, сельскохозяйственного использования вод. Опасность загрязнения вод океана, несмотря на все существующие меры ее предотвраще­ния, сохраняется, а со временем может и возрасти.

Разработка гидрологических прогнозов.Стратегическая цель всякой науки — разработка прогноза каждого явления. Многое предстоит сделать в этом отношении и в гидрологии. На основе глубокого изучения гидрологических процессов и разработки соответствующих методов расчета будут созданы новые методы прогноза режима вод суши и океана. При этом важное значение будет отдано учету антропогенного воздействия на природные воды с целью заблаговременного предупреждения негативных последствий. Помимо прогноза отдельных сторон гидрологических процессов будут разрабатываться прогнозы общего состояния гидросферы. Особое значение приобретают долгосрочные прогнозы, связанные с глобальным потеплением климата. Предстоит разработать прогнозы ожидаемых изменений увлажненности территорий; стока важнейших рек России; режима озер, в том числе Каспийского моря; состояния ледников; режима Мирового океана и морей, в частности их среднего уровня, приливов, нагонов, ледовитости и др. Эти прогнозы неотделимы от прогнозов климата на планете; в этом отношении необходимо развитие сотрудничества гидрологов, океанологов, климатологов, палегеографов. Особого внимания потребует разработка методов прогнозирования опасных гидрологических явлений (катастрофических паводков и штормовых нагонов, селей, лавин, значи­тельных подвижек ледников, цунами и т. д.). Потребуется разработать систему автоматизированного наблюдения, предупреждения о таких явлениях и их прогнозирования.

Экологическая экспертиза.В ближайшее время должна резко возрасти роль экологических экспертиз не только при разработке и осуществлении конкретных хозяйственных (включая водохозяйственные) проектов, но и при разработке планов развития отдельных отраслей хозяйства в стране в целом и в отдельных регионах. При этом необходимо учитывать долгосрочные и сверхдолгосрочные прогнозы развития производительных сил и возможных естественных и особенно антропогенных изменений природных ресурсов, включая водные. Без экологической экспертизы не должны приниматься никакие хозяйственные решения. Экспертиза должна отклонять или отправлять на доработку неудовлетворительные с точки зрения охраны природы проекты. Она может потребовать разработки дополнительных мер по предотвращению или резкому сокращению негативных последствий вмешательства в природу. В таких экспертизах активное участие должны принимать географы, включая гидрологов и океанологов.

Многие проблемы гидрологии (гидрологии суши и океанологии) имеют поистине глобальный характер. Поэтому для развития гидрологии необходимо расширение и укрепление международного сотрудничестваи более активное участие российских ученых в международных гидрологических организациях и исследованиях как по линии гидрологии суши, например в Международной гидрологической программе ЮНЕСКО, так в области океанологии, например в рамках Межправительственной океанографической комиссии.

Гидрологическое образование.Развитие гидрологии как науки и расширение внедрения результатов исследований в экономику невозможно без повышения уровня подготовки специалистов и, прежде всего специалистов высшей квалификации. При совершенствовании высшего образования в области гидрологии суши и океанологии должны быть повышены требования к инженерным знаниям и навыкам у выпускников гидрометеорологических институтов и государственных университетов. Помимо капитального инженерного образования, специалисты гидрологи и океанологи должны получить совершенно необходимую в наши дни солидную общегеографическую и экологическую подготовку.