15

Тема 12. Моніторинг Світового океану План

Тема 12. Моніторинг Світового океану 1

План 1

12.1. Джерела і види забруднення океану 1

12.2. Процеси самоочищення морського середовища від забруднюючих речовин 6

12.3. Завдання і основні види комплексного глобального моніторингу океану 7

12.4. Організація спостережень за станом вод морів і океанів 8

Завдання і програми спостережень за забрудненням морського середовища 8

Оцінювання і контролювання нафтових забруднень поверхні моря 11

Особливості екологічного стану Чорного й Азовського морів 13

Запитання. Завдання 15

Світовий океан, який покриває більшу частину по­верхні Землі, відіграє виняткову роль у забезпеченні життя на ній, формуванні погоди та клімату. Океани залучені до процесів глобального характеру: взаємодій води і атмосфери, які визначають клімат; біохімічних циклів хімічних елементів, що тісно пов'язані з цирку­ляцією речовин і енергії у природних екосистемах; фо­тосинтетичної активності водоростей, яка регулює баланс кисню та вуглекислого газу. Океани є джерелом забезпечення продуктами харчування та енергією, ко­рисними копалинами.

Сучасний Світовий океан зазнає значного антропо­генного впливу, який призводить до негативних наслід­ків, зокрема до зменшення обсягів відтворювання біоло­гічних ресурсів. У деяких його областях виникла напру­жена екологічна ситуація, утворилися поля хронічного забруднення. Надходження забруднюючих речовин ан­тропогенного походження, активне вилучення біологіч­них ресурсів (риби і морепродуктів виловлюють більше 70 млн. т на рік) стали постійно діючими екологічни­ми факторами, які деформують морські екосистеми. Останнім часом видобуток корисних копалин посилює негативний вплив на океан. Тому спостереження за екологічним станом Світового океану з метою розроб­лення ефективних заходів зі збереження цієї екосисте­ми з кожним роком стають усе необхіднішими.

12.1. Джерела і види забруднення океану

Забруднюючі речовини надходять до Світового океа­ну як природним шляхом, так і внаслідок господарської діяльності людини. Ці види забруднень тісно взаємо­пов'язані, тобто антропогенні можуть посилювати при­родні небезпечні явища і навпаки.

До джерел природного забруднення океанів та морів належать:

• річковий стік;

• прямий стік із суші (теригенний стік);

— перенесення забруднюючих речовин через атмо­сферу.

Джерелами антропогенного забруднення Світового океану є:

• безпосередні скиди забруднюючих речовин в оке­ан (переважно на його поверхню), зокрема нафтопродук­тів при перевезенні, особливо у разі аварій танкерів;

• безпосереднє надходження забруднюючих речо­вин при підводних розробках та видобуванні мінераль­них ресурсів;

— підводні викиди нафти та газу;

— аварійні викиди із суден або підводних трубопро­водів;

— випробовування атомної зброї.

Сучасні дослідження забруднення Світового океану свідчать, що річковий і теригенний стоки, а також атмо­сферне перенесення є основними джерелами забруднення.

У процесі річкового виносу і стоку із суші забрудню­ються переважно прибережні води океану, внутрішніх морів, заток. В антропогенній складовій теригенного і річкового стоків переважають забруднюючі речовини, які містяться в промислових та комунальних водах, а також у змивах із сільськогосподарських угідь: важкі метали, біогенні сполуки, пестициди та нафтопродукти. У поверхневих водах, які надходять до Світового океа­ну, обсяг антропогенного стоку переважно збігається з природним потоком хімічних елементів і їх з'єднань або навіть перевищує його.

На основі аналізу отриманих матеріалів моніторин­гу океанів з'ясовано, що основними видами забрудню­вачів стають вуглеводи (сира нафта, нафтопродукти, нафтові вуглеводи); хлоровані вуглеводи (пестициди, поліхлоровані біфеніли); токсичні метали; радіоактивні речовини.

Наймасштабнішим є забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами. Поля забруднення нафто­вими вуглеводами формуються в шельфових водах, у районах перевезення нафти, інтенсивного судноплав­ства і аварій танкерів (табл. 5.1).

Таблиця 5.1

Забруднення океану внаслідок найбільших аварій нафтових танкерів

Рік	Назва танкера	Місце аварії	Кількість нафти, що вилилася в море, тис. т
1967	«Торі каньйон»	Мис Корнуелл, Англія	123
1976	«Уркіоло»	Узбережжя Іспанії	100
1978	«Амоко Кадіс»	Узбережжя Франції	200
1990	«Екссон Валдіс»	Узбережжя Аляски	40

Заданими космічного моніторингу, приблизно чверть Світового океану вкрито тонкою плівкою нафти або за­бруднено нафтою і нафтопродуктами. Нафтовою плівкою найбільше вкрита північна тропічна, центральна суб­тропічна та Канарські водні маси. Нафтопродукти трап­ляються в усіх районах безпосереднього забруднення й у відкритих районах океанів. Залежно від умов середо­вища та типу нафти нафтові плівки зберігаються на по­верхні від кількох годин до кількох днів, нафтопродук­ти — від кількох місяців до року.

У водах океанів найчастіше наявні такі хлоровані вуглеводні, як дихлордифенілтрихлоретан (ДДТ) та йо­го похідні гексахлорциклогексан (у-ГХЦГ), поліхлорбіфеніли (ПХБ). Розподіл хлорорганічних пестицидів в океані нерівномірний: чергуються зони підвищених, низьких та нульових концентрацій. Локальні ділянки зберігаються не тільки в зонах безпосереднього забруд­нення, а й у відкритих районах океану, що пояснюється атмосферним перенесенням і динамічним розсіюван­ням. Хлорорганічні пестициди проникають і в глибину океану. При цьому вміст їх у шарі 0—100 м однорідний, а на глибині 500 м зменшується удвічі. У глибинних во­дах найпоширеніший ДДТ.

Концентрація синтетичних поверхнево активних речовин (СПАР) в океанах у середньому становить 27—ЗО мкг/л у поверхневому шарі та 8—9 мкг/л на гли­бині 500 м. Просторовий розподіл СПАР характеризуєть­ся локалізацією полів забруднення (більше 100 мкг/л) у шельфових зонах Північної Америки, Західної Європи та Африки. У відкритому океані їх вміст знижується до 20—ЗО мкг/л і відзначається нерівномірністю розподі­лу в акваторії. У глибинних водах прослідковується зменшення вмісту СПАР.

Важкі метали належать до найпоширеніших і дуже токсичних речовин. Для морських екосистем особливо небезпечними є ртуть, свинець, кадмій. Надходячи до морського середовища, ртуть з'єднується із зваженими речовинами, органічними агрегатами й осідає на дно. У донних відкладеннях під дією деяких форм мікроорга­нізмів вона переходить у високотоксичні форми мети-лованої ртуті, період напіврозпаду якої досягає двох років. Для ртуті характерна глибинно-поверхнева міг­рація. Забруднення морської води цією речовиною об­межується прибережними зонами та шельфами. Мігра­ційний потік свинцю з континентів в океан приходить із річковим стоком і через атмосферу. У морських при­бережних водах Північної півкулі середня концентра­ція свинцю становить 0,07 мкг/л, переважно він пере­буває в шарі 0—500 м. Концентрація кадмію у водах Світового океану коливається від 0,03 до 0,3 мкг/л при середньому значенні 0,15 мкг/л.

Океану притаманна природна радіоактивність, спри­чинена присутністю в морській воді ⁴⁰К (зумовлює 90 % природної радіоактивності, що становить 18,5 • 10²¹ Бк), ⁸⁷Rb, ³Н, ¹⁴С, ізотопів урану та торію. Однак найбільш небезпечними є штучні радіонукліди: стронцій, плуто­ній, цезій. Сума радіоактивності, збільшена діяльніс­тю людини, сьогодні досягає 5,5 • 10¹⁹ Бк. Радіоактив­ні речовини в океан надходять з таких джерел: випро­бування ядерної зброї; скид радіоактивних відходів; аварії суден з атомними двигунами і аварії, пов'язані з використанням, транспортуванням та одержанням ра­діонуклідів. Вертикальний розподіл радіонуклідів в океані має складні особливості. Мінімальна концен­трація стронцію, цезію та плутонію спостерігається в поверхневому шарі, максимальна — на глибині 100—700 м.

Отже, води Світового океану забруднюються різно­манітними шкідливими речовинами антропогенного походження, які мають різні масштаби поширення (табл. 5.2).

Таблиця 5.2

Найпоширеніші токсичні компоненти великомасштабного забруднення Світового океану

Забруднюючі речовини	Ступінь біологічної небезпеки	Масштаб поширення
Радіонукліди	+ +	Глобальний
Стронцій-90	+ +	Глобальний
Цезій-137	+ +	Глобальний
Плутоній-238	+ +	Глобальний
Тритій	+ +	Глобальний
Церій-144	+ +	Глобальний
Хлорорганічні токсичні:
ДДТ та його метаболіти	+ +	Глобальний
поліхлоровані біфеніли	+ +	Глобальний
Альдрин	+ +	Глобальний
Метали:
Метилртуть	+ +	Глобальний
Кадмій	(+)	Глобальний
Ртуть	+ +	Глобальний
Свинець	(+)	Глобальний
Цинк	+	Локальний
Мідь	+	Регіональний
Хром	(+)	Локальний
Залізо	(-)	Локальний
Марганець	(-)	Локальний
Миш'як	(+)	Регіональний
Нафта та нафтопродукти	+	Глобальний

Ступінь біологічної небезпеки для морських організмів: ++ - сильний; + - значний; (+) — слабкий; (—) — незначний.

Країни, що мають вихід до моря, зловживають мор­ськими захоронениями різних матеріалів і речовин, зокрема ґрунту, бурового шламу, відходів промисловос­ті, будівельного сміття, твердих відходів. Об'єм захоронення становить 10 % від загальної маси забруднюючих речовин, які надходять до Світового океану.

Дампінг — скид та захоронения відходів у морях і океанах.

Явище поширилося внаслідок здатності морського середовища переробляти велику кількість органічних і неорганічних речовин без помітних збитків для якості води. Однак дампінг спричиняє низку негативних явищ:

1. частина забруднюючих речовин перетворюється на розчин, змінюючи якість води, інша — сорбується завислими речовинами та переходить у відклади дна;

1. наявність органічних речовин призводить до швидкої втрати кисню, появи сірководню;

2. підвищується мутність води, що спричиняє заги­бель малорухомих форм бентосу.

Тому при організації і здійсненні дампінгу слід до­тримуватися таких умов:

• оцінювання якості, стану і властивостей (фізич­них, хімічних, біологічних) матеріалів, що захороню­ються, їх токсичності, стійкості, здатності до накопи­чення і біотрансформації у водному середовищі та мор­ських організмах;

• здійснення нейтралізації, знезараження, реутилі­зації відходів (якщо це можливо);

• вибір районів скиду з урахуванням максимально­го розбавлення речовин, мінімального поширення їх за межі скиду, позитивного поєднання гідрологічних та гідрофізичних умов;

• забезпечення віддаленості районів скиду від місць нагулу і нересту риб, від місць життя рідкісних та чут­ливих видів гідробіонтів, від зон відпочинку і господар­ського використання.

На живі організми, які формують гідробіотичні еко­системи, найпомітніше впливають біогенні хімічні ре­човини, пестициди, важкі метали, галогени. їх наяв­ність призводить до порушення функціонування біо­тичної складової морських екосистем. Реакція морської біоти на дію забруднюючих речовин буває різна: від по­ступового зменшення розмірів особин, перебудови ензи­матичних систем до нездатності розмножуватися, вими­рання організмів. Загалом антропогенне забруднення зумовлює різні негативні явища, зокрема накопичення хімічних токсичних речовин в біоті; мікробіологічне забруднення прибережних районів моря; зниження біо­логічної продуктивності; прогресуючу евтрофікацію; виникнення мутагенезу та канцерогенезу; порушення стійкості екосистем.

Небезпечні екологічні наслідки залежать не тільки від рівня забруднення, періоду існування забруднюю­чих речовин та процесів їх розсіювання і трансформа­ції, а й обумовлені можливістю акумуляції хімічних сполук у морських організмах та передавання їх трофіч­ними (харчовими) ланцюгами.

Кількість забруднюючих речовин в організмі харак­теризується коефіцієнтом накопичення — відношен­ням вмісту забруднюючої речовини в організмі до вміс­ту її в морській воді. Середні коефіцієнти накопичення забруднюючих речовин в планктонних організмах дося­гають високих значень: свинцю — до 4 • 10⁵, ртуті — 3,4 • 10³, кадмію — 2,1 • 10⁴. ПХБ — 4,0 • 10⁴, бенз(а)-пірену — 5,0 • 10³.

Антропогенна дія проявляється на індивідуальному і популяційно-біоценотичному рівнях. Первинні критич­ні порушення у функціонуванні гідробіонтів під дією забруднюючих речовин виникають на рівні біологічних ефектів (змінюється хімічний склад клітини, характер ферментативних систем, процесів дихання, росту та роз­множення, мають місце мутація та канцерогенез, пору­шується рух та орієнтація в просторі) і морфологічних змін (патологія внутрішніх органів, зміна розмірів орга­нізму, поява потворних форм, зміна товщини зябер, по­рушення біохімічних та фізіологічних процесів).

У районах з несприятливою екологічною ситуацією спостерігаються зміни у структурі і функціонуванні мор­сі.кпх біоценозів, що проявляється в наступних процесах:

- зміна біомаси популяцій планктонних і бентосних організмів;

- зменшення родів та угруповань гідробіонтів, поява нехарактерних для морського середовища організмів (наприклад, кишкової палички);

- збільшення середньої біомаси мікроорганізмів, фітопланктону, найпростіших, зоопланктону, бентосу;

- зникнення окремих видів високочутливих мор­ських організмів і поява нових, адаптованих до хіміч­них умов.

Для забруднюючих речовин на морські організми може бути різною. Біогени (азот, фосфор) діють на зябра, печінку, нервову сістему, скелет, луску. Концентрація 1 мг/л усіх форм азоту (аміачної, нітритної, нітратної) знижує здатність риб зв'язувати кисень, з'являються ознаки інтоксикації. Фотосинтез фітопланктону при­гнічується на 75—90 % при концентрації хлорорганіч­них пестицидів (ХОП) 1—10 мкг/л, для зоопланктону вони токсичні в дозах порядку 10 мкг/л. Пестициди завдають різну шкоду: пригнічують фотосинтез рослин і дихання тварин, порушують мембранний обмін, фун­кції нервової системи.

Важкі метали не підлягають біодеградації (руйну­ванню) і тому можуть накопичуватися в усіх компонен­тах екосистем. Найтоксичнішими є йонні форми важ­ких металів. Такі метали, як марганець, мідь, цинк, ртуть, хром на 65—80 % перебувають в розчиненому стані і засвоюються гідробіонтами. Ртуть та її сполуки в концентраціях 5—10 мкг/л і більше призводять до по­рушення життєдіяльності на ранніх стадіях розвитку риб, знижують швидкість росту. Мідь і її сполуки ток­сичні для всіх представників водної фауни та флори. Розчинені форми солей міді (хлориди, нітрати) токсич­ні при концентраціях 0,01—0,02 мг/л. Свинець та його сполуки пригнічують травні та тканинні ферменти, на­копичуються в тканинах великих морських риб та дель­фінів. Токсичність заліза залежить від кислотності води. У лужному середовищі токсичність зростає, оскільки ут­ворюються гідроксиди заліза, які осідають на зябрах, за­купорюють і роз'їдають їх. Цинк та його сполуки по­шкоджують зябра риб, що призводить до їх смерті.

Наявність галогенів у морській воді теж зумовлює небажані явища, зокрема низькі концентрації хлору і його сполук (до 0,0001 мг/л) викликають погіршення товарної якості риб (каталізатор — феноли).

Дія брому та його сполук протягом ЗО—70 хв. у дозі 400 мг/л є смертельною, 100 мг/л спричиняють загибель організмів через 1—3 год., 10 мг/л безпечні для риб.

Гідробіонти засвоюють радіонукліди з водного се­редовища через покривні тканини, зябровий апарат, травний тракт. Асиміляція радіонуклідів відбувається пасивно й активно. Пасивний обмін пов'язаний з вирів­нюванням градієнтів концентрації солей у воді та тка­нинах, активний процес накопичення зумовлений здат­ністю біологічних мембран поглинати радіонукліди з водного середовища. Навіть якщо ступінь забруднення морського середовища радіонуклідами порівняно невисокий, живі організми уражаються через трофічні зв'язки.

Сучасні урбанізація і виробництво сприяють зрос­танню рівня забруднення вод Світового океану. Щоріч­но в його води надходить величезна кількість шкідли­вих речовин, деякі компоненти вже спричиняють ве­ликомасштабне забруднення. Ці процеси призводять до зменшення його біологічної продуктивності, скоро­чення надходження кисню до світового кругообігу ре­човин.