Моніторинг Світового океану

5.1. Джерела і види забруднення океану

Процеси самоочищення морського середовища від забруднюючих речовин

Завдання і основні види комплексного глобального моніторингу океану

Організація спостережень за станом вод морів і океанів

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.

5.1. 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

За даними 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), поліхлорбі-феніли (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 20-30 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), ⁸⁷РіЬ, 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: + -І сильний; Н значний; (+) - слабкий; (-) - незначний.

Країни, що мають вихід до моря, зловживають морськими захороненнями 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 захоронення 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;

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

3. 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 • 10\ кадмію - 2,1 • 10", ПХБ - 4,0 • 10\ 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 морських біоценозів, що проявляється в наступних процесах:

• зміна біомаси популяцій планктонних і бентос-них 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.

Дія забруднюючих речовин на морські організми може бути різною. Біогени (азот, фосфор) діють на зябра, печінку, нервову систему, 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 невисо-кий, 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.