Мероприятия по борьбе с эвтрофикацией водоёмов. Причины и механизмы эвтрофикации водоемов Элемент который может стать причиной эвтрофикации водоема

Примечания

Отрывок, характеризующий Эвтрофикация

Французы, как доносил лазутчик, перейдя мост в Вене, усиленным маршем шли на Цнайм, лежавший на пути отступления Кутузова, впереди его более чем на сто верст. Достигнуть Цнайма прежде французов – значило получить большую надежду на спасение армии; дать французам предупредить себя в Цнайме – значило наверное подвергнуть всю армию позору, подобному ульмскому, или общей гибели. Но предупредить французов со всею армией было невозможно. Дорога французов от Вены до Цнайма была короче и лучше, чем дорога русских от Кремса до Цнайма.
В ночь получения известия Кутузов послал четырехтысячный авангард Багратиона направо горами с кремско цнаймской дороги на венско цнаймскую. Багратион должен был пройти без отдыха этот переход, остановиться лицом к Вене и задом к Цнайму, и ежели бы ему удалось предупредить французов, то он должен был задерживать их, сколько мог. Сам же Кутузов со всеми тяжестями тронулся к Цнайму.
Пройдя с голодными, разутыми солдатами, без дороги, по горам, в бурную ночь сорок пять верст, растеряв третью часть отсталыми, Багратион вышел в Голлабрун на венско цнаймскую дорогу несколькими часами прежде французов, подходивших к Голлабруну из Вены. Кутузову надо было итти еще целые сутки с своими обозами, чтобы достигнуть Цнайма, и потому, чтобы спасти армию, Багратион должен был с четырьмя тысячами голодных, измученных солдат удерживать в продолжение суток всю неприятельскую армию, встретившуюся с ним в Голлабруне, что было, очевидно, невозможно. Но странная судьба сделала невозможное возможным. Успех того обмана, который без боя отдал венский мост в руки французов, побудил Мюрата пытаться обмануть так же и Кутузова. Мюрат, встретив слабый отряд Багратиона на цнаймской дороге, подумал, что это была вся армия Кутузова. Чтобы несомненно раздавить эту армию, он поджидал отставшие по дороге из Вены войска и с этою целью предложил перемирие на три дня, с условием, чтобы те и другие войска не изменяли своих положений и не трогались с места. Мюрат уверял, что уже идут переговоры о мире и что потому, избегая бесполезного пролития крови, он предлагает перемирие. Австрийский генерал граф Ностиц, стоявший на аванпостах, поверил словам парламентера Мюрата и отступил, открыв отряд Багратиона. Другой парламентер поехал в русскую цепь объявить то же известие о мирных переговорах и предложить перемирие русским войскам на три дня. Багратион отвечал, что он не может принимать или не принимать перемирия, и с донесением о сделанном ему предложении послал к Кутузову своего адъютанта.
Перемирие для Кутузова было единственным средством выиграть время, дать отдохнуть измученному отряду Багратиона и пропустить обозы и тяжести (движение которых было скрыто от французов), хотя один лишний переход до Цнайма. Предложение перемирия давало единственную и неожиданную возможность спасти армию. Получив это известие, Кутузов немедленно послал состоявшего при нем генерал адъютанта Винценгероде в неприятельский лагерь. Винценгероде должен был не только принять перемирие, но и предложить условия капитуляции, а между тем Кутузов послал своих адъютантов назад торопить сколь возможно движение обозов всей армии по кремско цнаймской дороге. Измученный, голодный отряд Багратиона один должен был, прикрывая собой это движение обозов и всей армии, неподвижно оставаться перед неприятелем в восемь раз сильнейшим.
Ожидания Кутузова сбылись как относительно того, что предложения капитуляции, ни к чему не обязывающие, могли дать время пройти некоторой части обозов, так и относительно того, что ошибка Мюрата должна была открыться очень скоро. Как только Бонапарте, находившийся в Шенбрунне, в 25 верстах от Голлабруна, получил донесение Мюрата и проект перемирия и капитуляции, он увидел обман и написал следующее письмо к Мюрату:
Au prince Murat. Schoenbrunn, 25 brumaire en 1805 a huit heures du matin.
«II m"est impossible de trouver des termes pour vous exprimer mon mecontentement. Vous ne commandez que mon avant garde et vous n"avez pas le droit de faire d"armistice sans mon ordre. Vous me faites perdre le fruit d"une campagne. Rompez l"armistice sur le champ et Mariechez a l"ennemi. Vous lui ferez declarer,que le general qui a signe cette capitulation, n"avait pas le droit de le faire, qu"il n"y a que l"Empereur de Russie qui ait ce droit.
«Toutes les fois cependant que l"Empereur de Russie ratifierait la dite convention, je la ratifierai; mais ce n"est qu"une ruse.Mariechez, detruisez l"armee russe… vous etes en position de prendre son bagage et son artiller.
«L"aide de camp de l"Empereur de Russie est un… Les officiers ne sont rien quand ils n"ont pas de pouvoirs: celui ci n"en avait point… Les Autrichiens se sont laisse jouer pour le passage du pont de Vienne, vous vous laissez jouer par un aide de camp de l"Empereur. Napoleon».

Эвтрофикация - это насыщение водоема биологически активными элементами, не свойственными его экосистеме. К сожалению, наступили времена, когда экологам приходится бить тревогу и призывать к очистке воды ради сохранения всех живущих в этом мире видов.

Люди и планета

Человек - единственное живое существо на Земле, которое не смогло наладить с ней гармоничные отношения. Если внимательно изучить возникновение и развитие каждого вида, то можно проследить, как они либо адаптировались к условиям планеты, либо исчезали с ее лица, и только человек решил, что сущее создано исключительно для него, и эксплуатировал его в своих целях. Как люди распорядились с осознанием своего превосходства над другими живыми существами, видит сегодняшнее поколение. Цветущие водоемы, мертвые моря, наступающие пустыни - это лишь малая толика того, что натворило человечество за время своего существования.

Самый большой урон природе был нанесен в XX веке, и вызван он развитием таких отраслей, как:

Химическая промышленность, которая заняла ведущее место в пищевой, текстильной, машиностроительной, фармацевтической, сельскохозяйственной и многих других индустриях.
Мелиорация, при которой неправильное распределение водных ресурсов, строительство дамб и других сооружений привело к нарушениям привычной экосистемы водоемов. Зачастую итогом этого становится последующая эвтрофикация (это обогащение или отравление воды не свойственными для ее состава элементами). Так было с Аральским морем, когда в 60-е годы прошлого столетия из-за крайне высокого водозабора из Амударьи и Сырдарьи, питающих его, оно обмелело на 13 метров. Как сегодня выглядит Аральское море, знают все экологи мира.
Электрификация страны, проводимая в 30-е годы XX века, так же стала причиной последующей эвтрофикации водоемов, так как привела к строительству искусственных водохранилищ. Отрезанные дамбой от основного речного потока, они перекрывали движение воды и естественные места нереста рыб, что нарушало экосистему рек, и последующее зарыбление мало что смогло изменить.

Человек так и не стал «дружить» с планетой, так как только незначительная часть людей осознает масштабы мировой катастрофы и входит в партии и организации, занимающиеся защитой окружающей среды.

Водное пространство планеты

В понятие гидросферы входят воды как Мирового океана, так и водоемов, расположенных на суше. Среди последних не только болота, озера и реки, но и ледники гор, Антарктиды, Гренландии и грунтовые воды.

Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах (94%) в жидком или твердом состоянии. Остальные 6% приходятся на водоемы суши. О том, что вся гидросфера планеты является единым целым, которое нельзя нарушать, говорит общность ее вод:

Через атмосферные пары и круговорот воды в природе они могут сообщаться друг с другом.
Поверхность Мирового океана практически одинаковая по своему уровню.
Состав воды морей и океанов на Земле практически идентичен и на 35% состоит из солей, придающих ему горьковато-соленый привкус.

Так как все на планете в той или иной степени содержит в своем составе жидкость, то ее значение в экосистеме самое важное: нет воды - нет жизни. Об этом свидетельствуют пустыни, некоторые из которых ранее были дном океана.

Было бы странно надеяться, что «поворот рек вспять», который пытались осуществить в СССР ради индустриализации страны, или выбросы химических отходов в других странах не повлекут за собой последствия, проявившиеся в виде природных катаклизмов в разных регионах мира. Причины эвтрофикации Мирового океана сегодня - это как раз результат того, что натворило человечество в XX веке.

Важно: подобные игры «в богов», когда люди ради своей прибыли нарушают экосистему планеты, касаются не только ее гидросферы. Вырубка лесов на Амазонке привела к образованию озоновых дыр в атмосфере и изменению климата на всей Земле.

К сожалению, человечество так и не поняло, что вся экологическая система планеты - это единый организм, состоящий из миллионов элементов, каждый из которых важен для общего выживания. Попытки приостановить эвтрофикацию водоемов сегодня - это жалкие потуги вернуть их в первоначальное состояние наподобие того, что было создано самой природой.

Абиотические составляющие воды

Она является не только средой обитания для миллионов живых организмов, но и аккумулятором солнечной энергии, благодаря своим свойствам:

Ее плотность в 800 раз превышает показатели воздуха, а вязкость - в 55 раз.
У воды высочайший уровень теплоемкости, что оказывает влияние на формирование климата на Земле.
Водные массы за счет своего передвижения в пространстве (круговорот в природе) поддерживают свойственный им химический и физический состав.
К абиотическим факторам также относятся температурные изменения (уровень прогревания) в зависимости от глубины водоемов.
От степени насыщения воды кислородом зависит выживаемость дышащих организмов в ней.
Кислотность - также важный показатель, так как обитатели водоемов, привыкшие и выживающие в одном ее уровне, погибают, если его показатель меняется в ту или иную сторону.
Прозрачность водной поверхности определяет глубину ее светового режима.

Важно: последний фактор оказывает влияние на развитие, фотосинтез и распространение зеленых микроорганизмов, фитопланктона, органических полезных веществ и уровня их накоплений.

Процесс эвтрофикации водоемов запускается в том случае, если какой-то или сразу несколько абиотических факторов нарушены. Допустим, причина гибели живых организмов в нем связана с замутнением воды, вызванным увеличением в ней количества минеральных и органических веществ, доставляемых в нее промышленными стоками. Чтобы изменить это, следует ликвидировать причину, вызвавшую замутнение (перекрыть сток), после чего проводится очистка воды с последующим ее насыщением веществами и организмами, свойственными ее экосистеме.

Эвтрофикация - это верная смерть всей живности не только в воде, но и в окружающей местности. Так как береговые животные и растения напрямую зависят от чистоты окружающего водного пространства, которое является не только их домом, но и зоной питания и размножения, то с его уничтожением исчезает ареал их обитания.

Взаимная деятельность живых организмов в воде

За миллионы лет жизни на этой планете между ее обитателями возникли тесные взаимосвязи, нарушив которые можно уничтожить не просто какой-то один вид животных, а целую экосистему. Подобные колебания в ту или иную сторону всегда вызывают ответную реакцию у природы. Взять, к примеру, остров Святой Елены, леса которого были почти полностью уничтожены завезенными сюда в начале XVI века козами. Вместе с ними вымерли животные и птицы - эндемики этого места. Эту же картину можно наблюдать на некоторых островах Океании.

Увидеть такие явные изменения в воде не всегда удается вовремя, ведь причины ускоренной эвтрофикации водоемов не всегда очевидны. Например, смыв при половодье верхних слоев почвы, удобренной органикой, не кажется опасным до тех пор, пока озеро или река не зацветут, а рыба не всплывет брюхом кверху.

Потребность в очистке появляется при нарушении биотических факторов, свойственных данной местности. Под этими явлениями подразумеваются взаимоотношения живых организмов, обитающих в водоеме, которые делятся на косвенные и прямые. К первым относятся факторы, от которых их жизнедеятельность не зависит напрямую. Например, водоросли не являются пищей для каких-то организмов, но их наличие в водоеме влияет на насыщение воды кислородом, который им необходим.

Прямая зависимость - это когда связь между ними настолько тесная, что достаточно одному звену пищевой цепочки исчезнуть, чтобы уничтожению подверглись сразу несколько связанных с ним видов. Например, разлив нефти в океане вызывает гибель планктона, исчезновение которого приводит к голодной смерти множества организмов, пищей которых он является.

Подобные природные катастрофы и становятся причиной эвтрофикации данного участка воды. Чтобы восстановить былой баланс, требуется создание благоприятной среды для роста и размножения планктона на месте его гибели - это крайне долгий и дорогой процесс, которого можно было бы избежать, используй люди в качестве топлива силу ветра, солнца или приливов, а не природные ископаемые.

Структура Мирового океана

Как земная суша, так и водоемы делятся на природные зоны, каждой из которых свойственна отдельная экосистема. Известно, что обитатели морей, рек и озер живут на разной глубине, образуя «сообщества», в которые входят как простейшие микроорганизмы, так и растения, рыбы и животные.

Каждому ярусу свойственен свой температурный режим, уровень насыщения воды кислородом и светом, и его жители не покидают своей территории, являясь неотъемлемой частью присущей ему среды. Так обитатели глубин не выживают, поднимаясь к поверхности воды, то же происходит с теми, кто покидает свою зону и опускается на дно.

В том случае, если происходит нарушение какой-либо составляющей подобного яруса, повреждения получают все его обитатели. Например, даже незначительное повышение температуры океанской воды на длительное время приводит к обесцвечиванию и гибели коралловых рифов, вместе с которыми умирают их жители. Освободившееся пространство занимают водоросли, что приводит к полной замене существующей экосистемы, которая, как правило, восстановлению не подлежит. Это касается не только кораллов, но и обитателей пресных водоемов, которые вымирают из-за бурного цветения водорослей.

Ученые считают, что эвтрофикация - это самый быстрый способ нарушения экосистемы, но далеко не единственный. Существует несколько видов загрязнения воды, после некоторых из которых она не подлежит последующему восстановлению, ведь мало «накормить» водоемы необходимыми микроорганизмами и биоактивными элементами. Требуются усилия по восстановлению условий их обитания с учетом всех биотических и абиотических факторов, что сделать крайне трудно.

Виды биологических загрязнений

Если для естественной очистки атмосферы требуется 8-10 дней, то для Мирового океана потребуется 2500 лет, загрязненные грунтовые воды смогут стать чище через 1400 лет, для озера этот срок составляет не менее 17-20 лет, а для рек - до 20 дней. Вот почему так важно не допускать эвтрофикации воды.

Если на планете сократится объем Мирового океана, то человека ждет такое же постепенное вымирание, как и морских обитателей. Климат Земли изменится навсегда, что приведет к наступлению пустыни, и, как показывают своим читателям авторы в жанре апокалипсиса, вода будет стоить дороже человеческой жизни.

Причин эвтрофикации водоемов несколько:

биологическое загрязнение;
химическое изменение состава воды;
физическое загрязнение.

Большинство биогенных веществ попадают в водоемы через промышленные стоки и городские канализации, а в грунтовые воды - с дождем и элементами разложения в местах свалок продуктовых отходов. Особенный урон наносится фермерскими хозяйствами. Например, один только животноводческий комплекс по откорму скота с поголовьем до 10 000 единиц дает в год такое же количество биогенных отходов, как город со стотысячным населением.

Не меньший вред наносят смываемые дождями с полей органические и минеральные удобрения. Все это приводит к ускоренному обогащению воды биоактивными элементами, и первые признаки эвтрофикации проявляются в виде роста сине-зеленых водорослей и их быстрого размножения. Спустя время весь водоем заполняется их цветением, что вызывает сжигание кислорода и полное уничтожение всего живого в нем.

Подобная антропогенная эвтрофикация вызвана не заражением ядовитыми отходами, а увеличением на первый взгляд безопасных биогенных веществ в составе воды, что приводит местность к состоянию экологической катастрофы со всеми вытекающими последствиями: уничтожением флоры и фауны, увеличением таких заболеваний среди людей, как холера, гепатит и кишечные инфекции.

Виды химических загрязнений

Наибольшую опасность вызывает заражение воды свинцом, ртутью или солями других тяжелых металлов, что приводит к эвтрофикации озер и рек, на берегах которых стоят промышленные предприятия. Нефть и производные из нее наносят не меньший вред. Загрязнение морей и океанов ими за год исчисляется 10 миллионами тонн, и на сегодняшний день общая площадь покрытия составляет 1/5 водной поверхности Земли.

Важно: 10 м 2 нефтяной пленки на поверхности воды вызывает смерть не только живущих в зоне поражения организмов, но и животных, и птиц, обитающих в ее пределах.

Еще один источник, вызывающий эвтрофикацию, - это нитраты и фосфаты, 1 мг/л которых уничтожает планктон, а 5 мг/л приводит к замору рыбы.

Так как поражение водоемов химическими веществами вызывает угнетение всех естественных биологических процессов в них, то подобные ситуации также называются экологическими катастрофами, приводящими к гибели окружающей среды.

Виды физических загрязнений воды

Еще один способ воздействия на воду - это физическое изменение ее свойств. Особенно сильно влияет на ее состав охота в пределах водоемов. Ученые подсчитали, что миллион охотников, сделавших всего по одному выстрелу, выпускают в воду более 30 тонн свинца, последствием чего становится ее эвтрофикация.

Не меньший вред наносит нагревание поверхности водоемов сбрасываемой в них отработанной ТЭЦ теплой воды. При этом насыщение ее кислородом постепенно спадает, а взамен увеличивается количество болезнетворных микроорганизмов, что приводит к полному уничтожению жизни в зоне заражения.

Последствия эвтрофикации водоемов при этом самые плачевные. Как правило, их восстановление требует немало усилий и финансовых вложений, так как в него входит не только очистка воды и воспроизведение в ней былой экосистемы, но и приведение в порядок всей прилегающей к ней территории. Только в высокоразвитых странах для этого предусмотрены специальные юридические нормы и деньги в бюджете.

Что делать?

На сегодняшний день существует множество способов, как убить все живое в Мировом океане, но есть всего две возможности, как все исправить:

Уничтожение плантаций водорослей, что в свою очередь, понизит показатель растворенного кислорода в воде.
Устранение причин, вызывающих эвтрофикацию.

Для осуществления этих мер требуется принятие соответствующих законов, разработка долгосрочных программ и финансовые вложения. Если не сделать этого сегодня, то последующие поколения людей будут жить в мире, описанном многими писателями-фантастами.

Трагедия мирового масштаба

Осознание величины экологической катастрофы и ее последствий - вот первостепенная задача правительств всех стран на планете. Вернуть природе ее первозданность намного сложнее, чем уничтожить, поэтому люди, являющиеся неотъемлемой частью единой экосистемы Земли, должны принять всю ответственность за происходящее в мире на себя, лишь после этого возможны перемены к лучшему.

Эвтрофикация

Эвтрофикация в лесу у цитадели г. Лилль, Франция

Для эвтрофных водоёмов характерны богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон . Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей («цветению» вод), дефициту кислорода, замору рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь водоёма (за счёт фитопланктона на поверхности водоёма) и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды резко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

Антропогенная эвтрофикация

Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей. Во многих странах запрещено использование ортофосфата натрия в стиральных порошках для уменьшения эвтрофикации водоёмов.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Антропогенное изменение состава воды в водоёме - это увеличение нагрузки водоёма растворенными химическими и взвешенными веществами. Среди них преобладают чаще всего минеральные биогенные вещества, но нередко попадают и вещества токсичные для водных организмов, поэтому химическую нагрузку называют

загрязнением водоёма, изменяющим в нем качество воды. В восстановлении природного качества воды в водоёмах участвует ансамбль взаимосвязанных физических, физико-химических, биологических и гидрологических процессов. Наряду с тремя важнейшими процессами (см. раздел 12.1) в нем участвуют и многие другие упоминавшиеся процессы. Их подразделяют на две группы - процессы, изменяющие концентрацию загрязняющих веществ, и процессы, уменьшающие массу загрязняющего вещества в воде и приводящие ее к самоочищению (рис. 12.12).

Рис. 12.12.

Процесс смешения атмосферных и речных вод формирует в водоёме его основную водную массу (ОВМ) с равномерным распределением химических веществ и наиболее мелких фракций взвеси, обеспечивая тем самым однородность абиотических факторов развития планктонных организмов. На участках водоёмов, в которые производится сброс сточных вод, процесс смешения особенно важен, поскольку снижает их токсическое действие на водные организмы. Немаловажно для них и смешение талой, насыщенной кислородом воды, образующейся при таянии снежно-ледяного покрова, с верхним слоем зимних вод водоёма.

В это время начинается ранневесенняя вспышка развития диатомового наннопланктона , олигокарбофильных форм бактерио- планктона, а за ними - зоопланктона. Большая их численность обеспечивает усиление биоседиментации и самоочищения водной толщи от приносимых в половодье загрязняющих веществ.

Концентрирование растворенных веществ в поверхностном микрослое воды происходит вследствие испарения с открытой водной поверхности и при льдообразовании зимой. Оно способствует развитию микроконвекции , которая благоприятна для продукциейно- деструкционных процессов в трофогенном слое. Она регулирует в нем равномерность насыщения воды биогенными веществами и кислородом вокруг использующих их организмов фито-, зоо- и бакте- риопланктона.

Концентрирование в водных организмах техногенных веществ (ионы тяжелых металлов, радиоактивные вещества и пр.) при поедании одних гидробионтов другими, более высокого уровня трофической пирамиды, - один из главных механизмов изъятия ядовитых веществ из водоёма. С одной стороны, этот процесс создаёт опасность пищевых отравлений при чрезмерном накоплении таких веществ в вылавливаемой рыбе. Но, с другой стороны, гораздо важнее то, что биоконцентрированием и биоседиментацией обеспечивается захоронение основной массы этих веществ в донные отложения.

Фотосинтез и сорбция растворенных веществ на минеральной и органической взвеси снижают их концентрацию в воде, преобразуя во взвешенное ОВ, органоминеральные комплексы и обогащенную ими аллохтонную и абразионную минеральную взвесь. Эти процессы служат первым, подготовительным этапом самоочищения водной экосистемы седиментацией от избыточных количеств биогенных элементов и ядовитых веществ, а фотосинтез, кроме того, пополняет запас растворенного 0 2 , необходимого для разложения органических загрязняющих веществ. Образование гидрооксида железа в слоях воды с высоким содержанием 0 2 и сорбция на нем фосфорсодержащих соединений, а затем их соосаждение могут приводить к понижению концентрации фосфора в воде на 5-10 % и достигать 30-40 % в периоды максимального накопления железа в гиполимнионе 1 . На Братском водохранилище" медь выводится из его водной массы гли-

нистыми минералами, гидроокисью железа и марганца, другие тяжелые металлы связываются растворенными органическими соединениями в комплексы, что обеспечивает детоксикацию воды.

Трансформация гумусовых веществ, определяющих природную цветность воды, происходит вследствие коагуляции и соосаждения коллоидов с мелкой взвесью и окисным железом, а также фотохимического и биохимического окисления (Даценко, 2007). Скорость этого процесса минимальна в феврале, когда в водоёме наименьшая концентрация взвеси. Обесцвечивание достигает 30 % и более в «фазу чистой воды» (рис. 12.13 л), благодаря седиментации и биоседиментации мелких фракций взвеси, поглощения солнечной радиации (см. раздел 7.1).

Рис. 12.13. Снижение среднемесячных значений цветности воды в Учинском водохранилище («) и среднегодовых значений в зависимости от годового водообмена, Кв, год -1 , (б) (по: Даценко, 2007)

Чем продолжительнее воздействие этих процессов, тем больше обесцвечивание воды в годы с наиболее замедленным водообменом (рис. 12.13 б).

Самоочищение загрязнённых вод в водных объектах происходит в двух зонах . У места выпуска сточных вод образуется зона токсикации биоценоза, где одни виды гидробионтов гибнут, а другие (сапрофиты) бурно развиваются, разлагая антропогенные органические вещества, снижая их токсичность. На это расходуется содержащийся в воде кислород. Здесь ещё более ухудшаются органолептические характеристики - вкус, запах, нередко - цвет воды, но одновременно она обогащается СО2, нитратами, фосфатами.

На периферии этой зоны, в которой происходит первичная природная переработка даже очищенных на станциях аэрации сточных вод, образуется более обширная зона эвтрофикации биоценоза В ней, используя возникшие биогенные вещества, бурно развиваются организмы фито-, зоо- и бактериопланктона. Рост их биомассы увеличивает мутность воды, но при этом вода очень интенсивно насыщается фотосинтетическим кислородом. Усиливается соосаждение фосфатов, тяжелых металлов, нефтепродуктов с биогенными взвесями (пеллета- ми). Аэробными бактериями завершается окисление антропогенных органических веществ, что восстанавливает природные органолептические свойства воды. В результате этих процессов самоочищения водной экосистемы на внешней периферии зоны эвтрофикации состав и концентрация химических веществ, биомасса и состав гидробионтов становятся подобными фоновому экологическому состоянию водной массы рек, водохранилищ, озёр или иного водоприемника.

Под ледяным покровом на замерзающих зимой локально загрязняемых водных объектах восстановление нормального функционирования водной экосистемы сильно замедляется из-за недостатка света для фотосинтеза водных растений. Поэтому зона токси- кации расширяется, превращаясь в обширную зону замора, где из-за дефицита кислорода гибнут рыбы и другие водные организмы. Самоочищение водоёмов путем окисления веществ, осевших на дно, продолжается в донных отложениях до тех пор, пока расход кислорода в этом процессе не исчерпает его запас в придонном слое воды.

Вторичное загрязнение - это вынос в водную толщу со дна растворенных биогенных соединений азота, фосфора, закисного железа, СО2, сероводорода, метана и других продуктов бактериального разложения преимущественно детрита, десорбции соосажденных со взвесью веществ вследствие возникновения при дефиците 0 2 в ги- полимнионс и илах восстановительных условий. Нередко ко вторичному загрязнению относят и ресуспензию взвешенных веществ на мелководьях в шторм, поскольку этот процесс увеличивает концентрацию веществ в водной массе водоёма.

Негативная роль этих двух процессов в ухудшении качества воды невелика, локальна и многократно меньше, чем первичное, антропогенное их загрязнение. Одна из причин малой роли вторичного загрязнения воды в водохранилищах - в целом благополучный их кислородный режим, так как выделяющиеся в воду продукты распада органических веществ окисляются в аэробных условиях. Вторая причина малой вероятности вторичного загрязнения - чередование синоптически обусловленных состояний водной толщи - плотностной стратификации в штилевую и солнечную погоду и штормового и/или конвективного вертикального перемешивания толщи воды в холодную и пасмурную погоду. Нередки случаи, когда эти процессы поочередно стимулируют самоочищение воды в водоёмах.

Антропогенное эвтрофирование. Эвтрофирование 1 - явление накопления органического вещества в воде водоёма. В ГОСТе 17.1.1.01-77: «Эвтрофированием называется повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных или естественных факторов». Главным естественным фактором служит аккумуляция взвешенных веществ на дне водоёма и его постепенное заиление аллохтонными и автохтонными минеральными и органическими веществами. Скорость заиления озёр изменяется из-за колебаний климата и стока веществ с их водосборов, и может ускоряться и замедляться вертикальными движениями литосферы в течение длительных гидроклиматических эпох и геологических периодов.

Антропогенное эвтрофирование (эвтрофикация ) - явление, вызванное увеличением потоков биогенных веществ в гидрографической сети водосборов вследствие роста населения и его хозяйственной деятельности. Оно обнаружено в начале XX века в Центральной Европе и стало повсеместным. На сессии ЮНЕП" в 1984 г. эвтрофикация водоёмов, рек и прибрежных участков морей поставлена на первое место по степени опасности глобального антропогенного воздействия на окружающую среду. Главная опасность эвтрофикации в том, что это явление труднообратимо (Даценко, 2007). Оно изменяет пастбищный тип круговорота веществ на детритный, а вслед за этим упрощает биотическую структуру экосистемы, сокращая число видов водных организмов. В отличие от естественного, антропогенное эвтрофирование убыстряется из-за нарастающей массы веществ, участвующих в большом и малом биохимических ее круговоротах, и вследствие возрастающей внутренней нагрузке биогенными веществами.

Состав взаимообусловленных процессов - признаки эвтрофи- рования:

рост фосфорной нагрузки на водную экосистему (ортофосфаты - ведущий компонент минерального питания водных растений, фитопланктона, так как при недостатке азота нитратов более десятка видов синезеленых водорослей способны использовать растворенный в воде N 2) (Кузнецов, 1970);
увеличение годовой продукции органического вещества до величины его деструкции или даже до ППв >Д, вспышки продолжительного «цветения» синезелёных и динофитовых водорослей, что ведет к накоплению в водной экосистеме ежегодно всё большего количества органических веществ;
сильное пересыщение воды кислородом в эпилимнионе и его дефицит в гиполимнионе;
зарастание литорали погруженными и воздушно-водными растениями, появление среди них покрова из плавающей ряски, а на поверхности - донных отложений вне пояса макрофитов - водорослевых матов (плотного слоя отмирающего фитопланктона) из сине- зеленых и динофитовых водорослей;
сокращение видового разнообразия планктона и бентоса, исчезновение ценных пород рыб (для них неблагоприятно снижение концентрации 0 2 ниже 6 мг/л) - явные признаки деградации биотической структуры водной экосистемы;
ухудшение органолептических показателей качества воды, из-за чего она становится непригодной для водоснабжения и рекреации, утрачивается рекреационная привлекательность водоёмов, рек и морских пляжей.

В результате эвтрофикации водоёмов уменьшается толщина трофогенного слоя из-за снижения его прозрачности. А при отмирании сетных (некормовых) видов водорослей в афотической толще микробное их разложение истощает растворённый в воде СЬ. Из-за этого в трофолитической толще водоёма и в его илах деструкция детрита происходит анаэробными микроорганизмами с выделением озёрных газов и органических соединений, придающих воде сильные и неприятные запахи, вкус и окраску. Ускоряется накопление в илах недоразложившихся автохтонных ОВ - источника вторичного загрязнения водной толщи при её конвективно-динамическом перемешивании от поверхности до дна.

Для ограничения эвтрофирования предлагают затенять рекреационные пруды, периодически очищать их от ила, аэрировать гипо- лимнион сжатым воздухом. Для крупных водоемов наиболее радикальное средство - прекращение сброса загрязняющих веществ.

Не будь водохранилищ, техногенные тяжелые металлы в биологически доступной форме частично осаждались бы в многоводные половодья на волжской пойме, включались затем в наземный биохимический цикл микроэлементов с прогрессирующим их накоплением в луговых травах, молоке и мясе скота. Другая часть их стока в меженные периоды поступала бы в волжскую дельту и на мелководное устьевое взморье реки с концентрацией, превышающей ПДК в летнюю и зимнюю межень. В незарегулированной Волге при сё современной химической нагрузке заход осетровых рыб на нерест прекратился бы. Вполне вероятно, что и сама дельта утратила бы рыбохозяйственное значение крупнейшего в мире ареала нагула осетровых рыб вследствие токсикоза и прогрессирующего эвтрофи- рования водных объектов дельтовой области.

Принципы экологической реконструкции водохранилищ. С целью регулирования биологической продуктивности, интенсификации самоочищения воды и предотвращения гипертрофии водохранилищ разработаны принципы управления внутренним водообменом водохранилищ (Эдельштейн, 1998). Для этого требуется осуществить экологическую реконструкцию уже существующих водохранилищ, превращая (при необходимости) водоемы глубокого сезонного и многолетнего регулирования стока в пол и секционные водохранилища .

Для эффективного управления внутренним водообменом определяется оптимальное число водоохранных секций в пределах акватерритории водохранилища. Намечается положение межсекционных дамб, отделяющих их от глубоководной главной секции, В этой секции необходимо сохранить наилучшее качество воды при мезотроф- но-эвтрофном статусе и «пастбищном» типе круговорота биогенных и органических веществ.

В многолопастных водохранилищах водоохранными секциями могут стать заливы в устьях несудоходных притоков. При организации полисскционного водоёма следует предусмотреть:

I - неизменность внешнего водообмена и утвержденного диспетчерского графика, гарантирующего проектный режим использования водных ресурсов;

II - локализацию наибольшей части внешней химической нагрузки и притока наносов в водоохранных секциях, в которых уровень воды поддерживается у НПУ в течение всего вегетационного периода (рис. 12.14) для наиболее полной утилизации биоценозом мелководий поглощаемой водой солнечной энергии на процессы самоочищения воды и захоронения загрязняющих веществ;

Рис. 12.14. Уровень воды в полисек- ционном морфологически простом водохранилище многолетнего регулирования стока: а - весной по окончании половодья; б осенью в конце вегетационного периода; в - зимой;

1 - уровень в многоводное и 2 - в маловодное половодье; 3 - межсекционная дамба; 4 - главная секция; 5 - водоохранная секция; 6 - гидроузел.

III - сработку воды из водоохранных секций в предзимний период (при надобности) в главную для пополнения в ней водных ресурсов. Весной речными водами (наиболее мутными и загрязнёнными на подъёме половодья) в первую очередь заполнять эти секции. После этого замедленным в этих секциях транзитным потоком воды наполняется главная секция. При аварийных ситуациях водоохранные секции могут быть подготовлены досрочной сработкой к приёму особенно загрязнённых вод для предотвращения их поступления в главную секцию. Летом в штилевые дни, когда водоросли концентрируются у поверхности воды, вода сбрасывается в главную секцию через придонные водоводы, а при взмучивании илов в водоохранных секциях и поступлении в них паводковых вод сброс воды производится через водосливы. Стабильный уровень в водоохранных секциях оптимален для развития макрофитов- антагонистов сетного фитопланктона, вызывающего «цветение» водохранилищ. При необходимости предзимнего опорожнения водоохранных секций улучшатся условия зимовки макрофитов. Оголившиеся при быстрой сработке воды участки дна покроются снегом. Благодаря низкой теплопроводности снежного покрова не будут вымерзать корневища макрофитов, а весной выдираться льдом из дна при наполнении секций водой.

При реализации проектов реконструкции решается проблема хозяйственного использования осушаемых мелководий путем превращения водоохранных секций в рыбоводные хозяйства или охот- ничье-рыболовные угодья, зарастающие макрофитами, а затем при их ускоряющемся заилении - в сельскохозяйственные польдеры. В главной секции расширяются песчаные пляжи при летней сработке, способствующие не только повышению рекреационной привлекательности водохранилища, но и очищению воды псаммоном. Его роль в минерализации сетного фитопланктона возрастает в 4-5 раз в жаркую и штилевую погоду, когда развитие синезелёных и динофи- товых водорослей достигает «цветения».

Регулирование водообмена между секциями через поверхностные и придонные водопропускные отверстия позволяет обеспечить миграции туводных рыб на нерест в водоохранные секции, нагул там молоди рыб и предзимний их скат в главную секцию на зимовку, стимулированный ускоренной сработкой воды из водоохранных секций. Это повысит рыбопродуктивность водохранилищ и увеличит улов рыб старших возрастов в миграционное время. Зимой придонный слой главной секции аэрируется плотностным течением 1 . Летом при закрытых донных отверстиях межсекционных дамб резко сокращается фосфорная нагрузка на трофолитический район .

В неизбежно постепенно стареющих из-за заиления водохранилищах их площадь после реконструкции будет сокращаться быстрее, чем их объём, поскольку водоохранные секции заилятся в первую очередь. Замедлится заиление главной секции. Следовательно, будет возрастать средняя глубина реконструированного водоёма и уменьшаться потеря воды на испарение, продлится время его существования, в чем заинтересованы все отрасли водного хозяйства, использующие его водные, биологические и рекреационные ресурсы.

Контрольные вопросы:

1. Какие основные процессы осуществляют внутриводоёмную трансформацию энергии и веществ?
2. Что называется первичной продукцией и деструкцией веществ в водоёмах, биогенными веществами?
3. Какие процессы участвуют в газообмене водоёма с атмосферой, от каких факторов зависит интенсивность этих процессов?
4. Почему при интенсивном фотосинтезе водорослей выделяется кислород, увеличивается щелочность воды и происходит формирование хемогенного кальцита?
5. Какова роль аэробных, анаэробных и железобактерий в трансформации веществ в воде и донных илах?
6. На какие группы делят водные организмы по месту их обитания в водоёмах?
7. Какие водные организмы - автотрофы, гетеротрофы, консументы, редуценты?
8. Что такое трофическая пирамида, трофические уровни, бактериальная петля, пастбищный и дстритный трофические циклы?
9. Каков принцип скляночного метода определения первичной продукции (валовой и чистой) и деструкции в водном объекте?
10. Какие органические вещества считают стойкими, лабильными, каков генезис растворенных и взвешенных ОВ?
11. В чем проявляется различие водоёмов четырёх основных типов трофического состояния?
12. Каковы различия продуктивности водоёмов арктических, умеренных и внутритропических широт?
13. Какими процессами начинается и заканчивается вегетационный период в водоёмах арктических и умеренных широт?
14. В чём причина и различия весеннего и летнего «цветения» эв- трофных водоёмов?
15. Почему наступает «фаза чистой воды» в начале лета в биологически продуктивных водоёмах?
16. Какие процессы участвуют в формировании большого и малого круговорота веществ в димиктичсских и мономиктических водоёмах?
17. В чем различие трофогенного и трофолитического слоёв в водоеме? Что такое «компенсационная точка, и каково изменение её глубины в течение суток и при различной погоде?
18. Что такое кислородный гистерезис? Ортоградная и клиноград- ная стратификация растворенного кислорода? В водоёмах каких трофических типов они наблюдаются?
19. Какими процессами различаются две стадии трофического состояния долинных водохранилищ? В чем различие в них трофогенного и трофолитического районов?
20. Какие внутриводоемные процессы изменяют концентрацию веществ в воде водоёмов и какие ведут к сё загрязнению и самоочищению?
21. Какие процессы способствуют самоочищению воды в очаге ее загрязнения в зонах токсикации и эвтрофикации?
22. От каких факторов зависит удержание веществ в водоёмах? Почему в водохранилищах коэффициент удержания веществ больше, чем в озёрах?
23. Чем отличается природное эвтрофирование водоёмов от их эвтрофикации?
24. Какими мероприятиями возможно деэвтрофировать пруд, озеро, водохран ил и ще?

ЮНЕП (UNEP - United Nations Environment Program) - Программа ООН по окружающей среде (с 1972 г.).

Многим из нас приходилось наблюдать картину, когда некогда красивый пруд, ставок или озеро превращается в зеленую некрасивую муть. Что же происходит с этими водоемами и что им может помочь сохранить свою экосистему?

То, что губит водную среду

По-научному данное вредное явление называется эвтрофикация. Это слово буквально означает «обильное питание», то есть водоем наполняется азотом и фосфором, что, в свою очередь, провоцирует «цветение» воды и ухудшает ее качество. Такой избыток этих также способствует чрезмерному появлению анаэробных микроорганизмов. Все это ведет к уменьшению кислорода в воде, из-за чего начинается массовая гибель рыбы. Также из-за разросшихся водорослей остальные растения водоемов не получают достаточного количества солнца, вследствие чего истощается флора.

Причины загрязнения

Нередко эвтрофикация - это всего лишь естественный процесс старения озера. На протяжении сотен лет на дно постоянно оседает ил, от чего чаша перестает быть глубоководной. Поэтому некогда чистый пруд превращается в застоявшиеся мутные воды, непригодные для обитания рыб. Также есть такое понятие, как комбинированная эвтрофикация. В этом случае ходу «запустения» способствуют многие факторы, такие как опавшие листья, поваленные деревья, мусор прохожих и туристов. Но это не единственные источники загрязнения водоемов. Многие воды страдают исключительно из-за деятельности людей. Эти застоявшиеся процессы природа «растягивала» на тысячи лет, но люди смогли их ускорить и испортить всего за несколько десятилетий. Виной тому являются обильные выбросы аммиака и

Последствия

Причины эвтрофикации водоемов, о которых упоминалось, ведут к тому, что в водной среде начинают интенсивно появляться биогены. Они способствуют возникновению следующих процесов:

Живые организмы в воде начинают отмирать и падать на дно. Из-за ощутимого разложения на глубине практически исчезает кислород. Из-за этого остальная часть рыбы также гибнет, что запускает новую цепочку, она разлагается, кислород исчезает и усиливается эвтрофикация. Это, в свою очередь, запускает почти
Вода становится темной из-за появления огромного числа планктона. По этой причине свет не способен пробиться до дна, вследствие чего на глубине исчезают полезные растения водоемов. Без подводной флоры не может образовываться кислород.
В летний период из-за биогенов ситуация усложняется, поскольку холодные воды, протекающие на дне, и горячие сверху не могут смешаться, поэтому эвтрофикация водоемов усиливается.
С наступлением вечера большое количество планктона начинает поглощать остатки кислорода, к утру истощая водоем, рыба остается без воздуха. Это влечет ее гибель.
Если водоем служил источником воды для населения, со временем он может стать непригодным. Такое случается из-за того, что анаэробные процессы способствуют появлению в воде ядовитых элементов, таких как метан и сероводород.

Признаки загрязнения

Эвтрофикация водоемов определяется по внешним характеристикам. Жидкость источает характерный «тяжелый» аромат, а на ее поверхности появляется налет. Также можно заметить обильное появление тины, «островки» водорослей с ряской. Эта зелень окрашивает воду в соответствующий оттенок. На дне появляется густая, вязкая и неприятная масса из органических отложений. Если оставить этот процесс на самотек, пруд вскоре измельчает и станет болотом.

Морская среда и азот

К сожалению, некоторые моря также подвержены губительному воздействию. В основном в эти воды азот попадает из близлежащих земель, на которых он оседает. смывают с почвы этот элемент и уносят в море. В этих местностях обычно преобладает теплый климат, а это провоцирует скорейшее разложение органических продуктов.

Способность к восстановлению

Известно, что эвтрофикация - это не безвозвратный процесс. Он способен остановиться, и постепенно водоем восстанавливает свою изначальную экосистему. Это касается не только тех случаев, когда процесс запустения еще в самом начале. Даже при длительном «заражении» водоемы способны самостоятельно «излечиться». Но для этого есть важное условие. Экосистема возобновляется, если утечка азота устраняется или максимально снижается. Бывали случаи восстановления, когда водоем очень долго напитывался азотом. При удалении этого источника в почве все равно оставалось большое количество накопленного вещества. Но растительность служила словно непроницаемым ковром, который не давал пагубно влиять на водную экосистему. Озеро действительно восстанавливалось. К сожалению вблизи рек и водоемов начиналась или разработка карьеров, и этот «защитный» слой, который защищал жидкость от азота, нарушался, и процесс эвтрофикации возобновлялся.

Как очистить водоемы?

Если пруд, ставок или озеро имеет небольшие размеры, в него можно установить специальный фильтр. Интересно то, что в прошлые годы люди высыпали на загрязненное дно древесный уголь, который является своеобразным фильтром. Такой метод отчасти был успешным. Также создан биологический способ. В этом случае в воду добавляются специальные микроорганизмы, которые «поедают» лишний азот и фосфор. Но для этого метода стоит провести лабораторный анализ воды, чтобы точно знать, какие бактерии окажутся полезными. Третий вариант - это воспользоваться химией, которая позволяет привести в норму кислотно-щелочной баланс. И последний, самый дорогостоящий способ - это установить прибор, который наполняет водное пространство ультрафиолетовыми лучами. Они способствуют тому, что вредные микроорганизмы теряют способность к делению и постепенно вымирают.