Перенос и трансформация загрязняющих веществ в океане

Поступающие в океан загрязняющие вещества переносятся океанскими течениями. Пространственно-временной спектр течений в океане очень широк — от сравнительно устойчивой общей циркуляции вод, определяющей основные океанские течения, до кратковременных ветровых течений, изменяющих скорость и направление в зависимости от анемобарических^[1][2] условий. На границах отдельных течений или циркуляционных систем возникают фронтальные зоны, разделяющие воды различного происхождения, с разной степенью загрязнения. Фронтальные разделы не являются, строго говоря, граничными поверхностями, но являются сравнительно узкими переходными зонами между водами, различающимися по физическим, химическим и биологическим характеристикам. Эти зоны сходны с активными граничными поверхностями по особым природным условиям. Здесь интенсифицируются горизонтальные и вертикальные движения вод, возникает сильная турбулентная диффузия, активизируются разнообразные биохимические реакции и концентрируется жизнь. Океанические фронты обычно разделяют на планетарные (или климатические), синоптические и локальные. Планетарные трансокеанские фронты оконтуривают основные циркуляционные системы океана, совпадая с осями главных океанских круговоротов. Синоптические фронты связаны с нестационарными зонами апвеллингов и синоптическими вихрями. Локальные фронтальные зоны возникают между речными и морскими водами, а также на границах зон интенсивного перемешивания, обусловленного приливными явлениями или ветровой деятельностью. Повторяемость, устойчивость и время релаксации фронтов варьируют в широких пределах^[3].

Обычно с вторгающимися струйными потоками связаны зоны наиболее интенсивного летнего «цветения» фитопланктона и развития зоопланктона, достигающего максимальной концентрации при конвергенции потоков во фронтальных зонах. При этом в зоне фронта в результате взаимодействия разновозрастных биоценозов, свойственных разным водным массам, резко улучшается пищевая обеспеченность более зрелого сообщества. Этот участок фронтальной зоны является иаилучшим и для питания рыб.

Фронты, ограничивающие синоптические вихри в океане, зоны апвеллинга, связанные со сгонными ветрами в прибрежной полосе или с циркуляцией вод иод действием циклона и тайфуна, служат обычно и границами биотопов. Основным механизмом, определяющим возникновение нестационарных зон повышенной продуктивности, является вынос восходящими движениями биогенных элементов в фотический слой с последующим продуцированием жизни на всех трофических уровнях.

Перенос и диффузия загрязнителей через фронтальные зоны океана определяются особенностями их динамики. Обычно концентрация загрязнителей здесь повышена по сравнению с окружающими водами в связи с конвергенцией потоков и аккумуляцией загрязнителей морскими организмами, скапливающимися в этих зонах¹.

Другой выраженной внутренней граничной поверхностью в океане является слой скачка, в котором вертикальные градиенты океанологических характеристик намного больше, чем в вышеи нижележащих слоях. Он образуется на нижней границе ветрового и конвективного перемешивания вод, а также при наложении вод разного происхождения (например, на нижней границе речных вод, стекающих в море). Слой скачка, связанный с ветровым перемешиванием, обычно находится на глубине, не превышающей 30—50 м. Конвективное перемешивание может достигать глубины 200—300 м. Мощность слоя скачка составляет от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Из-за разных скоростей турбулентной теплопроводности и диффузии глубина залегания слоя скачка температуры, солености и плотности может не совпадать.

Слой скачка играет существенную роль в термодинамическом, химическом и биологическом режимах морей и океанов, ограничивая проникновение в глубину турбулентных потоков, в том числе и вертикальную диффузию загрязнителей, препятствуя гравитационному осаждению органических и неорганических взвесей естественного и антропогенного происхождения. В целом слой скачка способствует накоплению загрязняющих веществ в верхнем слое океана.

Деградация загрязнителей в океане, темпы которой определяют возможности самоочищения водоемов, исследована пока недостаточно. Лучше всего изучены механизмы разрушения нефтяных пленок, содержащих помимо углерода (80—87%) и водорода (10—15%) серу, азот, кислород и в небольших количествах многие металлы^[1][5].

Поверхностная нефтяная пленка деградирует под действием разнообразных механических, физико-химических, химических, биохимических и биологических процессов. Так, ветер, течения и волнения, гравитационное растекание и вертикальная циркуляция приводят к достаточно сложным движениям нефтяного пятна в целом и отдельных его частиц. Динамические процессы способствуют образованию нефтяной эмульсии — «шоколадного мусса» — в результате абсорбции воды нефтью. Сочетание динамической трансформации с интенсивным испарением летучих фракций нефти обусловливает сбивание из «шоколадного мусса» смолообразных нефтяных комков, обычно называемых нефтяными агрегатами.

Несмотря на небольшую растворимость нефти в морской воде, этот процесс весьма важен, ибо растворимые компоненты нефти весьма токсичны.

Общая площадь нефтяных агрегатов в Мировом океане оценивается 361 -10¹² м², их масса — 277 • 10³ т, концентрация нефтяных агрегатов достигает в отдельных районах сот миллиграмм на 1 м³. Существен для деградации нефти и процесс ее окисления, в результате которого появляются промежуточные продукты разрушения нефти. Весьма эффективно удаляют нефть из верхнего слоя океана процессы механической и биологической седиментации. Труднорастворимые частицы нефти, соединяясь со взвешенными частицами неорганического и органического происхождения, образуют конгломераты, плотность которых превышает плотность воды, и они оседают на дно или выбрасываются на берег. Часть нефти поглощается зоопланктоном и другими морскими организмами и далее осаждается в виде фекальных пеллет¹.

В пищеварительном тракте морских животных осуществляется также частичная биодеградация нефтяных углеводородов. Однако главную роль в разрушении этих углеводородов играют морские бактерии, так называемые углеводородоокисляющие микроорганизмы, деструкция нефти которыми сейчас изучается для активной борьбы с нефтяным загрязнением. Микробной трансформации подвержены и многие ПАУ, в том числе БII. С деятельностью микроорганизмов связаны, кроме того, фиксация и трансформация антропогенных органических соединений, в результате которых высвобождаются биогенные элементы, изменяющие условия первичного продуцирования в океане².

Приоритетный список химических элементов, представляющих опасность для морских организмов, включает в настоящее время свыше трех десятков наименований; большая часть из них это переходные и тяжелые металлы. Многие из них биофильтраторы, т. е. морские организмы накапливают их в своих тканях в концентрациях, в десятки-сотни тысяч раз превышающих содержание в морской воде (табл. 7.4).

Таблица 7.4

Средняя концентрация (мкг/л) следовых металлов в поверхностных (ПВ) и глубинных (ГВ) водах Мирового океана³

• 1 ^{См.: Патин С. А. Нефть и экология континентального шельфа.}
• ^{2 См.: Израэль Ю. А., Цыбань А. В. Антропогенная экология океана.}
• ^{3 Приводится по: Там же.}

^{Окончание табл. 7.4}

^{Причем содержание тяжелых металлов увеличивается с продвижением вверх по трофической цепочке: в 1 кг рыбы заключено столько же тяжелых металлов, сколько в 1000 кг фитопланктона. По сравнению с пирамидой биомасс пирамида концентрации тяжелых металлов оказывается перевернутой. Об этом следует знать, поскольку если человек питается крупными хищными морскими рыбами, то металлы, рассеиваемые в процессе техногенеза, возвращаются к нему в концентрированном виде1.}

Биогенная седиментация, во многом определяющая самоочищение верхних, наиболее загрязненных слоев океана, осаждает металлы лишь частично. Например, скорость поступления свинца и ртути из биогенных источников значительно превышает скорость биоседиментации, при этом накопление металлов в донных отложениях намного меньше биоседиментации. В результате количество свинца и ртути в океанической экосистеме все увеличивается^[6][7].

• [1] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [2] Анемобарические волны — вынужденные длинные гравитационные или инерционногравитационные волны, возникающие под действием ветра и атмосферного давления. Могутбыть прогрессивными или стоячими. Периоды анемобарических волн от нескольких минутдо суток, высота в открытом море не превышает 1 м. В прибрежной зоне длинные волныанемобаричсского происхождения вносят существенный вклад в штормовые нагоны, приводящие иногда к катастрофическим наводнениям.
• [3] См.: Петров К. М. Указ соч.
• [4] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [5] См.: Там же.
• [6] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [7] См.: Израэль Ю. А., Цыбань А. В. Антропогенная экология океана.