Лекція 11. Методи і засоби вимірювання забруднень вод океану (2 год)

1. Джерела та види забруднення океану

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. Забруднення Світового океану призводить до зменшення його біологічної продуктивності, скорочення надходження кисню до світового кругообігу речовин.

Під забрудненням морського середовища мається на увазі «привнесення людиною, прямо чи побічно, речовин або енергії в морське середовище, включаючи естуарії, що призводить чи може призвести до таких згубних наслідків, як завдання шкоди живим ресурсам і життю в морі, небезпека для здоров'я людини, створення перешкод для діяльності на морі, в тому числі для рибальства та інших правомірних видів використання моря, зниження якості використовуваної морської води і погіршення умов відпочинку».

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, зокрема, нафтопродуктів, в океан (переважно на його поверхню), при перевезенні;

 ̶ розробка корисних копалин на морському дні;

 ̶ аварійні викиди із суден або підводних трубопроводів;

 ̶ навмисне поховання шкідливих речовин в морі (дампінг);

 ̶ випробовування атомної зброї.

Сучасні дослідження забруднення Світового океану свідчать, що річковий і теригенний стоки, а також атмосферне перенесення є основними джерелами забруднення морів. У процесі річкового виносу і стоку із суші забруднюються переважно прибережні води океану, води 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 сполук або навіть перевищує його.

Дампінг – скид та захоронення (поховання, тобто будь-яке навмисне вилучення відходів або інших матеріалів з суден, літальних апаратів, платформ або інших штучно споруджених в морі конструкцій) відходів у морях і океанах. 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.

Явище поширилося внаслідок здатності морського середовища переробляти велику кількість органічних і неорганічних речовин. Однак, дампінг спричиняє низку негативних явищ:

1) зміна якості води внаслідок надходження речовин, що переходять у розчин;

2) швидка втрата Оксигену та поява гідрогенсульфуру внаслідок надходження органічних речовин;

3) підвищення мутності води, що спричиняє загибель малорухомих форм бентосу.

Тому при організації і здійсненні дампінгу слід дотримуватися таких умов:

– оцінювання якості, складу і властивостей (фізичних, хімічних, біологічних) матеріалів, що захороняються, 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.

Найбільш актуальною є проблема хімічного забруднення океану. На основі аналізу даних моніторингу з'ясовано, що основними видами забруднювачів є вуглеводні (сира нафта, нафтопродукти, нафтові вуглеводи); хлоровані вуглеводні (пестициди, поліхлоровані біфеніли); токсичні метали; радіоактивні речовини.

Найбільш масштабним є забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами. Поля забруднення нафтовими вуглеводами формуються в шельфових водах, у районах перевезення нафти, інтенсивного судноплавства і аварій танкерів. За даними космічного моніторингу приблизно чверть Світового океану вкрито тонкою плівкою нафти або забруднено нафтою і нафтопродуктами. Нафтопродукти трапляються в усіх районах безпосереднього забруднення й у відкритих районах океанів. Нафтовою плівкою найбільше вкрита північна тропічна, центральна субтропічна та Канарська водні маси. 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 і 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 глибини 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 поверхневоактивних речовин (СПАР) в океанах у середньому становить 27-30 мкг/дм3 у поверхневому шарі та 8-9 мкг/дм3 на глибині 500 м.

Важкі метали належать до найпоширеніших і дуже токсичних речовин. Для морських екосистем особливо небезпечними є Меркурій, Плюмбум, Кадмій. Надійшовши до морського середовища, Меркурій сполучається із завислими речовинами, органічними агрегатами й осідає на дно. У донних відкладеннях під дією деяких форм мікроорганізмів він переходить у високотоксичні форми метилованого меркурію, період напіврозпаду якого досягає двох років. Для Меркурію характерна глибинно-поверхнева міграція. Забруднення морської води цією речовиною обмежується прибережними зонами та шельфом. Міграційний потік Плюмбуму з континентів в океан надходить із річковим стоком і через атмосферу. У морських прибережних водах Північної півкулі середня концентрація Плюмбуму становить 0,07 мкг/дм3 , переважно він перебуває в шарі 0-500 м. Концентрація Кадмію у водах Світового океану коливається від 0,03 до 0,3 мкг/дм3 при середньому значенні 0,15 мкг/дм3 . Океану притаманна природна радіоактивність, спричинена присутністю в морській воді 40К

Радіоактивні речовини в океан надходять з таких джерел:

– випробування ядерної зброї;

– скид радіоактивних відходів;

– аварії суден з атомними двигунами;

– 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.

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. 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. 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 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.

Дія різних забруднюючих речовин на морські організми може значно розрізнятися. Біогени (Нітроген, Фосфор) діють на зябра, печінку, нервову систему, скелет, луску гідробіонтів. Концентрація 1 мг/дм3 усіх форм Нітрогену (аміачної, нітритної, нітратної) знижує здатність риб зв'язувати Оксиген, з'являються ознаки інтоксикації. Фотосинтез фітопланктону пригнічується на 75-90 % при концентрації хлорорганічних пестицидів (ХОП) 1-10 мкг/дм3 , для зоопланктону вони токсичні в дозах близько 10 мкг/дм3 . 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. Наявність галогенів у морській воді теж зумовлює небажані явища, зокрема, низькі концентрації Хлору і його сполук (до 0,0001 мг/дм3 ) викликають погіршення товарної якості риб (каталізатор – феноли). Дія Брому та його сполук протягом 30-70 хв. у дозі 400 мг/дм3 є смертельною, 100 мг/дм3 спричиняють загибель організмів через 1-3 год, 10 мг/дм3 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. Кількість забруднюючих речовин в морських організмах характеризується коефіцієнтом накопичення – відношенням вмісту забруднюючої речовини в організмі до вмісту її в морській воді.