Роль мирового океана в биосфере. Загрязнения океана
Мировой океан играет ключевую роль в формировании глобальных круговоротов биогенных компонентов и продуктивности биосферы. В биохимических круговоротах Мировой океан функционирует как крупный резервуар биогенных компонентов. Суммарная биопродуктивность океана составляет значительную часть продуктивности биосферы.
Существование человечества всё больше связывают с использованием ресурсов Мирового океана. Океаны являются важнейшим источником продовольствия, энергии, воды, углеводородов и ископаемых. Биоресурсы океана используются в качестве продовольствия, кормов для скота, в фармацевтической и косметологической промышленности.
В обеспечении продовольствием населения Земли большие надежды связывают с марикультурой. Сейчас 80% продукции марикультуры приходится на Индо – Тихоокеанский регион, в частности на Индию, КНР, Республику Корея, Японию, Филиппины, и, кроме того, также на США и Францию. Считается, что к началу 21 века потребность в морепродуктах будет на 30 – 40% выше максимального разумного лова, а мировой объём марикультуры будет доведён до 40 – 50 млн. т. в год.
Мировой океан играет важнейшую роль в смягчении климата Земли благодаря своей гигантской инерции, переносу тепла к полюсам и формированию облачного покрова. Таким образом, загрязнение Мирового океана может привести к изменениям, касающимся глобальной экодинамики.
Наибольший вклад в загрязнение Мирового океана вносит нефтяное загрязнение. Впервые загрязнение нефтью с судов было признано важной проблемой ещё во времена первой мировой войны, но лишь в 1954 г. была заключена Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря нефтью («Ойлпол – 54»). В 60 – х гг. резко возрос объём морских перевозок нефти с 210 млн. т. в 1948 г. до 865 млн. т. в 1967.
Поворотным моментом во взглядах на нефтяное загрязнение была авария на танкере Torrey Canion в 1967 г. В результате целой цепи навигационных ошибок танкер сел на скалы у юго – западного побережья Великобритании. В море вылилось 119 тыс. тонн нефти, значительная часть которой выплеснулась на побережье. С последствиями загрязнения боролись всеми возможными в то время способами: от использования «детергентов» до бомбёжки и использования напалма. Но ничего не смогло предотвратить ужасного удара по прибрежным флоре и фауне. Эта авария помогла осознать всю опасность морских перевозок нефти для окружающей среды.
С 1973 г. действует конвенция «МАРПОЛ – 73/78», которая установила ряд жёстких требований к количеству перевозок, сбросам с судов, техническому устройству и оборудованию судов и контролю перевозок.
Подавляющий объём загрязнения морской среды нефтью вносят морские порты и береговые промышленные предприятия, на втором месте находятся дноуглубительные работы. Промышленные стоки и отходы составляют 60,8% нефтяного загрязнения, загрязнение от нефтяных терминалов и нефтеперерабатывающих заводов составляет 1,2%, от нефтегазовых установок, платформ и скважин в море – 2,1 от танкерного судоходства – 11,3, от остального судоходства (не танкерного) – 14,4%.
Судьба нефтепродуктов, попадающих в морские воды, пока ещё недостаточно изучена. Нефть представляет собой смесь различных веществ, из которых 50 – 88% (в зависимости от происхождения) приходится на углеводороды, а остальная честь – на соединения, содержащие помимо углерода и водорода, кислород, азот, серу. Часть нефтепродуктов с низкой молекулярной массой (4 – 12 атомов углерода – сырой нефти эта фракция может составлять до 50%) довольно быстро испаряется с поверхности воды. Не исключено, однако, что она может вновь попасть в океан.
Часть нефтепродуктов растворяется в морской воде и распространяется в её толще. При этом в ходе химико – биологических превращений новые химические вещества, более растворимы, чем исходные. Так, например, растворимость в воде H октановой кислоты в 600 раз больше, чем H октанового спирта, из которого она образуется.
Нефтепродукты быстро образуют с водой стойкие эмульсии, которые затем превращаются в нефтяные комки и сгустки. Дальнейшее разложение нефтепродуктов приводит к увеличению их удельной массы, они оседают на дно, но затем в следствие образования газов вновь всплывают на поверхность.
Под действием кислорода и ультрафиолетового излучения нефтепродукты окисляются. В окислении их важную роль играют микроорганизмы (бактерии). Таким образом, нефтепродукты включаются в пищевую цепь водной экосистемы. В то же время нефтепродукты оказывают негативное воздействие на морские экосистемы. Они подавляют фотосинтез водорослей, нарушают хеморецепторные реакции у морских животных, вызывают нарушение репродуктивных и пищевых функций и т.д. канцерогенные компоненты нефтепродуктов (например, бензпирен) не только вызывает заболевание у гидробионтов, но и опасны для человека, т.к. передаются и концентрируются в трофических цепях.
Считается, что в Мировом океане растворённые углеводороды содержаться в количествах примерно 400 – 1300 млн. т. обнаруживаются на глубинах порядка 1000 м.
Существенный вклад в мировое загрязнение морей вносят аварии. В мире происходит огромное количество аварий. В банке данных одной из фирм США, которая занимается мониторингом аварийных ситуаций, на 1997 г. насчитывалось 300 млн. зафиксированных аварий, причём их прирост составляет примерно 12 – 14 млн. аварий в год.
По оценкам специалистов, в середине 80 – х гг. в Мировой океан ежегодно попадало около 10 млн. т. нефти и нефтепродуктов, 50 тыс. т. ДДТ и других пестицидов, 5 тыс. т. ртути, 6 млн. т. фосфора, 2 млн. т. свинца и различного рода пластики и пластмассы. Основными источниками загрязняющих веществ в Мировом океане являются: естественные поступления из атмосферы и дна – 20%, наземные источники – 44%, судоходство – 35%; прочие источники составляют 1%.
В отличие от тенденций к увеличению числа и масштабов аварий в других отраслях статистика отмечает неуклонное снижение как числа крупных аварий с разливом нефти, так и количества попадающей в море нефти. Так, в 90—х гг. среднегодовое количество крупных разливов нефти (более 700 т. в каждый) снизилось по сравнению с 70 – ми гг. более чем втрое, а среднегодовое количество разлитой нефти – в 2.3 раза. Некоторые крупнейшие аварии оказались практически вне поля зрения общественности, так как они произошли в открытом океане и не причинили серьёзного вреда побережью. В то же время другие инциденты, хотя и более мелкого масштаба, стали причиной появления крупнейших международных соглашений.
Влияние разливов нефти в морской среде в значительной степени зависит от того, насколько эта нефть достигнет чувствительных животных. Крупные разливы в открытом океане могут быть менее опасны, чем небольшие разливы вблизи береговой зоны или колоний птиц. В связи с этим для оценки риска загрязнения важно определить параметры, характеризующие перенос и рассеивание загрязнения. Обычно более лёгкие фракции нефти, разлитой в море, испаряются а оставшаяся часть рассеивается под действием ветра и волн и подвергается разложению. В высоких широтах, например, в Арктике, естественные процессы самоочищения проходят медленно, а ситуация усугубляется тем, что лёд может «капсулировать» нефть и она затем перемещается вместе со льдом. Нефть, высвобождающаяся из льда весной, может нанести большой ущерб природе.
На защищённых песчаных и илистых берегах эффект разлива нефти может быть более сильным и сохраняться в течении многих лет.
Согласно статистике, 80 – 85% аварий с морскими судами связанно с «человеческим фактором». В 1995 г. приняты поправки к конвенции 1978 г., которые повышают требования к квалификации моряков и ужесточают ответственность судоходной компании и государств за выполнение этих требований.
Морские воды России также загрязнены нефтью и нефтепродуктами, что является достаточно серьёзной проблемой. Данные мониторинга химического загрязнения морей России ежегодно публикуются в Госдокладах и Обзорах состояния окружающей природной среда в РФ. По данным Росгидромета, в 1997 г. содержание нефтепродуктов в водах Белого моря не велико: 0,06 мкг/л (менее 1,2 ПДК); в наиболее загрязнённых районах оно составляет 2 – 8 ПДК. Однако загрязнена не только водная толща, но и придонные слои воды (до 7 ПДК).
Помимо нефти и нефтепродуктов воды Мирового океана загрязнены тяжёлыми металлами, хлорорганическими пестицидами, фенолами.
Загрязняющие вещества поступают в океан в процессе атмосферного переноса. Атмосфера может быть эффективным, а иногда доминирующим звеном в цепочке переноса загрязняющих веществ в Мировой океан. О масштабах процесса говорит то, что это сопоставимо с поступлениями из рек.
Таблица .1 — Глобальные поступления примесных металлов в Мировой океан
| Состояние | Свинец 1 | Кадмий 2 | Медь 3 | Никель 4 | Цинк 5 | Мышьяк 6 | Железо 7 |
| Атмосферный приток | |||||||
| Раствор | 50-100 | 1,9-3,3 | 14-45 | 8-11 | 33-170 | 2,3-5 | 1,6-4,8 |
| Твёрдый | 6-2 | 0,4-0,7 | 2-7 | 14-17 | 11-55 | 1,3-3 | 14-42 |
| Речной приток | |||||||
| Раствор | 0,3 | 1,3 | |||||
| Твёрдый |
Условные обозначения: 1-6-в 109 г. в год; 7- в 1012 г. в год
Как видно из таблицы, реки являются основными поставщиками частиц металлов. Для растворённых форм металлов вклады атмосферы и рек примерно одинаковы для меди и никеля, тогда как для цинка, кадмия и особенно для свинца доминирует атмосферный приток.
Данные, приведённые в таблице, основаны на оценках, сделанных в середине 80-х гг. серьёзные усилия по снижению выбросов в атмосферу свинца (источником которого являются двигатели внутреннего сгорания, работающие на этиловом бензине), предпринимаемые в настоящее время, должны привести к снижению концентрации свинца в океанских водах.
Таблица 2 — Атмосферный и речной приток хлорорганических соединений
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Экологическая роль мирового океана
Океану, и особенно его прибрежной зоне, принадлежит ведущая роль поддержания жизни на Земле. Ведь около 70% кислорода, поступающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процессе фотосинтеза планктоном (фитопланктоном). Сине-зеленые водоросли, обитающие в Мировом океане, служат гигантским фильтром, очищающим воду в процессе ее круговорота. Он принимает загрязненные речные и дождевые воды и путем испарения возвращает влагу на континент в виде чистых атмосферных осадков.
Все серьезные случаи загрязнения океана связаны с нефтью. В результате широко распространенной практики мытья трюмов танкеров, в океан ежегодно сознательно сбрасывается от 8 до 20 млн баррелей нефти. Раньше такие нарушения часто оставались безнаказанными, но сегодня спутники позволяют собрать необходимые доказательства и привлечь виновных к ответственности.
Не менее вредными для окружающей среды являются сточные воды. В малых количествах они обогащают воду и способствуют росту растений и рыб, а в больших — разрушают экосистемы.
К опасных химических веществ, способных нарушить экологический баланс, относятся такие тяжелые металлы, как кадмий, никель, мышьяк, медь, свинец, цинк и хром. Еще большую тревогу вызывают пестициды — альдрин, Дильдрин и Ендрин, — накапливаются в животных тканях.
Очень опасен для морских обитателей и ТБТ (трибутилоловохлорид, (n-С4Н9) 3SnCl), широко применяемый для окраски килей кораблей, препятствует их обрастания ракушками и водорослями. Доказано, что ТБТ меняет пол самцов трубачей (вид ракообразных) в результате вся популяция состоит из женских лиц, что исключает возможность размножения.
От загрязнения страдают все океаны, но загрязненность прибрежных вод выше, чем в открытом океане, за гораздо большее число источников загрязнения: от береговых промышленных установок до интенсивного движения морских судов. Вокруг Европы и у восточных берегов Северной Америки на мелководных континентальных шельфах устраивают садки для разведения устриц, мидий и рыб, уязвимых для токсичных бактерий, водорослей и загрязнителей. Кроме того, на шельфах ведутся нефте разработки, увеличивает риск разлива нефти и загрязнения.
Скопления отходов из пластмассы образуют в Мировом океане под влиянием течений особые мусорные пятна. На данный момент известны пять крупных скоплений мусорных пятен — по два в Тихом и Атлантическом океанах, и один — в Индийском океане. Мусорный оборот в основном состоит из пластиковых отходов, образующихся в результате сброса с густонаселенных прибрежных зон континентов.
Успешное восстановление водных ресурсов при одновременном привлечению в хозяйственный кругооборот, т.е. воспроизводства водных ресурсов, предотвращение вероятных новым загрязнением возможно лишь при проведении комплекса мероприятий, включающих очистку сточных вод и водоемов, внедрение оборотного водоснабжения и малоотходных технологий.
Безотходная технология развивается в нескольких направлениях:
Создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих внедренных и перспективных способов очистки сточных вод. Разработка и внедрение систем утилизации отходов производства и потребления их как вторичный материальный ресурс, что исключает их попадание в водную среду.
Создание и внедрение принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, которые позволяют исключить или сократить технологические стадии, дающие основное количество жидких отходов загрязнителей.
Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём — это процесс, при котором глубинные воды поднимаются к поверхности. Наиболее часто наблюдается у западных границ материков, где перемещает более холодные, богатые биогенами воды с глубин океана к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами поверхностные воды. Также может встречаться практически в любом районе мирового океана.
Различают как минимум четыре типа апвеллинга: прибрежный апвеллинг, крупномасштабный ветровой апвеллинг в открытом океане, апвеллинг связанный с вихрями, апвеллинг связанный с топографией.
Процессом обратным апвеллингу является даунвеллинг.
Красным показаны районы где наиболее распространён прибрежный апвеллинг.
Прибрежный апвеллинг это наиболее известный тип апвеллинга, который непосредственно связан с человеческой деятельностью, поскольку поддерживает наиболее продуктивные рыболоведческие районы мирового океана. Глубинные воды богаты биогенными элементами, такими как натрий и фосфор, которые являются результатом декомпозиции погружающегося на глубину органического материала (в основном отмершего планктона). Когда глубинные воды попадают на поверхность фитопланктон начинает активно потреблять биогены, вместе с CO2 (диоксид углерода) и солнечной энергией, производя органические вещества в процессе фотосинтеза. Таким образом по сравнению с другими зонами океана в районах апвеллинга наблюдается высокая первичная продукция (количество углерода зафиксированное фитопланктоном). Высокие значения первичной продуктивности продолжают наблюдаться и на более высших трофических уровнях, поскольку фитопланктон является основой океанской пищевой цепи. Районы в которых часто наблюдается прибрежный апвеллинг это: побережье Перу, Чили, Аравийское море, западное побережье Южной Африки, восток Новой Зеландии, юго-восток Бразилии и побережье Калифорнии.
Пищевая цепь в океане выглядит так:
Фитопланктон → Зоопланктон → Хищный зоопланктон → Фильтрующие организмы → Хищные рыбы
Таким образом каждый элемент цепочки является ключевым для района апвеллинга
Механизм формирования прибрежного апвеллинга в результате Экмановского транспорта в Южном полушарии. Ветер дует вдоль берега на север, течение на поверхности, благодаря Экмановскому транспорту, отклоняется влево (поскольку мы в Южном полушарии), на место поверхностных вод приходят глубинные.
Физический механизм приводящий к прибрежному апвеллингу связан с силой Кориолиса, в результате действия которой ветровые течения имеют тенденцию отклоняться вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Например, когда в Северном полушарии ветра дуют по направлению к Экватору вдоль восточной окраины океанского бассейна, или по направлению к полюсу вдоль западной окраины океанского бассейна, поверхностные воды перемещаются от берега (экмановский транспорт или экмановская спираль) и заменяются более плотными водами с нижележащих глубин.
Похожий феномен наблюдается в экваториальной зоне. Восточные ветра (направленные на запад) дующие вдоль экваториальной зоны в Атлантическом и Тихом океанах, за счёт экмановского транспорта перемещают воду вправо (к северу) в Северном полушарии и влево (к югу) в Южном полушарии. Это приводит к дивергенции, в результате которой более плотные и богатые биогенами глубинные воды поднимаются к поверхности. За счёт этого продуктивность становится настолько высокой, что экваториальные районы Тихого океана можно определить из космоса по широкой линии высокой концентрации фитопланктона. См. также Эль-Ниньо
Апвеллинг в Южном океане
Апвеллинг в Южном океане
Крупномасштабный апвеллинг наблюдается также в Южном океане. Здесь, сильные западные (направленные на восток) ветра дуют вдоль побережья Антарктиды, вызывая значительный поток поверхностной воды направленный на север. Развивается сильный апвеллинг, который поднимает воды с больших глубин. Во многих численных моделях и согласно данным наблюдений апвеллинг в Южном океане является ключевым механизмом термохалинной циркуляции при помощи которого плотные глубинные воды поднимаются к поверхности.
Апвеллинг вызваемый тропическими циклонами
Апвеллинг также может происходить в результате прохождения над океаном тропического циклона, обычно идущего со скоростью меньше 8 км/ч. Завихрение циклона разводит воду в стороны и вытягивает к поверхности более холодную воду из нижележащих слоёв океана. Это вызывает затухание циклона.
Этот тип апвеллинга вызывается устройствами которые используют энергию волн или преобразование термальной энергии океана чтобы перекачивать воду к поверхности. Было показано что такие устройства могут вызывать цветение планктона[1].
Апвеллинг также происходит в других жидких средах, таких как озёра, земная магма или плазма звёзд. Там он зачастую является результатом конвекции.
Прибрежная зона имеет оптимальные условия для жизни по сравнению с открытым океаном (свет, t, достаточное количество питательных веществ и др.) — поэтому здесь наблюдается максимальное видовое разнообразие флоры и фауны (до 80 %).
Коралловые рифы — известковые геологические структуры, образованные колониальными коралловыми полипами (преимущественно мадрепоровыми кораллами) и некоторыми видами водорослей, умеющими извлекать известь из морской воды («биогермы»). Образуются на мелководье в тропических морях. Общая площадь коралловых рифов в мире превышает 27 млн км². Располагаются в основном в Тихом и Индийском океанах. Около трети коралловых рифов мира уже погублено. При существующей тенденции некоторые рифы будут уничтожены к 2030 году.
Одной из наиболее распространенных и малоизученных проблем коралловых рифов является их обесцвечивание. Поврежденные кораллы выселяют зооксантеллы (симбиотические водоросли), которые придают им яркую окраску. В результате на колониях образуются белесые участки. Эти участки, однако, не полностью лишены водорослей. В некоторых случаях возможно частичное восстановление или появление новых видов зооксантелл. Установлено, однако, что обесцвеченные колонии не растут и легче разрушаются волновой деятельностью.
Основная масса коралловых рифов располагается в зоне, где температура самого холодного месяца в году не опускается ниже 18 °C. Как правило, внезапное падение температуры ниже 26 °C вызывает массовую гибель кораллов.
Оптимальная глубина для роста коралловых рифов составляет 10—20 метров.
Коралловые рифы Карибского бассейна и северо-восточного побережья Австралии давно стали туристической меккой и источником заработка для местного населения.
Значение для человека
Некоторые обитатели коралловых рифов снабжают человека ценнейшими лекарствами. Так, вытяжка из асцидий широко применяется в борьбе с вирусными инфекциями, а из вещества, защищающего полипов от солнца, изготавливают препарат для лечения рака кожи.
Источник