Нарушение режима стратификации водных объектов

Нарушение стратификации компонентов биосферы как фактор ее техногенеза и деградации

Почти все пространство, занятое биосферой, – атмосфера, почва (педосфера), верхняя часть литосферы, водная среда (гидросфера) – в той или иной мере стратифицировано, т.е. состоит из отдельных слоев, условия в которых существенно различаются. В процессе эволюции большинство видов организмов приспособилось к условиям конкретного слоя среды, в котором они обитают. При техногенном нарушении вертикальной структуры среды обитания (ее «техногенной дестратификации») эти условия резко изменяются, что, как правило, оказывает на организмы негативное воздействие. Частными случаями техногенной дестратификации являются искусственный апвеллинг и некоторые агротехнические приемы обработки почв. Такие действия осуществляются с целью увеличения количества выращиваемой биологической продукции и с экологической точки зрения являются разновидностью управляемого техногенеза. Неконтролируемая дестратификация компонентов биосферы вызывает ее деградацию. Так, нарушение стратификации почвенного покрова сопровождается резкой интенсификацией его эрозии. Крупномасштабные нарушения стратификации морских водоемов способны вызвать региональные и даже глобальные изменения климата и оказать значимое влияние на многие биогеохимические циклы. В настоящее время – это один из факторов, способных ускорить неконтролируемое превращение биосферы в биотехносферу.

Режим стратификации водных объектов

Стратификация водных объектов отличается от других компонентов биосферы закономерной изменчивостью. Периоды, когда водная толща разделена на ряд отдельных слоев (период стратификации), перемежаются периодами, во время которых происходит интенсивное перемешивание вод этих слоев (периоды миксии). Данные явления обусловлены резкими отличиями плотности воды при ее различной температуре. Так, охлаждение вод поверхностного слоя влечет за собой увеличение их плотности и их опускание, что приводит к разрушению существовавших водных слоев. В климатических зонах, характеризующихся значительными сезонными температурными изменениями, подобные события носят периодический характер. Например, в водоемах умеренной зоны наблюдается два периода миксии, обусловленные осенним охлаждением вод и их весенним прогревом. По этой причине такие водоемы относятся к категории димиктических водоемов, в которых периоды миксии чередуются с периодами летней и зимней стратификации вод. Существуют также мономиктические водные объекты, перемешивание которых происходит только один раз в год, и полимиктические – с несколькими периодами миксии в течение года. Постоянно стратифицированные водоемы называют амиктическими. Особую категорию представляют собой меромиктические водоемы. В них явления стратификации и миксии затрагивают только верхнюю часть водной толщи. Меромиксия может возникнуть по ряду причин. Одна из них – повышенная соленость (минерализованность) придонных вод, обусловливающая их высокую плотность. Примером крупного меромиктического водоема является Черное море, водная толща которого, расположенная глубже 120-150 м, не затрагивается сезонным перемешиванием. По этой причине из его глубоких слоев исчез кислород, и произошло накопление сероводорода. Существование каких-либо высокоорганизованных форм жизни в этих условиях стало невозможным.

Закономерное чередование периодов стратификации и периодов миксии называется режимом стратификации водного объекта. Режим стратификации водных объектов определенной географической зоны весьма консервативен, поскольку определяется ее климатом. Он может существовать, не претерпевая принципиальных изменений, очень длительное время, в течение которого водные организмы в ходе эволюции приспосабливаются к закономерному изменению условий среды своего обитания. Любые существенные изменения сложившегося режима стратификации вод оказывают на них значимое негативное воздействие.

Основные виды нарушения режима стратификации водных объектов

На современном этапе, когда техническая деятельность человека постепенно распространяется на весь объем гидросферы, включая глубины Мирового океана, значение данного вида воздействия на окружающую среду приобретает все большее значение. Освоению водных ресурсов может сопутствовать, как дестратификация водных объектов, так и искусственное подавление процессов перемешивания их водной толщи. В соответствии с этим, в качестве основных воздействий подобного рода следует выделить:

Нарушение стратификации вод миктического типа заключается в смешивании вод различных слоев. Степень воздействия на представителей водной биоты определяется, главным образом, уровнем различия физико-химических свойств смешивающихся водных масс (температуры, солености и др.). Чем он больше, тем выше негативное воздействие. Следует обратить внимание на одну особенность техногенных нарушений стратификации. Если при естественной миксии происходит смешивание вод двух смежных слоев (к чему обитающие в них организмы в той или иной мере адаптированы), то при техногенном нарушении может происходить смешивание разобщенных слоев воды (например, поднятых к поверхности по трубопроводам со значительной глубины или, напротив, закаченных на глубину с поверхности).
Нарушение стратификации вод хорического типа происходит в результате человеческой деятельности, когда водная масса меняет свое пространственное положение, замещая другую без значительного смешивания с ней. Нарушение данного типа особенно губительно сказывается на организмах, зафиксированных в определенной точке пространства (организмы бентоса и перифитона). Они «затапливаются» водной массой с иными свойствами, что может вызвать их массовую гибель. Наглядно проиллюстрировать возможные последствия таких явлений можно событиями, происходящими в силу естественных причин, например, сильный ветровой сгон поверхностных вод и последующий компенсирующий его подъем холодных вод неоднократно приводил к гибели коралловых рифов.

В результате нарушений как миктического, так и хорического типа образуются новые водные массы, в которых протекают различные биологические процессы, в т.ч. и нежелательные. Так, подъем к поверхности богатых биогенами (фосфором, азотом и др.) глубинных вод может вызвать их эвтрофирование, проявляющееся как «цветение вод» или «красные приливы».

Термотехногенная меромиксия возникает в результате искусственного подогрева поверхностного слоя водоема (например, сбросными водами АЭС или ТЭС), что подавляет естественные миктические процессы. Закономерным результатом является ухудшение кислородного режима в подповерхностных слоях. Возможны и иные негативные явления, например, накопление в этих же слоях различных загрязнителей, подавление процессов самоочищения в отсутствии кислорода, развитие сероводородного заражения придонных слоев и т.п. Разновидностью данного явления можно считать « техноклиматическую меромиксию» – подавление миктических процессов в результате наблюдающего глобального изменения климата (при условии признания техногенного генезиса этих явлений, т.е. парникового эффекта).
Хемотехногенная меромиксия – экологически опасное явление, происходящее в тех случаях, когда загрязнители, сбрасываемые в придонные слои водного объекта, повышают уровень плотность сбрасываемых вод, до уровня, затрудняющего включение их в процесс сезонного перемешивания вод. Данный вид меромиксии, уже получивший достаточное распространение, сопровождается теми же негативными эффектами, что и предыдущий, но, кроме этого, усугубляется чрезвычайно высоким уровнем загрязненности придонных вод.

Дестратификационное загрязнение

В результате искусственного нарушения стратификации (техногенной дестратификации) водоемов происходит существенное изменение химических и физических параметров водной среды, что оказывает на водные организмы негативное воздействие. Данные явления, в соответствии с общепринятыми определениями, можно рассматривать как соответствующие виды загрязнения водной среды. Дестратификация также вызывает эвтрофирование водных объектов и развитие в их слоях несвойственных им видов организмов, что можно рассматривать как их биологическое загрязнение. Принятие этой точки зрения позволяет использовать для оценки таких воздействий уже разработанные природоохранные нормы (ПДК и др.). Применительно к отдельным эффектам, обусловленным нарушением стратификации водной среды, используется следующая терминология:

Химическое дестратификационное загрязнение – загрязнение, вызванное изменением химического состава среды в результате ее дестратификации. Увеличение концентрации биогенов в поверхностных слоях водоемов, вследствие подъема глубинных вод, можно рассматривать как один из видов эвтрофикации – дестратификационную эвтрофикацию.
Физическое дестратификационное загрязнение – изменение физических параметров среды, вызванное нарушением ее естественной стратификации. Наиболее важным является изменение температуры, которое можно рассматривать как дестратификационное термальное загрязнение.
Биологическое дестратификационное загрязнение – проникновение в биоценозы и массовое развитие в них чуждых им видов, вследствие образования в результате нарушения стратификации условий, подходящих для жизни этих видов в ранее непригодных для их обитания участках среды.

Более подробно данные вопросы рассматриваются в наших публикациях, которые можно скачать бесплатно и без регистрации на нашем сайте: