Геоэкология

Таблица 4.3

Условная прозрачность некоторых морей

Море	Глубина, м	Море	Глубина, м
Саргассово море Средиземное море Тихий океан Индийский океан и Красное море	66,5 60,0 59,0 50,0	Черное море Балтийское море Белое море	28,0 13,0 8,0

Температурный режим океана определяется поглощением солнечной радиации и испарением его поверхности. Средняя температура равна 3,8°С, максимальная 33,0°С (в Персидском заливе), минимальные характерны для полярных областей.

Приповерхностную часть океанских вод занимает квазиоднородный слой (с почти однородной температурой), ниже которого располагается сезонный термоклин. Перепад температуры в нем в период максимального прогрева достигает 10-15°С. Под сезонным термоклином залегает главный термоклин, охватывающий основную толщу океанских под с перепадом температур в 5-6 °С.

Наконец, к океанскому дну примыкает придонный пограничный слой с температурой 0-2° С.

Изменение температуры с глубиной влияет и на плотность океанической воды. Ее средняя плотность в поверхностных зонах достигает 1,02 г/см3, возрастая с глубиной по мере понижения температуры и увеличения давления.

Течения вод Мирового океана возникают в результате разнообразных причин, главными из которых являются силы Кориолиса, нагревание, охлаждение, испарение воды, колебания атмосферного давления, ветер.

Течения подразделяются на дрейфовые, градиентные, приливные, синоптические вихри, цунами и сейши. Кроме того, выделяются и смешанные течения (например, Гольфстрим), образующиеся под влиянием нескольких причин.

Дрейфовые течения образуются под действием ветра в результате трения воздушного потока о водную поверхность. Направление течения составляет с направлением ветра угол 45°, что определяется влиянием сил Кориолиса. С глубиной эти течения затухают.

Градиентные течения возникают в результате образования наклона уровня воды, максимального вблизи берегов, под действием ветра, дующего длительное время. Наклон поверхности создает градиент давления, приводящий к появлению сгонного или нагонного течения. В отличие от дрейфовых, градиентные течения распространяются до дна океана,

К другим видам градиентных течений относятся бароградиентные и конвекционные. Первые обусловлены различием атмосферного давления в циклонах и антициклонах над отдельными участками Мирового океана. Конвекционные течения образуются из-за различия плотности морской воды на одной и той же глубине, что создает горизонтальный градиент давления.

Приливные течения, наблюдаемые в окраинных морях, образуются в результате воздействия на толщу воды гравитационных полей Земли, Луны и Солнца, а также центробежной силы и сил Кориолиса, возникающих при вращении Земли.

Синоптические вихри - нестационарные вихреобразные возмущения воды в поперечнике до 400 км, охватывающие толщу воды от поверхности до глубин в сотни и тысячи метров, иногда до дна океана и перемещающиеся в течение нескольких лет со средней скоростью в несколько см/с. Среди них выделяют фронтальные вихри, возникающие при отсечении изгибов течения от основного потока, и вихри открытого океана. Скорость вращения частиц в вихре в верхнем слое достигает нескольких м/с.

Цунами - гигантские волны, вызванные землетрясениями, с длиной волны от нескольких десятков до сотен км, с периодом от 2 до 200 мин и скоростью распространения в открытом океане до 800-1000 км/ч. У берегов высота волн достигает 30-40 м.

Сейши - стоячие волны внутренних морей, в которых вода колеблется как единое целое, с амплитудой до 60 м (в Черном море). Причинами сейш являются приливные явления, сильный ветер, приводящий к сгонам и нагонам, резкие изменения атмосферного давления.

Биологическая продуктивность вод Мирового океана определяется биомассой, заключенной в гидросфере. Общее количество органического вещества Мирового океана оценивается в 300 млн. т растительного вещества и в 6 млн. т зоопланктона и фитопланктона. Максимальной биомассой обладают мелководья и подводные морские дельты крупных рек. Кроме того, значительной биологической продуктивностью характеризуются выходы на поверхность океана подводных течений, выносящих с глубины более 200 м воды, обогащенные фосфатами, нитратами и другими солями. В местах выхода подобных течений, так же как и вдоль кромки тающего полярного льда, бурно развивается зоопланктон и соответственно разнообразные формы нектона (в частности, рыб).

Минимальной биомассой, достигающей всего 0,08-0,25 кг/м2, обладают глубоководные котловины и глубоководные желоба.

Минеральные ресурсы Мирового океана представлены различными полезными ископаемыми, главными из которых являются: нефть и газ, месторождения которых приурочены к шельфу и континентальному склону (рис. 4.2):

железо-марганцевые конкреции и железо-марганцевые корки, наиболее крупные месторождения которых приурочены к глубоководным котловинам Тихого океана (рис. 4.2.);

сульфидные руды, приуроченные к «курильщикам», парагенетически связанным с внутриокеаническими рифтами (осевыми зонами СОХ) и задуговыми бассейнами;

металлоносные осадки и металлоносные рассолы, представляющие собой естественные руды марганца, меди, полиметаллов и др. Осадки и рассолы обнаружены на дне Красного моря, Восточно-Тихоокеанском поднятии, в точке тройного сочленения СОХ в Индийском океане;

фосфориты, встречающиеся вдоль побережий океанов на глубинах 200-1500 м в пределах шельфа и континентального склона, а также в глубоководных котловинах окраинных морей; газогидраты, запасы метана в которых оцениваются в десятки триллионов тонн и во много раз превышают запасы газа на суше.

Рис. 4.2. Нефтегазоносные и перспективные бассейны впадин

Мирового океана (Л.3. Левин, 1971 с упрощениями):

1 - границы нефтеносных бассейнов, установленных (а) и предполагаемых (б); 2 - край материковой отмели; 3 - месторождения нефти и газа

Мощность газогидратного слоя составляет несколько десятков метров. Слой залегает в толще осадков на глубине 200 м ниже поверхности дна: россыпные месторождения олова, золота, титана, образующиеся в пределах шельфа.

В настоящее время активно разрабатываются только морские и океанские нефтегазовые месторождения, в небольших объемах - морские россыпи. Треть мировой добычи нефти извлекается из шельфовых месторождений. В 1970 г. в Австралии добывалось около 90 % рутила и более половины циркона из шельфовых месторождений. В Индонезии свыше половины добычи касситерита извлекается из подводных россыпей с глубин до 35 м. В Японии на глубине до 30 м добываются железистые пески (2,4 млн т в год).

Рис. 4.3. Схема распределения железомарганцевых конкреций на дне

Тихого океана (Скорнякова, Андрущенко, 1970, с упрощениями);

1 - редко встречаются; 2 - часто встречаются; 3 - рудный концентрации конкреций; 4 - контуры рудных концентраций конкреций под слоем осадков

Шельфовые россыпи алмазов на юго-западе Африки с запасами 7,9-13,6 млн кар скрыты под слоем воды 30-120 м. В 1968 г. работы на Мировом шельфе вели более 100 стран на 726 научно-исследовательских станциях [29].

Большинство полезных ископаемых, за исключением нефти и газа, представляют потенциальное минеральное сырье XXI в.

4.2.2. Экологические последствия природных процессов в Мировом океане

Основные геоэкологические последствия природных процессов, протекающих в Мировом океане, сводятся к изменению конфигурации, подтоплению и осушению береговой зоны, возникновению нагонных наводнений, разрушительной деятельности волн-цунами. Огромное значение принадлежит также процессам, связанным с глобальным потеплением и эффектом "Эль-Ниньо".

Преобразование строения и очертаний суши в результате абразии и прибрежной аккумуляции

Большинство современных морских берегов возникло в результате послеледникового повышения уровня Мирового океана - фландрской трансгрессии (см. ниже), затопившей окраинные части материков и островов [33]. В зависимости от того, какой наклон имели затопленные части суши, возник тот или иной тип берегов. Подсчитано, что во время последнего покровного оледенения, максимум которого приходился на период 17-18 тыс. лет назад, уровень океана был на 110-120 м ниже современного. Современный уровень океана установился 5-7 тыс. лет назад. Последующее изменение конфигурации морских и океанских побережий, влияющее на условия жизнеобитания населения прибрежных городов и населенных пунктов, происходило в результате абразии, переноса и отложения обломочного материала.

Абразия скальных и рыхлых горных пород, слагающих побережья, связана с движением воды, возникающим в дрейфовых и приливно-отливных течениях. Даже при слабом волнении у берегов плещутся волны, непрерывно подтачивающие и разрушающие прибрежные скалы. Во время сильных штормов на берег обрушиваются колоссальные массы воды, образующие всплески высотой в несколько десятков метров. Сила удара таких масс воды способна причинить серьезные разрушения берегам и находящимся на них сооружениям и постройкам.

Сила прибоя во время шторма достигает нескольких тонн на 1 м . В Черном море зарегистрированы удары волн силой 2,8 т/м2. На западном побережье Шотландии давление прибойной волны на 1 м2 достигает 30 000 кг, на Балтийском море - 10 000 кг. Подобные волны разбивают самые прочные породы и передвигают на значительные расстояния обломки скал массой многие десятки и сотни тонн.

Как велика может быть сила прибоя во время сильных штормов, можно убедиться на примере того, что во время одной такой бури в гавани Вик в Шотландии была сдвинута на 10-15 м каменная глыба массой 1370 т, лежавшая на берегу. В 1931 г. на Черном море в сильную бурю штормовыми волнами в поселке Симеиз в Крыму были разрушены скала Монах и два каменных двухэтажных дома.

Таким образом, уже одной этой механической силы удара воды достаточно, чтобы представить себе, какое разрушительное действие должна оказывать каждая набегающая волна на горные породы берега, подготовленные к тому же выветриванием, разбитые трещинами и т.п.

Не меньшее воздействие оказывают на берег повседневные заплески волн, наблюдаемые у берега даже при слабом волнении. В результате почти непрерывного действия волн в основании склона берега образуется волноприбойная ниша, углубление которой приводит к обвалу пород карниза, потерявших устойчивость.

В дополнение прибрежные скалы могут «бомбардироваться» галькой, песком и другим твердым обломочным материалом, который волна захватывает с собой со дна, В высоких широтах, где у берегов часто наблюдается плавучий лед, последний может также увеличивать разрушительное действие прибоя на береговые скалы.

Сначала продукты разрушенного берегового уступа (карниза, или клифа) в виде пластин пород высотой иногда в десятки метров и толщиной 10-15 м медленно сползают к морю, затем распадаются на отдельные глыбы. Крупные глыбы остаются некоторое время у подножия склона, где набегающие волны полируют их и дробят, а мелкие обломки окатываются и превращаются в гальку. В результате у подножия склона формируется площадка, покрытая галькой - абразионная терраса, а подмытый береговой обрыв - абразионный уступ отодвигается в глубь суши.

Скорость отступания зависит от интенсивности прибоя, относительной стойкости слагающих береговой откос горных пород, их трещиноватости, степени выветренности и многих других факторов. Скорость отодвигания берега может быть значительной (на западном побережье Франции, полуострове Медок, 15-35 м/год, в районе Сочи, на Черном море, - до 4 м/год). Ярким примером уничтожения суши морем является остров Гельголанд в Северном море, площадь которого меньше чем за тысячу лет уменьшилась с 900 до 1,5 км2 (около 0,9 км2/год).

В отступании берегового обрыва большую роль могут играть и гравитационные процессы, которым благоприятствуют структурные условия. Так, при падении пластов горных пород в сторону моря могут иметь место оползни и обвалы, отрывающиеся по плоскостям наслоения - явления, распространенные в западной части Черноморского побережья Кавказа. Береговым обрывам, в которых пласты осадочных пород падают в сторону суши, такие процессы почти не присущи.

Наиболее интенсивно абразия протекает, если направление волн по отношению к берегу близко к перпендикулярному. Если волны подходят к 6epeгy параллельно или под острым углом, то при сильно изрезанной береговой линии происходит аккумуляция песчано-галечного материала на мысах, ограничивающих входы в заливы и бухты. Начинают формироваться косы, постепенно перегораживающие вход в залив. Косы могут достигать от одного до нескольких метров высоты, от нескольких сот и десятков метров до нескольких километров в ширину и многих десятков километров в длину. Косы, отделяющие от Каспия залив Кара-Богаз-Гол, имеют длину 45-47 км. Впоследствии косы превращаются в сплошную пересыпь, отшнуровывающую залив или бухты от открытого моря, приводя к возникновению лагун (рис. 4.4). Примером подобных образований являются лагуны южного побережья Балтики (например, Курский - Куршский залив и коса того же названия, Ара-батская стрелка, отделяющая Сиваш от Азовского моря).

Рис. 4.4. Сложная коса Торонтской бухты (по Д. В. Джовсову [29])

Техногенная деятельность человека приводит к нарушению природных процессов формирования берегов, что часто имеет отчетливо негативные экологические последствия.

Добыча в 70-е годы гальки и песка для строительных нужд привела к частичному разрушению Арабатской стрелки, что повлекло за собой увеличение солености Азовского моря и, как следствие, сокращение ихтиофауны и исчезновение отдельных видов рыб.

Возведение плотины через узкий пролив между косами Кара-Богаз-Гола нарушило баланс между притоком и испарением морской воды, что привело к осушению залива, изменению процесса образования уникальных месторождений самосадочных солей, дефляции высыхающей рапы и разносу галоидных, сульфатных и других соединений на тысячи км2 и, как следствие, к засолонению орошаемых земель.

Экологические последствия колебаний уровня Мирового океана

На изменение площадей суши, морей и океанов, так же как и конфигурации берегов, определенное влияние оказывают и колебания уровня воды. Различают короткопериодные колебания, измеряемые секундами, минутами, часами и сутками, и длительные (вековые) продолжительностью от десятков до сотен тысяч и миллионов лет. Короткопериодные колебания уровня моря обусловлены преимущественно динамикой вод: волновыми движениями, градиентными, дрейфовыми, приливно-отливными течениями.

Одним из негативных экологических явлений, вызванных короткопериодными колебаниями уровня морей, являются нагонные наводнения.

При сильных западных ветрах в Финском заливе образуются дрейфовые нагонные течения, задерживающие сток воды из Невы в море. В результате в Санкт-Петербурге периодически возникают наводнения, наиболее значительным из которых было наводнение в ноябре 1824 г. (описано А.С. Пушкиным). Подьем воды выше ординара (нулевой отметки на водомерной рейке, показывающей средний многолетний уровень воды в водоеме) составил 410 см. В сентябре 1924 г. он достигал 369 см. Для борьбы с этим явлением начато и почти закончено строительство дамбы, перегораживающей Невскую губу и, как оказалось потом, повлекшей значительные экологические последствия.

Длительные (вековые) колебания уровня моря вызваны эвстатическими и тектоническими причинами. Под эвстатическими колебаниями понимают изменения уровня воды, связанные с изменениями общего количества воды в Мировом океане и проявляющиеся одновременно во всех его частях. Причина эвстатических колебаний - возникновение и таяние материковых покровных ледников, отражающееся в смене межледниковых и ледниковых эпох, или крупные изменения размеров и глубин океана. Во время великих оледенений значительный объем океанических вод перекочевывал на сушу в виде материковых ледяных щитов, а в межледниковье - при их таянии - вновь возвращался в океан.

Вертикальные тектонические движения также вызывают длительные колебания уровня моря. Причем тектонические опускания определяют трансгрессию, или наступление, морей, а тектонические поднятия приводят к регрессии, или отступлению, морей, соответственно происходят относительные повышения или понижения уровня воды по отношению к поверхности суши.

Экологические последствия трансгрессий и регрессий, а также эвстатических колебаний на территории бывшего СССР особенно заметны на побережье Черного, Азовского и Каспийского морей. В Сухумской бухте затоплены постройки греческой колонии Диоскурии, у берегов Таманского полуострова в Крыму на дне находят греческие сосуды - амфоры, у северного побережья Азовского моря, а также близ Николаева расположены затопленные скифские курганы. В 2000 г. власти Александрии (Египет) объявили о новой возможности для дайверов - разрешили подводные погружения и экскурсии к древним руинам и памятникам, обнаруженным вблизи берега Средиземного моря. Здесь можно увидеть найденный в середине 90-х г. назад Фаросский маяк - одно из семи чудес света. Позже египетские власти обещают открыть подводный доступ к дворцу Клеопатры и руинам Гераклиона, построенным более 2500 лет назад, которые оказались под водой из-за затопления берегов.

Не менее очевидны следы «погружения» берегов на западном побережье Черного моря. У Созополя близ Бургаса (Болгария) под уровнем современного моря находятся римские постройки (3 тыс. лет до н.э.), а у самого Бургаса - стоянка ранненеолитического человека (3 тыс. лет до н.э.). В определенной степени это затопление связано с послеледниковым (голоценовым) эвстатическим повышением уровня Мирового океана, что доказывается совпадением во времени фанагорийской трансгрессии и западноевропейской (фландрской).

Особенно заметно «опускается» южное побережье Северного моря близ Нидерландов. Для защиты от наступающего моря населению этой страны пришлось строить дамбы, постепенно надстраивая их. К настоящему времени высота этих дамб, постройка которых была начата в X-XI вв., достигает 15 м и более, что позволяет оценить скорость подъема уровня моря в 0,5-0,7 мм/год. Значительная часть современной территории Нидерландов находится ниже уровня моря. Несмотря на сложную систему плотин и дамб, море неоднократно вторгалось в глубь страны и затопляло населенные области. В 1282 г. море прорвало заградительные сооружения и, соединившись с озером Флево, образовало залив Зейдер-Зе. В течение XVI-X1X вв. целый ряд участков, отвоеванных у моря, неоднократно подвергался затоплению. Общеизвестно также о периодическом затоплении так называемого «Беренгийского моста» -участка суши, который соединял Азию с Америкой в районе Берингова пролива. По Беренгийскому мосту шло распространение животных и человека из Азии в Америку. В других районах Мирового океана наблюдается относительное опускание уровня воды. Развалины финикийского города и порта Утика на южном берегу Средиземного моря ныне находятся на расстоянии 12 км от берега. На Новой Земле на значительной высоте над уровнем моря располагаются рыбачьи избушки и причалы рыбаков-поморов. Такая же картина наблюдается в районе шведских и финских портов Ботнического залива.

Относительное поднятие уровня воды в морях приводит к подтоплению прибрежных зон, что обусловлено подпором и поднятием грунтовых вод. Подтопление ведет к разрушению фундаментов, осадке строений, затоплению подвальных помещений. Подтопление увеличивает также капиллярное насыщение почв, что приводит к их переувлажнению, заболачиванию и засолонению. Именно этот процесс, связанный с продолжающейся в настоящее время трансгрессией Каспийского моря, активно развивается на Дагестанском побережье Каспия, доходя до территории Чеченской республики.

Археологи указывают на тесную связь между периодическими колебаниями уровня воды в Каспийском море и вынужденными переселениями древнего человека на Южном Урале (Г.Н, Матюшин, 1996). Б 60-70х г, XX в. при раскопках стоянок каменного века на Южном Урале было замечено, что первобытные рыболовы периодически меняли высоту своих поселений: то они жили на 15-20-метровых террасах, то спускались в поймы и длительное время обитали в тех местах, которые в современный период периодически затопляются водами рек или разливами озер. Особенно часто менялись высоты поселений между X-II тыс. лет до н.э. Так, Х тыс. лет до н.э. люди обитали на низких (ныне большей частью затопленных) террасах. В IX-VIII тыс. до н.э. древние рыболовы переселились на 20-25 м выше от среднего уровня уреза воды в реках и озерах. В конце VIII-VII тыс. лет до н.э. поселения вновь перемещаются на низкие террасы. Третье переселение произошло во второй половине VI и первой половине V тыс. лет до н. э., четвертое - в конце IV - начале III тыс. лет до н. э. и пятое - около 1125-1200 г. до н. э. Археологи предположили, что многолетние засухи заставляли людей менять места стоянок.

Временные периоды, когда древние поселения Южного Урала располагались то на высоких террасах, то на низких поймах, четко коррелируются с периодами изменения уровня воды в Каспийском море. Изучение берегов Каспия показало, что в те годы, когда люди перебирались ближе к воде - в места, которые сейчас затоплены, уровень воды в море падал на десятки метров. В первый экологический кризис (Х тыс. лет до н. э.) уровень Каспийского моря упал до 60 м, потом поднялся на 50 м (VIII тыс. лет до н. э.), затем вновь опустился - на 30 м (VI тыс. лет до н.э.). Примечательно, что и в закрытых водоемах Африки в те же периоды тоже происходили значительные колебания уровня вод. Вполне вероятно, что подъемы уровня воды воспринимались древними людьми как «потопы».

Азербайджанское побережье Каспия протяженностью в 825 км сегодня относится к зоне экологического бедствия. За последние 20 лет было затоплено около 800 км2 территории, где располагались промышленные, транспортные, рекреационные объекты, а также жилые комплексы городов Баку, Хачмаз, Сумгаит, Нефтчала, Ленкорань, сельскохозяйственные земли. Поднятие уровня воды в Каспии еще больше расширило на территории Азербайджана ареалы солончаковых пустынь и полупустынь. В прибрежной полосе Ленкоранской низменности увеличились площади развития лугово-болотистой растительности (А.А. Микаилов, С.Ю. Кулиева, 2000).

В ряде случаев трансгрессии стимулируются деятельностью человека. Начавшееся затопление Венеции в 70-80-х гг. XX в. водами Адриатического моря предположительно связывается с опусканием морского дна вследствие просадок, вызванных откачкой пресных подземных вод в целях питьевого водоснабжения города.

Разрушительны цунами, возникающие в открытом океане в эпицентре землетрясений, откуда они расходятся со скоростью от 20 до 300 м/с (зависит от глубины океана). Высота волн, обрушивающихся на берега, города и поселки, достигает 30 м, скорость 72-1080 км/ч.

Типичным примером экологической роли цунами является знаменитое Лиссабонское землетрясение 1775 г. Эпицентр землетрясения располагался под дном Бискайского залива вблизи Лиссабона. После серии форшоковых толчков, продолжавшихся в течение 8 мин, во время основного толчка на набережной образовался провал, в водяную воронку которого были вовлечены люди и корабли, стоявшие у берега. На месте набережной образовался залив глубиной 200 м. В начале землетрясения море отступило, но затем огромная волна высотой 26 м обрушилась на берег и затопила побережье на ширину до 15 км. Таких волн, следовавших одна за другой, было три. То, что уцелело от землетрясения, было смыто и унесено в море. Только в гавани Лиссабона было уничтожено или повреждено свыше 300 судов.

Волны Лиссабонского землетрясения прошли через весь Атлантический океан: у Кадикса их высота достигла 20 м, на Африканском побережье, вблизи города Танжера (Марокко) - 6 м, на острове Мадейра - до 5 м. Волны ощущались и у берегов Америки на островах Мартиника, Барбадос, Антигуа.

Эффект глобального потепления. Увеличивающееся в настоящее время тепловое загрязнение атмосферы (парниковый эффект) неизбежно вызовет глобальное потепление климата и эвстатический подъем уровня Мирового океана со всеми вытекающими экологическими последствиями. Повышение произойдет в результате увеличения объема морской воды вследствие нагрева и таяния ледников.

По расчетам специалистов, в будущем средние темпы потепления будут выше, чем за любой период последних 10 000 лет. Атмосфера уже содержит на 25 % больше углекислого газа, чем было накоплено в последние 160 000 лет. Однако, в силу значительной природной изменчивости климата темпы потепления могут ускоряться или замедляться в отдельные годы или десятилетия. Вследствие инерционных свойств океанических водных масс, которые нагреваются медленнее, чем суша, температура будет повышаться и после 2100 г., даже если содержание парниковых газов в атмосфере к этому времени стабилизируется. Ожидается подъем среднего уровня Мирового океана к 2100 г. на 500 мм при допустимом разбросе значений от 150 до 950 мм. Рабочая группа IPCC считает, что повышение уровня моря всего лишь на 1 м в конце будущего столетия, которое приводится в одном из прогнозов как максимально возможное, привело бы к перемещению человеческих поселений, разрушению инфраструктуры городов, лежащих в низменностях, затопило бы арабские страны, загрязнило бы воду в системах водоснабжения и у берегов. Прямое воздействие подъема уровня воды в океане - перемещение береговой линии и влажных земель районов прилива и вторжение фронта соленых вод в устья рек, а также засолонение пресноводных прибрежных акваторий. Все эти процессы глубоко затронуг человеческое общество, особенно, густонаселенные прибрежные районы. При повышении уровня моря всего на 1 м море зальет 15 % площади Египта и 14 % урожайной земли Бангладеш [19].

Эффект "Эль-Ниньо" (по-испански - младенец) - разрушительный феномен природы, связанный с теплыми течениями в экваториальной части Тихого океана, которые определенным образом воздействуют на мировой климат, приводя к стихийным бедствиям и природным катастрофам в самых разных уголках Земли.

Эффект "Эль-Ниньо" возникает, когда в силу естественных колебательных процессов перераспределения энергии в океане ослабевает сила пассатов, дующих вдоль экватора с востока на запад. Если обычно эти ветры заставляют теплую воду скапливаться у берегов Индонезии, где ее температура на 7-9 °С выше, чем на противоположном конце у побережья Эквадора, то в годы "Эль-Ниньо" она устремляется через океан в обратную сторону. В тропиках Тихого океана на огромной территории, протяженностью примерно 7000 км длины и 1100-1200 км ширины, возникает аномалия теплой воды.

Изменение направления теплого экваториального течения на противоположное приводит к тому, что тепловая аномалия смещается к берегам Чили и Перу. В годы "Эль-Ниньо" термоклин смещается к востоку. Холодная вода, богатая питательными веществами, не может подняться на поверхность. В перегретой воде гибнет от недостатка кислорода планктон и зарождающаяся молодь рыбы, происходит нарушение пищевых цепей. Теплые области в океане выделяют огромную термальную энергию, происходит испарение воды и образуются совершенно новые облачные и штормовые фронты. Климат на разных континентах меняется местами. Засуха в Новой Гвинее, на востоке Австралии и в Индонезии, лесные пожары на Филиппинах и в Таиланде соседствуют с необычайно большим количеством осадков в Чили - самом засушливом уголке планеты и наводнениями в гористых областях Перу.

Когда вода в тропической зоне нагревается до 28-29 °С, начинаются процессы формирования сильнейших циклонов, которые потом оборачиваются такими стихийными бедствиями, как тайфуны и ураганы. Так самый мощный за последние полвека "Эль-Ниньо" 1982-1983 гг. унес жизни более 2 тыс. человек и причинил ущерб свыше 13 млрд. долл.

"Эль-Ниньо" ощущается и в широтах, расположенных на значительном удалении от экватора. Под воздействием событий, происходящих в Тихом океане, траектории пассатов искривляются, изменяются направления сухих и влажных ветров, а вслед за ними смещаются и привычные зоны осадков.

Предположительно в связи с "Эль-Ниньо" 1997-1998 гг. вновь стал расти уровень Каспия, из-за обильных дождей на 20 % увеличился сток Волги, из-за некоторого изменения траекторий океанских течений происходит смена традиционных мест скопления промысловых рыб.

С начала века ведутся наблюдения за этим феноменом природы. Их анализ показывает, что если прежде классический полный цикл явления (связанный, по мнению ученых, с циклами накопления солнечной энергии в океане) составлял 11 лет, то в последние полвека его периодичность значительно возросла. Эффект "Эль-Ниньо" возникает каждые 4-7 лет. Цикл развития "Эль-Нипьо" занимает примерно два года.

Наблюдением за "Эль-Ниньо" занимается сеть научных институтов в рамках принятой после катастрофы 1982-1983 гг. Всемирной программы изучения климата (ВПИК). Разработана специальная система контроля за тропической частью Тихого океана. Создана сеть буйковых станций, ведущих непрерывные наблюдения за различными параметрами внутри водяной толщи и на ее поверхности: температурой, соленостью, плотностью. Измеряются скорость ветра и атмосферное давление. Кроме того, задействована спутниковая система контроля, которая позволяет следить сверху за изменением пространственной картины происходящего.

4.2.3. Экологические последствия деятельности человека в Мировом океане

Активное использование человеком Мирового океана в качестве транспортной магистрали, источника пищевых и минеральных ресурсов, хранилища твердых и жидких (в том числе химических и радиоактивных) отходов неизбежно порождает экологические проблемы.

Проблема загрязнения прибрежных зон и открытого океана

Примыкающая к суше часть океана в международной практике подразделяется на пространства различной государственной юрисдикции. Выделяют зону территориальных вод протяженностью 12 миль, прилежащую зону (до 24 миль от внутренних вод) и экономическую зону общей шириной 200 миль, или около 370 км (рис.4.5). Экономическая зона является зоной суверенного права приморского государства на разведку, разработку, сохранение и воспроизводство живых и минеральных ресурсов, а также управление этими ресурсами.

Рис. 4.5. Экономические зоны Мирового океана

Общемировая площадь экономической зоны, интенсивно осваиваемая человеком, составляет 36 % площади акватории Мирового океана. Естественно, что именно она испытывает максимальную антропогенную нагрузку. Одним из основных источников загрязнения экономической зоны и открытого океана является экономическое развитие приморских государств, рост населения и промышленно - технического потенциала городов и городских агломераций.

Средиземное море превратилось в огромный резервуар для промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Каждый год в него поступает около 0,5 млн. т нефти. Порция ежедневного сброса фабрики по производству титана в Ливорно (Италия, берег Лигурийского моря) содержит 920 т медного купороса и 2400 т серной кислоты. По существу, в Средиземное море осуществляются выбросы всеми странами этого региона. Учитывая, что вода Средиземного моря обновляется каждые 80 лет, при современных темпах загрязнения Средиземное море рискует превратиться в мертвый водоем через 30-40 лет.

Что касается отечественных гидроресурсов, то сегодня особенно уязвимо Черное море: с глубины 100-150 м в его водах начинается бескислородная сероводородная зона, которая при современной структуре и балансе Н2О пока находится в стабильном состоянии. Однако при увеличении водопотребления до размеров более 50-70 км3/год и нарушении баланса речного и морского притоков (в настоящее время 360 и 200 км3 /год соответственно) в Черном море возможно наступление глубокой конвекции [26]. Примером последствий возможной конвекции служит Мертвое море, в котором в 80-х гг. сероводородные соленые воды вышли на поверхность, и оно стало действительно мертвым. Произошло это очень быстро - за 80-90 мин (один оборот спутника «Landsat» вокруг Земли).

Другим источником загрязнения является речной сток, выносящий в Мировой океан значительный объем загрязняющих веществ.

Река Рейн ежедневно выносит в территориальные воды Нидерландов 35 тыс. м3 твердых отходов. 10 тыс. т химикатов (соли, фосфаты, ядовитые вещества). Английские исследователи Батерборт и др. (1972) обнаружили аномальные уровни содержания кадмия и цинка в моллюсках, обитающих в 140 км ниже по побережью от места впадения р. Авона (Эйвонс), в устье которой расположены плавильни.

Определенную роль в загрязнении территориальных вод играют и рекреационные зоны, к которым относят природные или специально организованные территории, традиционно используемые для отдыха и досуга. Максимальная антропогенная нагрузка в этих зонах приводит к резкому изменению бальнеологической и бактериальной ситуации прибрежных вод и способствует увеличению роста и распространению различных заболеваний.

Особую опасность для Мирового океана представляют катастрофы на плавучих и стационарных буровых установках, ведущих разработку морских нефтегазовых месторождений, а также аварии танкеров, перевозящих нефтепродукты. Нефть является одним из самых опасных загрязнителей океана. Только 1 т нефти способна покрыть тонким слоем площадь в 12 км2. Нефтяная пленка не пропускает солнечные - лучи, препятствует фотосинтезу кислорода в воде.

4.2.4. Загрязнение водной среды нефтью и нефтепродуктами

Повышение интереса к проблеме Мирового океана связано с возможно более широким использованием его ресурсов. Это обусловлено как увеличением численности населения на Земном шаре и потребности человечества в продовольствии и минеральном сырье, так и ограниченностью пищевых и минеральных ресурсов, производимых на суше, а также постепенным истощением береговых источников сырья.

Океан - это не только кладовая ресурсов, но и один из главных элементов в общей системе экологического равновесия на Земном шаре. Океан оказывает сильное влияние на состояние атмосферы, формирование погоды, климат, энергетический и газовый балансы планеты, круговорот веществ в природе.

Основные водные объекты и их параметры диагностирования приведены на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Основные видные объекты и их параметры диагностирования

Увеличивающиеся масштабы промышленной деятельности человека, растущее количество отходов, сбрасываемых в моря и океаны, начинают все более сильно сказываться на естественные процессах в Мировом океане. Раньше вопрос об уязвимости океана как экологической системы не ставился, поскольку способность морской среды к регенерации считалась неограниченной. Полагалось, что последствия деятельности человека, связанной с использованием и освоением океана, малы по сравнению с масштабами естественных процессов, происходящих в нём. Однако стало ясно, что растущее загрязнение Мирового океана наносит серьезный вред живым организмам и водной среде.

Загрязнение морей и океанов приобретает в наши дни значительные масштабы. Сейчас повсеместно в Мировом океане можно встретить бытовые и промышленные отходы.

Среди веществ, загрязняющих Мировой океан и внутренние водные бассейны, наибольшую опасность представляют отходы химического производства и ядерных установок, пестициды, тяжелые металлы, различные пластмассы, нефтяные углеводороды.

К наиболее опасным загрязнениям природных вод относятся нефть и нефтепродукты. Они наносят серьезный ущерб флоре и фауне моря, а также нарушают естественные физико-химические процессы, происходящие в водных бассейнах.

Уже сегодня необходимо решить следующие геоэкологические задачи: Размещено на Allbest.ru

ввести систематическую оценку уровня загрязнений внутренних водоемов, морских и океанических вод;

выполнить прогноз динамики загрязнений вод с учетом сбросов, гидрометеорологических и гидрохимических условий;

разработать рекомендации по оптимальному режиму сбросов в конкретных районах, при соблюдении которых процессы естественной утилизации загрязнений будут превалировать над процессами их поступлений,

дать всестороннюю научно обоснованную оценку тех негативных последствий, к которым приводят нефтяные загрязнения, и в первую очередь пленочные,

разработать эффективные методы диагностирования нефтяных загрязнений, поскольку своевременное обнаружение загрязнений позволяет существенно уменьшить наносимый ими ущерб.

В исследованиях, связанных с нефтяными загрязнениями, большой интерес представляет изучение оптических свойств нефти и нефтепродуктов в широкой области спектра, влияния нефтяных пленок на оптические свойства воды, а также влияния нефтяных загрязнений на световой и тепловой режимы вод и обмен с атмосферой. Поскольку оптические характеристики нефти и нефтепродуктов существенно отличаются от соответствующих характеристик воды (оптический контраст), имеется принципиальная возможность обнаружения пленок нефти с помощью дистанционных методов диагностирования и практической реализации активного метода в приборном исполнении.

Общее ежегодное поступление нефти в моря и океаны, по данным экспертов ООН, достигает 6 млн т. Это количество примерно равно суммарному количеству углеводородов, образующихся в морях и океанах в процессе естественного разложения растительных и животных остатков.

Нефтепродукты попадают в естественные воды непосредственно или в результат выноса речными и ливневыми стоками и грунтовыми водами, а также из атмосферы, главным образом, в составе атмосферных осадков. Первый канал поступления приводит к локальным или региональным загрязнениям водной среды, а второй - к глобальным.

Одним из основных источников нефтяных загрязнении морской среды служит морской транспорт. По существующим данным, вследствие аварий судов (и в первую очередь танкеров) в моря и океаны поступает примерно 5 % всей попадающей туда нефти. Огромное количество нефти является результатом сброса с судов промывочных, балластных и локальных вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн т нефти и нефтепродуктов.

Источником нефтяных загрязнений вод являются береговая промышленность и, в первую очередь, нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очищаются в различных очистных сооружениях, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удастся. Содержание нефтепродуктов, например, в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов может достигать 1...8 г/л. К причинам загрязнения вод нефтепродуктами можно также отнести попадание нефтепродуктов в дренажные воды, смыв ливневыми стоками с территорий городов, различных промышленных предприятий и других сооружений. С ливневыми стоками и речными водами в моря и океаны поступает соответственно 5 и 28 % всех нефтяных загрязнений.

Большое количество нефтепродуктов попадает в водные бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в воздух около 50 млн т различных углеводородов в год. Серьезным источником загрязнения атмосферы являются нефтеперегонные заводы, на которых десятки тысяч тонн углеводородов и других вредных веществ выделяются в воздух из резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и с открытых поверхностей очистных сооружений. Валовые газовыделения с поверхности последних могут достигать 150...200 кг/ч. Хотя попавшие в атмосферу нефтяные углеводороды подвергаются интенсивному атмосферному окислению, в основном под воздействием солнечного излучения, все же большая их доля выпадает в водные бассейны с дождями и в меньшей степени - со снегом. Количество нефтепродуктов, поступающих с атмосферными осадками, составляет примерно 10 % общего количества нефтяных углеводородов, поступающих в моря и океаны.

Результаты многочисленных исследований распределения углеводородов в океанических водах показывают, что в наибольшей степени загрязнены воды прибрежных и шельфовых районов. По мере удаления от шельфа происходит снижение концентрации нефтепродуктов. Распределение углеводородов обусловлено сложной структурой вод и особенностями процесса их распространения в морской среде. В переносе и распространении нефтяных загрязнений огромная роль принадлежит океаническим циркуляциям. Именно они переносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Мирового океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан. В сильной степени загрязнены также многие внутренние моря и водные бассейны.

Все это делает необходимым решение задачи борьбы с нефтяными загрязнениями, причем, в первую очередь, с загрязнениями прибрежных вод, эстуариев, территорий портов и внутренних водных бассейнов.

Огромные масштабы нефтяных загрязнений вод требуют всесторонней количественной оценки тех последствий, к которым они приводят, поскольку имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные и теоретические проработки позволяют проводить такие оценки лишь на качественном уровне.

Нефтяные загрязнения оказывают сильное влияние на физико-химические процессы, происходящие в водном бассейне и на его поверхности. Поверхностное натяжение нефти и нефтепродуктов в 2-4 раза меньше поверхностного натяжения чистой воды. Теплопроводность и теплоемкость воды соответственно 0,599 Вт/(мК) и 4,187 кДж/(кгК), а нефти и нефтепродуктов 0,15 Вт/(мК) и 1,7...2,1 кДж/(кгК), Таким образом, пленки нефтяных загрязнений уменьшают теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя.

Наличие нефтяных загрязнений сказывается на процессе испарения. На спокойной воде тонкий слой нефти уменьшает испарение в 1,5 раза. При скорости ветра до 6...8 м/с испарение уменьшается на 60 %, так как пленки служат как бы барьером для молекул воды и снижают аэродинамическую шероховатость поверхности вследствие подавления высокочастотной составляющей волнения. Экспериментально установлено, что при наличии нефтяной пленки за 1 ч с площади в одну квадратную милю поверхности океана испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки - 97 т.

Замедление процесса испарения приводит к тому, что воздушные массы, движущиеся над океаном, слабее насыщаются водяным паром.

Наблюдения за нефтяными разливами на поверхности воды показали, что наличие пленки приводит к гашению капиллярных и мелких гравитационных волн, существующих на склонах основных ветровых волн. Поверхностные пленки растягиваются на взволнованной поверхности, при этом силы внутреннего трения между молекулами пленки совершают работу и поглощают часть энергии волн. Сглаживание высокочастотных волн на поверхности основных волн сильно уменьшает мощность, передаваемую ветром основным волнам. В результате последние затухают под воздействием внутреннего трения в самой воде. Сглаживание капиллярных и мелких гравитационных волн, поглощающих большую часть ветровой энергии, приводит к росту скорости ветра над океаном.

В естественных условиях через границу раздела атмосферы и океана непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом. Поток кислорода через пограничный слой океана составляет 0,1...2 г/м2 в сутки, углекислого газа - 0,3..1,1 г/м2. Нефтяные загрязнения существенно нарушают обмен кислородом между атмосферой и океаном. Если чистая вода полностью насыщается кислородом примерно за 1 сут., то для полного насыщения кислородом воды, находящейся под пленкой нефтяного загрязнения толщиной 0,2 мкм, нужно около 2 сут., а при толщине пленки 1 мм - около 3,5 сут.

К значительному уменьшению концентрации растворенного кислорода приводит и процесс бактериальной деградации нефти, так как для окисления 1 л нефти бактериям необходим свободный кислород, содержащийся в 400 т воды. Следует также отметить, что одним из основных механизмов аэрации морских вод является обрушение волн. Следовательно, длительное загрязнение акватории нефтью может существенно изменить ее кислородный режим и по этой причине.

В результате уменьшения испарения, изменения теплоемкости и альбедо верхнего слоя океана меняется температура его поверхности. Это в свою очередь приводит к существенному изменению химического состава вод и нарушению газообмена через поверхность океана. Повышение температуры поверхности ведет к снижению растворимости углекислого газа СО2, находящегося в верхнем слое воды, и уменьшению растворимости атмосферного кислорода в воде. В результате часть СО2 переходит из океана в атмосферу, что вызывает замедление процесса фотосинтеза и изменение рН среды, на которое влияет нагрев поверхности. Изменение рН сказывается на жизнедеятельности морских организмов. Увеличение концентрации СО2 в атмосфере может привести к "парниковому эффекту". Вследствие образующейся при наличии загрязнений разности температур между атмосферой и океаном могут возникать циклоны.

Нефтяные загрязнения изменяют температуру водной поверхности: это в свою очередь вызывает изменение плотности вод - главного фактора, определяющего вертикальные перемещения водных масс. Некоторое изменение плотности под происходит за счет поступления в водные массы растворимых компонентов нефти и нефтепродуктов, а также за счет химического взаимодействия нефти с водой.

В мелководных бассейнах загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефтепродуктов. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего выхолаживания вод, когда усиливается вертикальная конвекция.

Таким образом, поверхностные нефтяные загрязнения, изменяя плотность поверхностных вод, способствуют перемещению вод в вертикальном направлении. Следовательно, нефтяные загрязнения являются тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрологических и гидрохимических процессов в морях, океанах и внутренних бассейнах.

Вредное влияние нефтяных загрязнений на живые организмы наиболее очевидно и поэтому хорошо изучено. Можно сформулировать следующие выводы о вредном воздействии нефтяных, загрязнений на биологическую среду моря:

прямое уничтожение морских организмов вследствие их обволакивания, удушения и контактного отравления, а также, от воздействия растворимых в воде токсичных компонентов, наблюдаемое на некотором удалении от места разлива нефти;

уничтожение развивающихся, еще неокрепших, организмов;

уничтожение продуктов питания морской фауны;

ослабление сопротивляемости морских организмов к различным инфекциям вследствие поглощении ими нефти и нефтепродуктов в несмертельных дозах;

уничтожение рыбных запасов моря;

введение канцерогенных веществ в морскую биологическую цепочку и пищевые ресурсы;

снижение жизнеспособности и жизнедеятельности различных морских организмов.

Необходимо также отметить, что нефтяные загрязнения оказывают влияние на живые организмы, обитающие как на поверхности воды и в ее толще, так и на дне. Действию нефтяных загрязнений подвержены бентос - живые организмы, обитающие на дне;

нектон - животные, активно плавающие в воде; планктон - мелкие организмы, парящие в воде, плейстон - плавающие в полупогруженном состоянии растения.

В марте 1978 г. вблизи французского города Бреста потерпел аварию американский супертанкер "Амоко Кадис". В результате катастрофы в море вылилось 230 тыс. т нефти. Нефть образовала пленку на площади 2000 км2. Было загрязнено до 400 км французского побережья.

В январе 1997 г. у берегов Японии потерпел аварию российский танкер "Находка", перевозивший топливо на Камчатку. Нефтяная пленка достигла одного из островов Японского архипелага.

Масштабы нефтяного загрязнения Мирового океана показаны на рис. 4.7. Особенно загрязнению нефтью подвержены относительно мелководные окраинные и внутренние моря, такие как Северное, Японское и др.

До 1984 г. в Мировом океане производилось также захоронение радиоактивных отходов, наиболее активно проводившееся в пределах Баренцева и Карского морей. В настоящее время международными соглашениями эта практика приостановлена, так как употреблявшиеся для этого контейнеры гарантировали надежность лишь в течение нескольких десятилетий. Тем не менее, опасность радиационного загрязнения океана не устранена в связи с авариями, происходящими на атомных подводных лодках, атомных ледоколах и надводных судах, несущих ядерное вооружение, а также ядерными взрывами, производимыми Францией на атолле Моруруа.

Рис. 4.7. Концентрация нефтяных агрегатов на поверхности

Мирового океана (Н.Ф. Реймерс, 1990)

Наиболее опасным из радиоактивных изотопов, поступающих в океан, является стронций-90, участвующий в биологическом цикле. Многие морские организмы концентрируют изотопы.

Раковины моллюсков, как и планктон, активно аккумулируют канцерогены.

Еще одним фактором загрязнения Мирового океана является поступление загрязняющих веществ из воздуха или с атмосферными осадками в виде кислотных дождей.

Очень важной характеристикой океанской гидросферы является динамика вод, способствующая глобальному загрязнению. С этой точки зрения в океанах нет национальных вод.

Как писал Тур Хейердал: " Государства могут делить между собой сушу, но океан, который всегда в движении, без которого невозможна жизнь, вечно будет всеобщим и неделимым богатством всего человечества".

Таким образом, загрязнение Мирового океана - это сумма антропогенных воздействий, изменяющих системы открытого моря и прибрежных вод, в том числе морского дна, причиняющих ущерб растительному и животному миру, а также человеку.

Мировой океан, в отличие от речных систем, не имеет самоочищающего оттока. Его загрязнение создает угрозу глобальному круговороту кислорода, так как количество кислорода, производимое фотосинтезирующими организмами в океане, невосполнимо никакими другими источниками.

Ежегодное продуцирование кислорода зелеными растениями Земли составляет 3109 т. Большая часть -3/4 этого количества - приходится на растения суши, 1/4 - на фотосинтезирующие организмы Мирового океана.

Действующие международные соглашения (программа региональных морей ЮНЕП, конвенции по сбросам загрязняющих веществ с судов и др.), ограничивающие и запрещающие сброс ядовитых и опасных веществ, содержат ряд исключений. Трудности контроля за исполнением запретов создают предпосылки того, что и в дальнейшем морские и океанские экосистемы будут подвергаться загрязнению во все более опасных размерах.

Проблема использования морских биологических ресурсов: соотношение естественной биологической продуктивности и вылова. Большую часть органического мира океана составляют фитопланктонные организмы (прикрепленные к дну водные растения занимают очень небольшую часть), которые в основном и являются первичной продукцией моря. На основе фитопланктона развиваются все другие морские организмы - бактерии, зоопланктон, рыбы, морские млекопитающие и др.

...