Техногенез и деградация поверхностных водных объектов

v Оценка деградации водных объектов и разработка мер по ее предотвращению с позиций антропоцентризма. Данный методологический подход логически вытекает из смысла, вкладываемого в само понятие «деградация». Если это утрата какого-то качества, используемого человеком, то оценка этой утраты и ее предотвращение (восполнение, компенсация) также осуществляется в интересах именно человека. Сошлемся на некоторые нормативные акты, определяющие понятие деградации некоторых компонентов окружающей среды и, соответственно, характер мер по ее предотвращению. Так, согласно определению, данному в ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения» (таблица 1, пункт 77): «Деградация почвы - ухудшение свойств и плодородия почвы в результате воздействия природных или антропогенных факторов». Высокое плодородие - это главная характеристика почвы именно с антропоцентристских позиций. Многие виды растений произрастают только на бедных, кислых или засоленных почвах. В ГОСТ 17.8.1.01-86 (пункт 39) «Охрана природы. Ландшафты. Термины и определения» дается следующее определение: «Деградация ландшафта - необратимые изменения, приводящие к невозможности выполнения ландшафтом социально-экономических функций (ГОСТ 17.8.1.01-86, пункт 39). К сожалению, официального определения понятия «деградация водного объекта» еще не существует, но, по аналогии с рассмотренными выше, оно, несомненно, также носило бы выраженный антроцентристский характер.

Авторы монографии сознают, что, обосновывая необходимость антропоцентристского подхода к оценке и разработке методов борьбы с деградацией, они неминуемо вызывают неприятие данной идеи у многих специалистов. У большинства современных экологов восприятие самого термина «антропоцентризм» носит не только априорно негативный, но во многом эмоциональный характер. Вместе с тем, в методологическом плане, «антропоцентризм» - это ни что иное, как один из способов анализа проблемы. Как и многие другие аналитические методы, он сопровождается искусственным абстрагированием изучаемого предмета, осуществляемого с целью концентрации внимания на определенных аспектах исследуемых проблем. В сущности, негативное восприятие «антропоцентризма» возникло как противопоставление его «экоцентризму» на этапе осознания необходимости при приятии решений уделять серьезное внимание природоохранным вопросам. Напомним, что до этого приоритетное значение имели экономические интересы человеческой деятельности. В сознании большинства специалистов участки природной среды и участки размещения производственных объектов представляли два изолированных мира. При этом негативные изменения среды на участках второго рода воспринимались как нечто само собой разумеющееся. Ухудшение экологической ситуации приобретало значимость лишь тогда, когда оно затрагивало иные интересы того же человека (т.е. не изменяло антропоцентристской позиции). Например, необходимость подвода питьевой воды в промышленные центры из других районов при невозможности дальнейшего пользования водоисточниками, расположенными в пределах его территории. Переход от антропоцентризма к экоцентризму (кстати, вызванный также ничем иным, как соблюдением интересов именно человека - необходимостью сохранения среды для его дальнейшего выживания), как мы уже рассматривали ранее (см. раздел 1.3), провел границу между двумя этапами исторического развития техногенеза - индустриального и постиндустриального.

Несомненно, развитие концепции экоцентризма сыграло огромную роль в развитии взаимоотношений человека и природы. Данный подход весьма актуален при решении многих природоохранных задач и сейчас, особенно на местном или региональном уровнях. На наш взгляд, обе позиции (антропоцентристская и экоцентристская) имеют право на существование и являются лишь методологическими приемами, целесообразность использования которых зависит от сути рассматриваемой проблемы.

Однако безоговорочный приоритет «экоцентризма», при котором экологическая ситуация анализируется и/или оценивается исключительно с точки зрения степени сохранения (сохранности) естественных экосистем, представляет собой другую крайность. Оба эти методологических подхода могут при бездумном использовании привести к негативным последствиям. Вред, нанесенный окружающей среде антропоцентризмом, широко известен. Но и чисто экоцентристский подход в условиях интенсивного техногенеза среды также, как правило, приводит к плачевным результатам. Примером могут служить попытки «оживить» водные объекты, подверженные высокой антропогенной нагрузке, без разработки систем их инженерно-экологического обустройства. Так, некоторые из исследованных нами МГВО через короткое время после осуществления подобных мер превращались в замусоренные водно-болотные массивы, представляющие угрозу для здоровья населения. Весьма трагичны были некоторые опыты реализовать на практике «экоцентристские» призывы повышения биоразнообразия городских лесопарковых зон до уровня естественных лесных экосистем (Экополис…, 2000) путем простого вселения в них «недостающих» видов. Например, неоднократная акклиматизация косули в лесопарковом массиве «Лосиный остров» заканчивалась тем, что привезенные животные уничтожались бродячими собаками. Причиной этого являлось то, что организаторы подобных мероприятий не усматривали принципиального различия между залесенным участком урбосистемы и лесной экосистемой. Заключается же она, прежде всего, в том, что урбосистема, т.е. природно-техническая система (ПТС), создается для компактного проживания людей. Формирование ее биоты происходит совершено иначе, чем в природных экосистемах той же климатической зоны. Во многом данный процесс определяется стихийным, сопутствующим возникновению людских поселений биотическим техногенезом, - массовым развитием видов-синантропов (примером которых и являются бродячие собаки).

Как свидетельствуют материалы, изложенные в главах III и IV, в современных условиях человеческая деятельность должна рассматриваться не только в качестве основной причины деградации, но и как единственный фактор, воздействие которого может воспрепятствовать развитию этого процесса. Сохранение благоприятной среды для своего обитания - это одна из жизненно важных потребностей человека. Если оценивать складывающуюся ситуацию, основываясь на малоприятных для осознания реалиях, а не на ласкающих слух иллюзиях, человечество создает среду для своего собственного, в той или иной степени комфортного, обитания. Для этого человеку нужны участки природной среды. Это - одна из его потребностей. В конечном счете, биоразнообразие биоты и опасность его утраты осознаются только самим человеком. Но в условиях стремительной урбанизации, роста народонаселения и объемов производства участки природной среды могут сохраняться лишь при целенаправленном создании специальных систем инженерно-экологического обустройства, регулирующих их состояние. Без этого их деградация - только вопрос времени. Но спроектировать такие системы, то есть ПТС, стоя на позициях экоцентризма, нельзя, поскольку нарушаются базовые принципы этой концепции:

- экосистемы перестают быть естественными образованиями и целенаправленно превращаются в природно-техногенные объекты;

- механизмы саморегуляции (гомеостаза) экосистем заменяются искусственным регулированием их состояния с использованием специальных инженерно-технических сооружений.

Кратко резюмировать высказанные выше суждения можно в форме следующего заключения: оценка степени деградации водного объекта и разработка эффективных мер противодействия развитию нежелательных явлений должны основываться на анализе его использования человеком и его роли для создания благоприятных условий существования людей. В этом смысле антропоцентризм предполагает не игнорирование всех иных аспектов существования водного объекта, а абстрагирование главного фактора, определяющего содержание и направленность мероприятий по улучшению его состояния.

v Техногенная альтернативность процессов деградации. Данный принцип проистекает из того факта, что в процессе техногенной деградации водные объекты преобразуются в ПТС. Если в структурно-функциональную организацию экосистемы включились какие-то техногенные элементы (факторы и/или компоненты), то она уже по определению представляет собой ПТС, а не просто разрушающуюся природную экосистемуСледует подчеркнуть, что деградирующие экосистемы, превращаясь в природно-техногенные системы, не перестают быть системами. Связи между слагающими их элементами не столько разрушаются, сколько видоизменяются. Некоторые элементы системы исчезают, но одновременно в нее включаются новые элементы. Изменяется характер связей между элементами системы, но возникают и новые связи, объединяющие ее в единое целое, на каждом этапе развития. Иными словами, структурно-функциональная организация системы (сначала экосистемы, потом ПТС) в ходе процессов техногенеза и техногенной деградации изменяется, но не исчезает вплоть до финального этапа деградации (уничтожения системы как таковой)..

Вне зависимости от формы техногенеза (неконтролируемый или целенаправленный), без принятия специальных мер по экологической оптимизации данного процесса водные объекты практически неминуемо деградируют. Однако дальнейшее развитие экологической ситуации может осуществляться лишь в двух альтернативных направлениях: образование неуправляемой ПТС и создание управляемой ПТС.

В первом случае деградация водного объекта неизбежно и закономерно продолжается. Однако интенсивность данного процесса (скорость наблюдаемых изменений) может быть различной. Она определяется:

- силой и характером внешних воздействий (видами и формами техногенеза);

- устойчивостью системы (экосистемы, ПТСВо многих случаях целью мероприятий по борьбе с деградацией водных объектов является предотвращение нежелательных изменений различных объектов, изначально возникших как ПТС (например, водохранилищ ГЭС).) к этим воздействиям;

- мерами по ограничению внешних воздействий (природоохранными мероприятиями).

В некоторых случаях интенсивность деградации может быть настолько замедленна, что создается иллюзия ее прекращения. Однако прекращение деградации возможно только при прекращении вызывающих ее внешних воздействий. Причем, как будет рассмотрено в разделе 5.3, это реально только на самых первых этапах данного процесса. При современном уровне глобального техногенеза подобного развития ситуации ожидать не следует. Более вероятен другой сценарий. На определенном этапе во внешне благополучном водном объекте постепенно накапливающиеся количественные изменения (например, накопление в нем эвтрофикантов) переходят в качественные в форме стремительной трансформации структурно-функциональной организации ПТС. Примером может служить описанное нами в разделе 3.2.2.2 залповое цветение водоемов-охладителей АЭС, затрудняющее их использование (т.е. вызывающее водохозяйственную деградацию), которое происходит после многих лет их безопасной эксплуатации.

Под управляемыми ПТС (см. раздел 1.5) мы понимаем регулируемые системы, способные, благодаря работе специального инженерно-технического объекта (регулятора ПТС), возвращаться в поддерживаемое состояние при внешних воздействиях, превышающих предел их устойчивости. Их создание является альтернативным путем, позволяющим предотвратить деградацию водных объектов в длительной перспективе.

v Конвергенция водных объектов естественного и искусственного происхождения в процессе их деградации. Данный принцип вытекает из предшествующего. Превращение всех деградирующих водных объектов, вне зависимости от их генезиса, в ПТС подразумевает возникновение сходства в структурно-функциональной организации слагающих их элементов. В настоящее время процесс подобной конвергенции получает все большее распространение. Например, некоторые зарегулированные речные бассейны по своим функциям принципиально не отличаются от крупномасштабных систем искусственных водотоков (каналов) или образуют с ними единую ПТС. В дальнейшем подобная интеграция речных систем в водные инженерно-технические сооружения различного рода по мере возрастания деятельности, которое мы обозначили как создание антирек в широком понимании данного термина (см. раздел 3.2.3.1), скорее всего, будет только развиваться.

Формулирование данного принципа важно по той причине, что создает основу как для разработки единой системы оценки степени деградации водных объектов (см. раздел 5.4), так и для разработки унифицированной методологии борьбы с развитием процессов их деградации (см. главу IV).

Учитывая изложенное выше, дадим определение основным понятиям:

· Деградация водного объекта - утрата водным объектом полезных для человека свойств, которыми он обладает, включая его экологическую и социальную значимость для населения;

· Аспект деградации водного объекта - проявление снижения качества водного объекта, который ухудшает возможность его использования человеком с определенной целью. Основными аспектами являются: экологическая, водохозяйственная, рыбохозяйственная, рекреационная, видеоэкологическая и культурно-историческая деградация водного объекта;

· Критерий деградации - количественный или качественный показатель, характеризующий уровень одного из аспектов деградации;

· Интенсивность деградации - скорость негативных изменений, обусловленных различными аспектами процесса деградации за определенный промежуток времени. Интенсивность деградации может быть оценена по одному критерию деградации или их группе (совокупности) (более подробно данный вопрос рассмотрен в разделе 5.4).

5.2 Основные причины деградации водных объектов

5.2.1 Состав антропогенных (техногенных) факторов

Деградация водных объектов может быть обусловлена различными видами антропогенных (техногенных) воздействий. Основными из них являются:

ь загрязнение;

ь эвтрофирование;

ь засорение;

ь нарушение режима стратификации;

ь развитие в водных объектах патогенных организмов;

ь изменения характера водосборного бассейна;

ь истощение водных объектов и изменение водности речных систем.

Некоторые из перечисленных выше воздействий (например, процессы загрязнения и эвтрофирования) интенсивно изучались на протяжении десятков лет. Другие (например, явления, связанные с засорением и истощением водных объектов) исследованы в значительно меньшей степени.

Как показывает практика, основная проблема при анализе причин деградации заключается в том, что подход к их решению должен сочетать в себе комплексность изучения наблюдаемых явлений и процессов с точной идентификацией источников утраты отдельных качеств исследуемых объектов. Игнорирование любой из указанных сторон исследовательского процесса снижает его результативность, а в ряде случаев может привести к неверной трактовке наблюдаемых явлений. Так, при анализе аспектов техногенеза водоемов-охладителей (раздел 3.2.2.2) мы рассматривали явление «биотехнопульверизации», приводящее к чрезвычайно высокой численности гетеротрофных бактерий на участках сброса подогретых вод из системы технического водоснабжения АЭС или ТЭС. Данный микробиологический параметр является одним из основных показателей при оценке санитарного и экологического состояния водных объектов. При формальном подходе зоны сброса подогретых вод могут быть оценены как подверженные весьма сильному хозяйственно-бытовому загрязнению, чего в реальности не происходит. Наблюдающийся феномен высокой численности бактерий обусловлен сочетанием техногенных и биотических факторов. И только их совокупный анализ может привести к адекватной трактовке наблюдающихся явлений. Вместе с тем, идентификация природы воздействий (т.е. установление их источников) является непременным условием разработки мер, направленных не на борьбу с симптомами (внешними проявлениями) ухудшения состояния водных объектов, а с причинами этих явлений. Например, можно бесконечно предпринимать различного рода попытки подавления «цветений» фитопланктона в водохранилищах. Раньше для этого использовался так называемый «метод купоросования», заключавшийся во внесении в воду сернокислой меди (медного купороса) (Гусева, 1952), убивавший синезеленые водоросли (цианобактерии) и вместе с ними многих других представителей водной биоты. Сейчас временного результата в некоторых случаях добиваются «альголизацией» водных объектов (Богданов, 2008), т.е. внесением в них значительных объемов искусственно выращенной культуры зеленых водорослей (одного их штаммов хлореллы), которые должны подавить вспышку развития цианобактерий. Но цветение вызывается эвтрофированием водоемов, где главной причиной является поступление в водный объект избыточных количеств биогенных элементов - соединений фосфора и азота. Без установления их источников, а также специальных мер по деэвтрофированию водных объектов (изъятию уже накопившихся в них биогенов) все остальные усилия будут носить паллиативный характер. Однако поиск этих источников (как и решение других задач в области техногенеза и деградации водных объектов) часто требует отхода от традиционно применяемых методов исследования, многие из которых были разработаны при изучении водоемов и водотоков в период, когда техногенное воздействие на них не было столь значимым и многообразным. Так, существование значимых источников загрязнения водных объектов на практике, как правило, устанавливается и оценивается по наличию в их акватории «пятна» или «шлейфа» с повышенной концентрацией загрязнителя. Но при исследовании тех же водоемов-охладителей поиск источников их загрязнения и эвтрофирования затрудняется тем, что постоянное циркуляционное течение вод стремится выровнять концентрацию любых попадающих в него веществ и вблизи источников содержание в воде агентов загрязнения может не превышать «фонового».

Поэтому при решении вопроса о целесообразности включения в монографию материалов, характеризующих уже достаточно исследованные процессы антропогенных (техногенных) воздействий, мы исходили из:

- необходимости обоснования творческого переосмысления и непредвзятого подхода к оценке уже хорошо в целом изученных видов воздействий при исследовании процессов техногенеза и деградации водных объектов, а также необходимости учета особенностей складывающейся экологической ситуации (часто не имеющей близких аналогов в природной среде) и новых, ранее не распространенных разновидностей этих воздействий;

- возможности ознакомления специалистов с методическими разработками авторов монографии по классификации и оценке некоторых видов воздействий, в т.ч. ранее практически не учитывавшихся.

5.2.2 Загрязнение

В подавляющем большинстве экологических публикаций загрязнение водного объекта понимается в узком (скорее бытовом, чем научном) смысле как присутствие в воде вредных веществ (Федоров, 2004а). Вместе с тем, этот процесс значительно более сложен и многогранен, что, помимо прочего, отражено и в действующем законодательстве. Так, в соответствии со статьей 1. Закона «Об охране окружающей среды» (№7-ФЗ от 10.01.2002 г.), «загрязнение окружающей среды - поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду». Это определение хорошо отражает суть этого явления, наблюдающуюся в реальности. Процесс загрязнения подавляющего большинства современных водных объектов носит многоплановый характер: они зачастую одновременно подвержены химическому, физическому и биологического загрязнению.

Ш Химическое загрязнение заключается в поступлении в водную среду различных веществ (агентов химического загрязнения), вызывающих ухудшение качества водной среды и оказывающих негативное воздействие на водные организмы. Анализ типовых вариантов техногенеза (см. например, раздел 4.2.2) требует обратить внимание на одну характерную черту современного загрязнения российских водных объектов. Если раньше основным источником загрязнения являлись сбросы промышленных предприятий, то сейчас во многих случаях первостепенное значение приобретает загрязнение со стороны мелких хозяйствующих субъектов. Несмотря на относительно небольшое количество загрязнителей, сбрасываемое каждым отдельным субъектом, общий объем загрязнителей, поступающий от них в совокупности, может быть очень велик. При этом, в отличие от промышленных сбросов, данные потоки загрязнителей являются в большинстве случаев неорганизованными и, как правило, реально неконтролируемыми (Горюнова, Безносов, 2004 а,б). Показателен уже ранее упоминавшийся факт, что в начале 90-х годов в водохранилищах Волжско-Камского каскада отмечалось снижение уровня химического загрязнения вод, что связывалось со спадом промышленного производства (Лазарева, 2005). Однако в последующий период зарегистрировано его повышение, что, скорее всего, связано с утерей контроля за очисткой сточных вод в частном секторе, включая сюда и нежелание владельцев реконструировать ранее существовавшие очистные сооружения после приватизации промышленных предприятий (особенно небольших масштабов).

Особым видом химического загрязнения водоемов является вторичное загрязнение, под которым подразумевают процесс образования в водоеме токсичных веществ в результате химических и микробиологических трансформаций сбрасываемых в них менее токсичных веществ (Кондратьева, 2000). В частности, вторичное загрязнение вод - почти неминуемое последствие эвтрофирования водных объектов.

Специфической чертой многих городских водных объектов является зоогенное загрязнение, то есть загрязнение водной среды продуктами жизнедеятельности различных животных. Оно также является разновидностью химического загрязнения водной среды. В г.Москве главными виновниками зоогенного загрязнения водных объектов являются водоплавающие птицы, которые, найдя в урбосистеме подходящие для себя условия, остаются здесь в массовом количестве на зимовку (Авилова и др., 1994). Таким образом, в данном случае зоогенное звгрязнение можно рассматривать как следствие биотического техногенеза. Кроме того, зоогенное загрязнение на ряде исследованных нами МГВО было связано с массовым выгулом собак на прибрежной территории.

Ш Физическое загрязнение происходит в результате изменения физических параметров среды (Реймерс, 1990). При этом подразумевается, что эти изменения оказывают негативное воздействие на качество вод и жизнедеятельность водных организмов. Наиболее изученным видом физического загрязнения является тепловое загрязнение, которое заключается в искусственном изменении температурного режима водных объектов. Этот вид загрязнения, в той или иной степени, свойственен многим техногенным водоемам (прежде всего, водоемам-охладителям АЭС и ТЭС) и практически всем городским водным объектам. Тепловое загрязнение обусловлено сбросом подогретых вод и более высокой температурой воздуха на городской территории в целом. Признаки теплового загрязнения были отмечены на многих из исследованных нами водных объектах.

Как мы уже рассматривали в разделе 3.2.2.2, искусственный подогрев вод может осуществляться в двух формах, принципиально отличных по своим экологическим последствиям. Относительно небольшое повышение температуры в водоемах высоких и умеренных широт может оказывать на гидробионтов позитивное воздействие. Для обозначения этой «мягкой» формы теплового загрязнения предлагался специальный термин - «калефакция» (нагревание) (Мордухай-Болтовской, 1975). Однако, на наш взгляд, это воздействие, дающее кратковременный позитивный эффект на уровне отдельных биологических объектов, может приводить к значимым негативным последствиям для биотических сообществ в длительной перспективе (например, в результате нарушения баланса продукционно-деструкционных процессов, развития процессов термического эвтрофирования и термотехногенной стратификации) (Суздалева, Безносов, 2001б).

Но, конечно, значительно большую экологическую опасность представляют собой случаи подогрева вод до экстремального уровня, превышающего термотолерантность водной биоты. Однако спектр наблюдающихся при этом явлений весьма широк. Поэтому на основании результатов исследований, проведенных нами на различных российских водоемах-охладителях, была разработана классификация подобных воздействий, основанная на изменениях, происходящих в водных фитоценозахДанный компонент экосистемы был выбран как наиболее удобный для диагностирования последствий температурных скачков. Но разработанная классификация может быть адаптирована и для оценки воздействия экстремальных скачков температуры и на другие группы биоты водоемов-охладителей. (Суздалева, Безносов, 2005):

Субэкстремальное температурное воздействие - разовое кратковременное (не более суток) повышение температуры до 30-33оС. Наблюдается временное ухудшение физиологического состояния растений, но каких-либо существенных изменений в структуре фитоценозов не происходит. Субэкстремальные воздействия отличаются от экстремальных тем, что через относительно короткий период времени (до 2 недель) состояние растительности полностью восстанавливается.

Экстремальные модифицирующие температурные воздействия - периодические (не менее 2-3 раз в летний сезон) кратковременные повышения температуры до 30-33оС. В результате подобных воздействий, как правило, уже наблюдаются изменения структуры сообществ. Но это еще не сопровождается полным исчезновением каких-либо видов с данных участков. «Биологический смысл» модифицирующих температурных воздействий заключается в том, что они дают преимущество термотолерантным формам в их конкурентной борьбе с другими формами водной растительности.

Экстремальные регулирующие температурные воздействия - периодическое повышение температуры до 35-40оС длительностью более суток. Отличительная черта этой категории температурных воздействий - практически полное исчезновение некоторых видов растений, которые не переносят столь высокой температуры.

Сублетальные температурные воздействия - разовое или периодическое повышение температуры воды до 40-45оС. Большая часть растений гибнет, но оставшиеся отдельные экземпляры впоследствии образуют отдельные небольшие островки растительности. Данный уровень теплового воздействия превышает пределы термотолерантности практически всех видов высших водных растений, даже наиболее термофильных из них.

Летальное температурное воздействие - повышение температуры до уровня 45оС и выше на срок более 6 часов. Погруженная растительность полностью исчезает и ее восстановление в дальнейшем происходит только за счет приноса зачатков и семян из других частей акватории.

Следует отметить, что тепловое загрязнение может заключаться не только в повышении естественного уровня температуры, но и в его искусственном понижении (Безносов, Суздалева, 2001б). Для обозначения данного явления нами был предложен термин «холодное термальное загрязнение». Как мы уже рассматривали в разделе 3.2.2.2, резкое охлаждение вод в водоемах-охладителях АЭС и ТЭС оказывает на водные организмы еще более негативный эффект, чем их подогрев в том же диапазоне (Мордухай-Болтовской, 1975; Коткин, 2012). Подобные явления могут наблюдаться и при других вариантах техногенеза. Например, для «вентиляции» придонных слоев приплотинных участков используются глубинные водосбросы. Вода, сбрасываемая из гиполимниона, в летний период имеет значительно более низкую температуру (иногда на 10оС и более). В результате температура воды на нижнем бьефе существенно понижается, что оказывает негативное влияние на обитающие здесь организмы, например, снижает уровень продукции фитопланктона (Безносов, Суздалева, 2001б). Интенсивное и обширное «холодное термальное загрязнение» будет наблюдаться и при техногенной дестратификации вод Мирового океана (при «физическом дестратификационном загрязнении», которое мы рассмотрим ниже).

Другой формой физического загрязнения является электромагнитное загрязнение, заключающееся в негативном воздействии на организмы электромагнитных полей. Воздействие данного фактора на водную биоту в настоящее время изучено недостаточно. Вместе с тем, очевидно, что интенсивность данного вида воздействия неуклонно возрастает. Особенно заметно явления электромагнитного загрязнения проявляются в городах. Причем некоторые методы инженерно-экологического обустройства городских водных объектов могут способствовать повышению интенсивности этого фактора. Особый интерес представляют результаты недавно проведенных исследований, показавших, что воздействие электромагнитных полей может изменять чувствительность гидробионтов к токсичным веществам (Гапочка, 2014).

Мало изучено также воздействие на водные организмы еще одного вида физического загрязнения - шумового загрязнения. Этот фактор всегда присутствует на территории населенных пунктов и хорошо изучен в отношении к человеку и наземным организмам, однако его влияние на жизнь водных организмов почти не исследовалось. Вместе с тем, при проведении таких реабилитационных мероприятий как зарыбление городских водоемов, шумовое загрязнение, вероятно, следует учитывать.

Ш Биологическое загрязнение - это проникновение в водоемы и развитие в них чуждых им видов. Подобные события, как правило, с экологической точки зрения имеют, как и другие виды загрязнения, негативные последствия. Массовое развитие видов-вселенцев часто приводит к снижению численности или даже полному уничтожению видов-аборигенов. Например, вселение в водоемы европейской части России бычка ротана-головешки (Perccottus glenhi Dybowski), привело в ряде случаев к исчезновению из них более ценных видов рыб (т.е. рыбохозяйственной деградации). Вселение элодеи канадской (Elodea canadensis Michx.) привело к зарастанию многих водоемов, сопровождающемуся почти полной потерей их рыбохозяйственного и рекреационного потенциала. По этой причине другое официальное названия данного растения - «водяная чума» (Губанов и др., 1995).

Нередко биологическое загрязнение при техногенезе водных объектов проявляется в комплексе с тепловым загрязнением. Искусственный подогрев вод делает возможным существование в них теплолюбивых экзотических видов (Безносов, Суздалева, 2001а). Поскольку вселение новых видов происходит в результате воздействия техногенных факторов, данное явление следует рассматривать как пример биотического техногенеза.

Необходимо отметить, что легче всего вселение новых видов происходит в ослабленные и частично разрушенные биоценозы (Wagner, 1993), к числу которых, несомненно, относится большинство биологических сообществ, существующих в водных объектах, подверженных интенсивному техногенезу и деградации.

В настоящее время существует опасность распространения в водоемах г.Москвы водяного гиацинта (Eichornia crassipes (Maritus) Solms Laubach) и пистии (Pistia stratioides L.). Первый из этих видов уже разводится в качестве объекта биологической очистки вод на Курьяновской станции. Высказывается даже мнение об их искусственном расселении как декоративных растений (Шанцер и др., 2003). Однако следует учитывать, что оба этих вида, в особенности водяной гиацинт, при массовом развитии способны вызвать сильное вторичное загрязнение водоема. Кроме того, пистия и эйхорния относятся к числу организмов, вызывающих очень серьезные биопомехи при эксплуатации гидротехнических сооружений (т.е. являются причиной их значимой водохозяйственной деградации). В частности, вселение данных видов в городские водоемы серьезно затруднит работу систем их инженерно-экологического обустройства (аэраторов, циркуляционных систем и др.).

Вместе с тем, от биологического загрязнения следует отличать реинтродукцию видов, способных улучшить видеоэкологические характеристики водного объекта. Под реинтродукцией понимается целенаправленное вселение видов, ранее обитавших на данной территории, но затем исчезнувших (как правило, в результате воздействия антропогенных факторов). К числу таких видов относятся некоторые водные растения, обладающие красивыми цветами и по этой причине уничтоженные на городской территории. Попытки реинтродукции таких видов, например ириса желтого (Iris pseudacorus L.) (Беловодова, 2000), несомненно, следует рассматривать как одно из мероприятий, способных повысить социальную привлекательность МГВО. Таким образом, эта деятельность может быть классифицирована и как биотический техногенез, и как мероприятие по экологической оптимизации техногенеза МГВО, направленное на предотвращение его видеоэкологической деградации.

Ш В связи с намечающейся тенденцией к освоению ресурсов глубин Мирового океана следует указать на опасность нового вида загрязнения окружающей среды - дестратификационного (Безносов и др., 1998/1999). Водная толща морских водоемов, как правило, стратифицирована, т.е. состоит из ряда отдельных слоев, значительно отличающихся по своим физико-химических и биотическим характеристикам. В глубинных слоях и морских донных отложениях могут аккумулироваться и различные загрязнители техногенного происхождения (прежде всего, тяжелые металлы). При нарушении вертикальной структуры водной толщи (т.е. дестратификации) может наблюдаться ряд негативных явлений, которые с достаточным основанием можно рассматривать как виды загрязнения:

ь химическое дестратификационное загрязнение - загрязнение, вызванное изменением химического состава среды в результате ее дестратификации (например, подъемом к поверхности веществ из взмученных донных отложений, оказывающих вредное воздействие на биологические объекты);

ь физическое дестратификационное загрязнение - изменение физических параметров среды, вызванное нарушением ее естественной стратификации. По-видимому, в этой группе наиболее важным является изменение температуры, которое образования в результате можно рассматривать как дестратификационное термальное загрязнение (при этом следует отметить, что негативное воздействие на организмы может оказывать не только охлаждение поверхностного слоя, но и проникновение в глубокие слои теплых вод с поверхности. Некоторые обитатели этих горизонтов не выносят повышения температуры воды даже в относительно небольших пределах);

ь биологическое дестратификационное загрязнение - проникновение в биоценозы и массовое развитие в них чуждых им видов вследствие нарушения стратификации и образования в результате условий, подходящих для жизни этих видов в ранее непригодных для их обитания участках среды.

Отличие перечисленных видов дестратификационного загрязнения от аналогичных традиционных форм (химического, физического и биологического загрязнения) заключается лишь в том, что загрязнения поступают в водный объект не из внешней по отношению к нему в целом среды, а из одного его слоя в другой. Однако в природе удаленные друг от друга слои моря часто представляют собой не менее разобщенные компоненты окружающей среды, последствия контакта между которыми катастрофичны. Например, можно представить себе, что произойдет при дестратификации Черного моря, когда его зараженные сероводородом глубинные воды поднимутся к поверхности.

В заключение этого раздела следует обратить внимание на то, что практически все рассмотренные выше «новые виды и разновидности» загрязнения водной среды возникли или демонстрируют тенденцию к развитию благодаря современному характеру техногенеза водных объектов. Отсутствие восприятия их опасности со стороны специалистов и экологической общественности могут стать одной из основных причин деградации гидросферы уже в ближайшем будущем.

5.2.3 Эвтрофирование

Под эвтрофированием понимают увеличение интенсивности биопродукционных процессов, обусловленное воздействием различных внешних факторов, и, в конечном счете, ведущее к ухудшению качества водной среды и деградации водной экосистемы (Сиренко, 1981). Внешними признаками эвтрофирования водных объектов является «цветение воды», обусловленное вспышками развития фитопланктона, и их зарастание макрофитами (Сиренко; 1972; Сиренко, Гавриленко, 1978). Повышение естественного трофического статуса водоема может произойти в силу весьма разнородных процессов. В связи с этим можно выделить несколько видов эвтрофирования: химическое, термическое, дестратификационное и климатогенное.

Ш Химическое эвтрофирование водной среды заключается в повышении продуктивности (трофности) водоемов в результате поступления в них дополнительного количества биогенных элементов с окружающей территории. Этот вид эвтрофирования в настоящее время весьма распространен и изучен наиболее полно. Довольно часто в словарях и учебных пособиях при определении понятия «эвтрофирование» рассматривается именно химическое эвтрофирование. Так, в словаре-справочнике Н.Ф. Реймерса (1990, стр. 589) дается следующее определение: «Эвтрофирование - 1) повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов; 2) антропогенное повышение продуктивности водных экосистем из-за обогащения их питательными веществами, поступающими в результате человеческой деятельности; 3) загрязнение вод биогенами».

Следует отметить, что в современных условиях к значительному повышению содержания в водоеме фосфора и азота может привести не только сброс в него сточных вод, но его биотический техногенез, обычно не рассматриваемый как негативный фактор, обусловленный деятельностью человека. Например, источником биогенов сможет являться зоогенное загрязнение водного объекта (см. раздел 5.2.2), возникающее в результате скопления на нем водоплавающих птиц (Marion et al., 1994; Manny et al., 1994; Gere, Andrikivics, 1994). Их массовое развитие на урбанизированных территориях. в плане рассматриваемых проблем, можно классифицировать как сопутствующую форму биотического техногенеза. Например, одна дикая (точнее - синантропная) утка дает около 477 г азота и 204 г фосфора в год. Эвтрофирование вод может быть обусловлено и жизнедеятельностью рыб (Attayde, Hansson, 2001), особенно при их высокой концентрации на отдельных участках водоема в садковых хозяйствах (Кучеренко и др., 1998) (данное явление можно классифицировать как целенаправленный биотический техногенез).

Ш Как уже указывалось в предшествующем разделе, большинство малых городских водоемов и водотоков в той или иной мере подвержены тепловому загрязнению. По этой причине следует учитывать и другой вид эвтрофирования - термическое эвтрофирование (Веригин, 1977; Безносов и др., 2002). Под термином «термическое эвтрофирование» подразумевается процесс увеличения трофности водоема вследствие ускорения круговорота биогенных элементов при повышении температуры водной среды (т.е. тепловом загрязнении, рассматриваем нами как форма физико-химического техногенеза).

Ш Кроме того, существует так называемое «дестратификационное эвтрофирование» (Суздалева и др., 1998), которое заключается в повышении продуктивности поверхностного слоя (фотической зоны) вследствие его обогащения биогенами из глубоких слоев того же водоема (при добыче полезных ископаемых в море и ряда других видов деятельности, связанных с освоением ресурсов глубинных слоев Мирового океана (см. раздел 4.1)). Данный вид эвтрофирования может возникнуть и в тех случаях, когда проект инженерно-экологического обустройства водного объекта включает работы по углублению его ложа. В этом случае биогенные элементы (фосфор, азот), накопленные в донных отложениях, могут попасть в поверхностный слой водоема.

Отличительной чертой термического и дестратификационного эвтрофирования является то, что увеличение биологической продуктивности может происходить даже при полном отсутствии загрязнения данного водного объекта агентами эвтрофирования из внешних источников.

Ш Интенсификация процессов поступления в водоемы биогенов далеко не всегда бывает связана с деятельностью человека. Поэтому наряду с термином «антропогенное эвтрофирование» используется понятие «естественное эвтрофирование» (Сиренко, 1981). В связи с этим представляют интерес некоторые палеоэкологические материалы, которые, например, свидетельствуют о том, что 7-8 тыс. лет назад в период потепления климата наблюдалась естественная эвтрофикация озер Швейцарии (Zulling, 1988). На современном этапе аналогичные явления могут возникнуть вследствие глобального потепления климата (Суздалева, Безносов, 2001б; Безносов, Суздалева, 2004). Для их обозначения можно предложить термин «климатогенное эвтрофирование». Поскольку данное явление обусловлено развитием парникового эффекта, его можно рассматривать как последствие климатического техногенеза водных объектов.

5.2.4 Засорение

В статье 1 Водного кодекса РФ (от 03.06:2006 г. №74-ФЗ) дается следующее определение: «засорение водных объектов - сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование водных объектов». Сравним его с данным здесь же определением термина «загрязнение водных объектов», рассматриваемое как «сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов». Можно прийти к заключению, что «засорение» водных объектов отличается от их «загрязнения» по следующему комплексу признаков. Во-первых, при загрязнении в воду поступают химические вещества, а при засорении - предметы различного размера, вплоть до очень мелких кусочков (взвешенных частиц). Во-вторых, эти предметы-частицы находятся в твердой фазе и достаточно долгое время существуют в водоеме именно в этом виде. Следовательно, эти предметы должны быть нерастворимы или слаборастворимы в воде. В-третьих, в определении термина «загрязнение» указывается, что оно обусловливается поступлением в водоемы «вредных веществ», то есть веществ, характеризующихся определенным токсическим эффектом. Напротив, в определении термина «засорение» этот признак не присутствует. Вместе с тем, здесь указывается, что засорение ухудшает состояние и затрудняет использование водных объектов. Следовательно, «агенты засорения» могут не обладать выраженной токсичностью (быть химически инертными), но вместе с тем их попадание в водной объект создает трудности в его эксплуатации.

В отличие от процессов загрязнения, общепринятые (в т.ч. закрепленные нормативными документами) способы оценки засорения водных объектов отсутствуют. По этой причине в ходе исследования процессов техногенеза и деградации водных объектов нами была разработана собственная методика (Безносов, Суздалева, 2005б). При ее создании возникла необходимость уточнения некоторых понятий и введения новых терминов. Как уже указывалось выше, в соответствии с определением, данным в Водном кодексе РФ, агентами засорения могут являться предметы весьма широкого диапазона (от взвеси до весьма крупных предметов), затрудняющих эксплуатацию водных объектов (максимальный размер в законодательстве не оговорен). Очевидно, что одни и те же показатели для оценки засорения водной среды мелкоразмерной взвесью и такими крупными предметами как автомобильные покрышки или даже корпуса автомашин использовать нельзя. Поэтому для практического исследования проблемы агенты засорения необходимо разделить на ряд категорий, обозначив каждую из них отдельным термином:

ь Взвешенный мусор - мелкие твердые частицы, которые при попадании в воду некоторое время удерживаются в ее толще (не оседают на дно 12-литрового ведра в течение хотя бы двух минут).

ь Пылевидно-пленочный мусор - очень мелкие частицы твердого вещества, удерживающиеся на пленке поверхностного натяжения.

ь Плавающий мусор - небольшие фрагменты твердого вещества размером от нескольких мм2 до 0,25 м2, обладающие положительной плавучестью и длительное время (не менее суток) находящиеся на поверхности водного объекта.

ь Донный мусор - небольшие фрагменты твердого вещества площадью от нескольких мм2 до 0,25 м2, обладающие отрицательной плавучестью и лежащие на дне.

ь Прибрежный мусор - небольшие фрагменты твердого вещества площадью от нескольких мм2 до 0,25 м2, находящиеся на берегу или в периодически затапливаемой зоне водного объекта.

ь Засоряющие предметы (крупноразмерный мусор) - отдельные крупные инородные предметы (площадью более 0,25 м2), плавающие на поверхности воды или лежащие на дне и в прибрежной зоне водного объекта (автомобильные шины и корпуса автомобилей, бревна, строительные плиты, фрагменты мебели и т.п.).

ь Засоряющие объекты - различные бесхозные разрушающиеся гидротехнические сооружения (а также их фрагменты), конструкции неизвестного назначения, сваи и другие остатки техногенных объектов на дне или в прибрежной зоне водоемаЦелесообразность включение в данную категорию объектов, расположенных на берегу водного объекта, продиктована тем, что именно они зачастую не только ухудшают его видеоэкологический потенциал, но и представляют опасность для здоровья и жизни людей, использующих этот водный объект в рекреационных или иных целях. Кроме того, согласно статье 5 Водного кодекса РФ (191-ФЗ от 29 декабря 2004 г.), береговая линия рассматривается как часть границ водного объекта (следовательно, является его частью)..

Для оценки засорения водного объекта нами была разработана следующая система показателей (в скобках указаны номера категорий агентов засорения, для оценки которых применим данный показатель).

Количественные характеристики:

Ш плотность засорения - процент площади поверхности водоема, его дна или прибрежной зоны, покрытый агентом засорения (2-7);

Ш мусоромасса - масса агента засорения, отнесенная к единице площади или объема водного объекта, выражается в г/м2; кг/м2; г/м3 (1-6);

Ш интенсивность накопления мусора (продукция мусора), выражается в г/м2/год или кг/м2/год (4-5);

Ш устойчивость агента засорения (интенсивность разрушения, деструкция мусора), выражается в г/м2/сут., г/м2/год или кг/м2/год (4-7).

Качественные характеристики:

Ш характер локализации агента загрязнения (3-6), то есть особенности его пространственного распределения в водном объекте, образование зон скопления:

- точечные скопления - агент засорения присутствует только в точках его сброса в водный объект;

- равномерное распределение - агент засорения встречается приблизительно в одинаковом количестве во всех частях водного объекта;

- вдольбереговая (прибрежная) аккумуляция - возникает при аккумуляции мусора в прибрежной зоне, в результате воздействия ветра и волн. Такой характер локализации свойственен агентам засорения с положительной плавучестью или небольшим удельным весом.

- глубинно-аккумулятивное распределение - данный тип локализации характерен для агентов засорения с большим удельным весом и наблюдается в водных объектах с крутыми подводными склонами.

Ш мобильность (степень подвижности агента засорения)
(1-7):

- неподвижный (фиксированный)

- перемещающийся

Ш происхождение (генезис) агента засорения (1-7):

- техногенный генезис - агент засорения возникает как результат разрушения гидросооружений и конструкций;

- производственный генезис - агент засорения является продуктом промышленного производства;

- строительный генезис - агент засорения возникает в ходе строительных работ, проводимых на водном объекте или в его прибрежной зоне;

- бытовой генезис - агенты засорения (мусор и засоряющие предметы), выбрасываемые в водный объект населением;

- биогенный генезис - агент засорения возникает как результат жизнедеятельности живых организмов, в том числе их отмершие остатки, попадающие в водный объект (например, топляк).

Ш трансформируемость агента засорения, то есть способность к самопроизвольному разрушению в водной среде (1-7):

- быстроразрушающийся агент засорения - присутствие данного агента не обнаруживается в водном объекте уже через относительно короткий срок (менее 1 года) после попадания его в водный объект. При этом отсутствие агента засорения происходит не как следствие его сноса (дрифта) по течению или захоронения в донных осадках, а как результате его растворения, изменения химического состава (гидролиза) или фазового состояния. Примером быстроразрушающихся агентов засорения могут служить некоторые категории пищевых отходов, иногда сбрасываемых в городские водные объекты в составе бытового мусора;

- медленноразрушающийся агент засорения - полное разрушение происходит в течение срока от 1 года до 5 лет;

- трудноразрушающийся агент засорения - полное разрушение происходит в течение срока, превышающего 5 лет;

- практически не разрушающийся агент засорения - объект может присутствовать в водоеме в течение исторического времени (фрагменты бетонных конструкций, кирпичи, камни, массивные металлические изделия и т.п.).

Ш агрессивность агента засорения (1-7), определяется его воздействием на экотоксикологические свойства водной среды (данный показатель может быть определен экспериментально методом биотестирования):

- экологически агрессивный агент засорения - его попадание может привести к резкому ухудшению экотоксикологической ситуации, сопровождающейся массовой гибелью гидробионтов. К данной категории относятся агенты, которые либо включают в свой состав хорошо растворимые компоненты, обладающие выраженной токсичностью, либо такие агенты засорения, процессы микробиального разложения которых вызывают отравление водной среды;

- выщелачивающийся агент засорения - выход токсичных компонентов происходит медленно: либо вследствие частичного разрушения агента, либо в результате диффузии через его поверхность. Длительное пребывание таких агентов засорения может обусловить медленное накопление в водах и донных отложениях некоторых химически устойчивых загрязнителей, например, тяжелых металлов;

- химически инертный агент засорения - его присутствие в водном объекте не может привести к значимому изменению экотоксикологической ситуации.

Ш биотопический потенциал агента засорения (1-7), то есть характер его влияния на состояние битопов (местообитаний) водных организмов:

- биотопически негативный - поступление таких агентов засорения приводит к тому, что биотопы водного объекта становятся непригодными для жизни организмов. Например, пылевидно-пленочное засорение может уничтожить биотоп нейстона, то есть организмов, обитающих в поверхностной пленке воды. Дампинг грунта уничтожает местообитания бентоса и т.п.;

- малопригодный для заселения - водные организмы избегают селиться на поверхности подобных агентов засорения, однако их присутствие в водном объекте не вызывает существенной перестройки его биотопов;

- биотопически инертный - присутствие таких агентов засорения не вызывает принципиального изменения характера битопов в водном объекте и, соответственно, не приводит к трансформации состава водных биоценозов (например, куски бетона и осколки кирпича на каменистом участке дна);