Эвтрофизация – глобальная проблема природных вод и водохранилищ.

Одной из проблем человечества, возникшей из-за неадекватного и нерационального использования природных ресурсов является повсеместная эвтрофизация природных водоемов, а также водохранилищ, что может привести к необратимой катастрофе.

Эвтрофизация это обогащение водных экосистем биогенными элементами. В течение длительного, измеряемого тысячелетиями, периода времени озерные экосистемы испытывают постепенное превращение, переходя из олиготрофного состояния (характеризующегося малым содержанием биогенных элементов) в эвтрофное (характеризующееся высоким содержанием биогенных элементов) или даже дистрофное (характеризующееся высоким содержанием биогенных элементов, находящихся в трудноусвояемой форме). Однако в XX в. во многих озерах ( среди которых Эри в Америке, Цюрихское озеро в Швейцарии, Лох-Ней в Северной Ирландии), во внутренних морях ( в Балтийском и Черном) во многих речных системах, разбросанных по всему свету, наблюдалась очень быстрая эвтрофизация, что обусловлено хозяйственной деятельностью человека. К числу главных факторов, непосредственно воздействующих на это явление, следует отнести массированное использование азотных удобрений на сельскохозяйственных угодьях и увеличившийся сток фосфатов в сточных водах.

Проблемы, связанные с избыточным поступлением фосфатов в водоемы, отражают не только возросшую численность населения, но и существующую тенденцию его скопления в городах, что приводит к развитию крупных систем сброса сточных вод. Таким образом, происходит не только увеличение абсолютного количества фосфорсодержащих сточных вод, но и возрастание (причем значительно быстрее, чем раньше) их локальной концентрации в местах сброса в реки, озера и моря. Особенно серьезные проблемы возникают при сбросе стоков в озера. Примером может служить ситуация, возникшая в середине пятидесятых годов в оз. Вашингтон (США). Наблюдавшееся здесь бурное «цветение» фитопланктона сопровождалось существенным снижением концентрации растворенного кислорода в глубинных водах озера (так называемом гиполимнионе). Произошло это вследствие сильно возросшего сброса сточных вод, поступавших от быстро развивающегося города Сиэтл. Ситуацию удалось поправить, отведя сточные воды города непосредственно в Тихий океан через залив Пьюджет-Саунд. В то же время удалось улучшить очистку сбрасываемых вод и избежать таким образом сильного загрязнения самого залива. Эвтрофизация озерных систем в настоящее время наблюдается повсеместно по всему миру. Везде, где только возможно, следует избегать сброса стоков в озера и другие более или менее замкнутые водоемы, например в бухты.

Процесс эвтрофизации, быстро развивающийся в результате хозяйственной деятельности человека, правильнее называть «культурной» (или «антропогенной») эвтрофизацией. Возникает он обычно в результате нарушений в круговоротах азота и фосфора. Антропогенные воздействия приводят к тому, что количество вещества, вовлекаемого в активную фазу цикла, начинает превышать то, которое соответствует саморегулирующимся (гомеостатическим) возможностям системы по крайней мере тем, что имеются у них в настоящее время.

Антропогенная эвтрофизация создает серьезные экономические и экологические проблемы. Вода хорошего качества необходима для многих технологических процессов, для питья человеку и домашним животным, для коммерческого и любительского рыболовства, а также для поддержания водных путей в удовлетворительном состоянии.

Нитраты и фосфаты наиболее часто выступают в качестве питательных веществ, ограничивающих увеличение первичной продуктивности водных экосистем. Добавление нитратов и фосфатов способствует, таким образом, увеличению численности быстро растущих и являющихся более сильными конкурентами водорослей, например Oscillatoria rubescens, и уменьшению общего видового разнообразия фитопланктона. Подобные процессы в озерах нередко приводят к непропорциональному возрастанию доли несъедобных водорослей, т.е. водорослей, неподходящих в качестве пищи для консументов. Эта особенность доминирующих водорослей, а также более длительный жизненный цикл консументов (и соответственно большее время реакции их на изменения в среде), приводят к тому, что не вся возросшая первичная продукция потребляется консументами. Отсюда и включение излишка образовавшегося органического вещества непосредственно в процессы разложения (минерализации).

Поскольку для разрушения сложных органических веществ (и превращения их в простые минеральные) требуется кислород, содержание этого газа, растворенного в толще воды, может снизиться ниже уровня, необходимого для успешного роста и размножения таких чувствительных видов, как лосось или форель (Salmo spp.). В некоторых крайних случаях гибель рыб и последующее разложение их трупов приводит в свою очередь к дальнейшему снижению концентрации кислорода и ухудшению всей ситуации (по принципу положительной обратной связи). Непосредственные эффекты такой ситуации могут наблюдаться в географически отдаленных областях. Наличие зон пониженного содержания кислорода в реке бывает достаточно для того, чтобы даже при отсутствии других неблагоприятных воздействий нарушилось размножение таких мигрирующих видов, как лососи или угри.

Проблема снижения концентрации растворенного кислорода при эвтрофизации глубоких озер усугубляется наличием сезонной термической стратификации (т.е. расслоением водной толщи на эпилимнион - хорошо перемешиваемый и прогреваемый поверхностный слой, термоклин, в пределах которого наблюдается резкое падение температуры с глубиной, и гиполимнион - глубинные воды, сохраняющие низкую температуру с весны до осени). В умеренных широтах термическая стратификация, препятствующая проникновению кислорода в гиполимнион, устанавливается обычно в начале лета и держится до осени, а затем нарушается в результате охлаждения воды у поверхности и усиления ветрового перемешивания.

Вода впадающих в озеро рек обычно теплая (так как реки мелкие), поэтому растворенные в речной воде питательные вещества и кислород попадают только в эпилимнион. Животные же, чувствительные к изменениям температуры, обычно обитают только в гиполимнионе. Масса фитопланктона, образовавшаяся в прогреваемом и богатом питательными веществами эпилимнионе, при отмирании попадает в гиполимнион, где в процессе ее разложения потребляются и без того ограниченные здесь запасы кислорода. Продувание воздухом гиполимниона может компенсировать возникший дефицит кислорода и тем самым сохранить обитающих там животных. Однако, если не следить внимательно за складывающейся ситуацией, то в конце лета может произойти внезапная катастрофическая гибель рыб вследствие наступившего дефицита кислорода.

Основные проявления эвтрофизации в экосистемах и связанные с этим проблемы водопользования:

Проявления
1. Уменьшается видовое разнообразие и меняется состав доминирующих в биоте видов
2. Возрастают биомасса растений и животных
3. Уменьшается прозрачность водоема
4. Возрастает скорость седиментации, укорачивается продолжительность жизни озера
5. Могут формироваться бескислородные зоны

Проблемы
1. Очистка питьевой воды усложняется, и поступающая к потребителю вода может иметь неприятный вкус или запах
2. Вода может быть опасна для здоровья
3. Вода утрачивает благоприятные для потребителя качества
4. Увеличившаяся масса растительности уменьшает проточность и препятствует навигации
5. Важные в коммерческом отношении виды (например, лососевые и сиговые рыбы) исчезают

Серьезную экологическую проблему представляет собой эвтрофизация водохранилищ. Так, например, водоросли могут забивать фильтры водозаборных сооружений, что сильно ограничивает пропускную способность станций очистки и порой даже требует их временной остановки для смены фильтров. Мелкие водоросли могут некоторое время существовать в водопроводных системах; в результате разложения этих водорослей потребляемая вода порой приобретает неприятный вкус и запах, что, однако, еще не свидетельствует о ее вредности.

Большая часть усилий по борьбе с эвтрофизацией направляется на сокращение количества сбрасываемых в воду фосфатов. Делается это главным образом потому, что фосфаты попадают в водоемы в легко выявляемых местах («точечных источниках» загрязнения). Что же касается избыточного количества нитратов, то их источник-это по сути дела весь сток с суши, охваченной сельскохозяйственным производством. Таким образом, поступление азота в водные системы рассредоточено по большой площади и контроль за его поступлением может осуществляться не иначе как через радикальные перемены во всей системе ведения сельского хозяйства.

Уровень нитратов в питьевой воде вызывает, однако, серьезную озабоченность. Европейские санитарные нормы устанавливают пороговую концентрацию нитратов в питьевой воде, равную 50 мг л в -1ст., хотя и допускают ее подъем до 100 мг л в -1ст. В низменной части Англии речная вода обычно содержит нитраты в концентраций, большей чем 100 мг л в -1ст., и поэтому для нужд питьевого водоснабжения ее необходимо предварительно смешивать с водой, содержащей малое количество нитратов.

Не нашли подходящую информацию? Не беда! Воспользуйтесь поиском на сайте в верхнем правом углу.