Океан покрывает более 70% поверхности планеты и содержит около 97% всей воды на Земле. При таком огромном объеме воды возникает важный вопрос: может ли океан очистить себя сам или человеческая деятельность подавляет его естественную способность к очистке? В этой статье мы рассмотрим, как вода океана естественным образом фильтруется и очищается, а также рассмотрим последствия загрязнения, вызванного деятельностью человека. Быстрые ответы на ключевые вопросы будут даны в начальных разделах, прежде чем мы углубимся в более подробную информацию.
Да, у океана есть некоторая естественная способность к очистке. Вот несколько быстрых ответов о том, как это работает:
– Течения и приливы рассеивают и разбавляют загрязняющие вещества.
– Солнечный свет помогает расщеплять некоторые загрязняющие вещества посредством фотодеградации.
– Многие морские организмы, такие как планктон и бактерии, потребляют и разлагают органику.
– Естественные химические и биологические процессы со временем снижают уровень некоторых тяжелых металлов и других токсинов.
– Отложения на морском дне могут отфильтровывать и закапывать некоторые частицы.
Таким образом, естественные физические, химические и биологические процессы в некоторой степени помогают очищать океанскую воду. Однако существуют пределы, особенно когда уровень загрязнения становится чрезмерным.
Океан полагается на ряд естественных механизмов, помогающих фильтровать и очищать воду. Вот некоторые ключевые процессы:
Разбавление и рассеивание течениями
Движение океанских течений, ветров и приливов физически смешивает и разбавляет загрязняющие воду вещества, такие как химикаты, пластик, избыточные питательные вещества и сточные воды. Это снижает их концентрацию и рассеивание на более обширных территориях. Однако разбавление само по себе не может полностью разрушить или удалить эти загрязнители.
Фотодеградация от солнечного света
Солнечный свет, особенно ультрафиолетовое излучение, может помочь разрушить некоторые загрязнители посредством реакций фотолиза. Примерами являются нефтепродукты, пестициды и другие органические вещества. Однако фотодеградация лучше всего работает на поверхностных водах и в основном в ясные дни.
Потребление морскими организмами
Многие океанские микробы, растения и животные потребляют органические частицы в качестве питания, включая такие загрязнители, как сточные воды, водоросли, вызванные избытком питательных веществ, и размытые материалы суши. Их метаболизм помогает разрушать эту органику. Зоопланктон является особенно важным потребителем.
Химическое и биологическое разрушение
Многочисленные химические реакции и микробные процессы в морской воде со временем разрушают как органические, так и неорганические загрязнители. Примерами являются окисление, биодеградация и денитрификация. Однако некоторые загрязняющие вещества слишком устойчивы или требуют очень длительного времени для полного разложения.
Фильтрация и захоронение осадками
По мере того, как частицы опускаются через толщу воды, некоторые из них прилипают к липким осадкам, которые затем оседают на морском дне, удаляя эти частицы из воды. Примерами являются пластик, токсичные металлы и избыток удобрений. Однако захоронение не является постоянным решением, поскольку осадки позже могут быть повторно взвешены.
Открытый океан можно разделить на зоны в зависимости от глубины, близости к суше и уровня освещенности. Относительная важность различных механизмов естественной очистки различается в зависимости от следующих океанических зон:
Прибрежная зона
– Наиболее подвержена непосредственному воздействию загрязнения с суши, такого как сток и сброс сточных вод.
– Более высокий потенциал разбавления от загрязнения с суши, такого как речной сток и приливный сток.
– Больше солнечного света поддерживает фотодеградацию.
– Потребление многочисленными прибрежными организмами и микробами.
– Больше мелких осадков для фильтрации частиц.
Поверхность открытого океана
– Солнечный свет обеспечивает фотодеградацию загрязняющих веществ.
– Потребление и биодеградация многочисленным планктоном и нейстоном.
– Разбавление и рассеивание ветровым перемешиванием.
Сумеречная зона (глубина 1000 м)
– Более низкий уровень освещенности ограничивает фотодеградацию.
– Все еще много зоопланктона для процессов потребления.
– Более медленное рассеивание и разбавление из-за меньшего движения воды.
Темные глубокие зоны
– Отсутствие солнечного света, зависимость от химических и микробных Разложение.
– Менее обильная жизнь и более медленные микробные процессы.
– Очень медленное разбавление и рассеивание в стоячих глубинах.
– Захоронение в отложениях важно на преимущественно плоских абиссальных равнинах.
Таким образом, естественная очистка варьируется в зависимости от зоны, но обычно уменьшается с глубиной и расстоянием от суши. Однако некоторые загрязняющие вещества все еще могут достигать глубокого моря.
Хотя океан обладает некоторой присущей ему способностью очищаться, естественные процессы имеют пределы:
– Разбавление не является решением проблемы загрязнения, поскольку оно просто распространяет загрязняющие вещества на более широкие расстояния.
– Многие современные химические загрязнители слишком устойчивы к разложению или разлагаются на столь же токсичные побочные продукты.
– Микропластик накапливается, поскольку не подвергается биологическому разложению. Фрагментация просто создает более мелкие частицы.
– Избыток питательных веществ из удобрений может перегрузить естественное биологическое потребление и привести к цветению водорослей и появлению мертвых зон.
– Токсины, такие как тяжелые металлы, могут локально накапливаться в отложениях или попадать в пищевые цепи.
– Глубокие зоны океана обладают меньшей естественной очищающей способностью из-за отсутствия света, жизни и циркуляции.
– Медленное разложение позволяет накоплению загрязняющих веществ превышать естественные скорости очистки.
Таким образом, хотя естественные процессы обеспечивают некоторую способность ассимиляции отходов, они не могут справиться с чрезмерным поступлением от деятельности человека. Необходимы более эффективные методы управления отходами на суше.
Основные типы загрязнения океана имеют различную экологическую судьбу и воздействие на естественные процессы очистки:
Химическое загрязнение
– Включает пестициды, промышленные соединения, металлы, масла и т. д., образующиеся в результате производства, добычи полезных ископаемых, стоков с суши.
– Многие из них устойчивы к разложению и могут быть токсичными.
– Могут биоаккумулироваться в морских пищевых цепях.
– Примерами являются ДДТ и ПХБ.
Пластики
– Распространенный загрязнитель океана из наземных и морских источников.
– Сохраняется неопределенно долго и фрагментируется на микропластик.
– Может переносить прикрепленные токсины.
– Вызывает гибель диких животных и экологический ущерб.
Сточные воды
– Содержат органические вещества, питательные вещества, металлы, микробы, фармацевтические препараты.
– Питательные вещества могут перегружать естественную способность распада и вызывать цветение водорослей.
– Патогены могут заражать морскую жизнь и влиять на здоровье человека.
Сброс отходов в океан
– Включает в себя отвалы при дноуглубительных работах, промышленные отходы, канализационный ил.
– Локальные угрозы загрязнения.
– Могут сильно загрязнять отложения.
Нефтяные разливы
– Наносят ущерб прибрежным местообитаниям и морской жизни.
– Естественное разложение происходит медленно.
– Широко распространяются, вызывая хроническое загрязнение.
Поэтому большинство типов в некотором роде превышают естественную способность океана ассимилировать отходы. Для предотвращения чрезмерного поступления необходимы правильная обработка и утилизация на суше.
Мёртвые зоны океана — это области, где уровень кислорода в воде падает слишком низко, чтобы поддерживать морскую жизнь. Они вызваны чрезмерным цветением водорослей, вызванным в основном стоком сельскохозяйственных удобрений. Мертвые зоны демонстрируют нарушение естественных процессов очистки океана:
– Избыток питательных веществ перегружает естественную способность распада морских микробов и зоопланктона.
– Цветение водорослей выходит из-под контроля, используя растворенный кислород по мере разложения.
– Недостаток кислорода убивает местную морскую жизнь.
– Без кислорода также не может происходить химическое и микробное расщепление.
– Зоны могут вырастать до огромных размеров, как мертвая зона в Мексиканском заливе.
– Сохраняться в течение длительных периодов, и для их исчезновения после сокращения питательных веществ требуются годы.
Мертвые зоны иллюстрируют, что загрязнение питательными веществами, вызванное деятельностью человека, может действительно подавить естественную способность океана фильтровать и перерабатывать органические вещества. Сокращение стока удобрений является ключом к предотвращению образования мертвых зон и восстановлению уровня кислорода и процессов очистки океана с течением времени.
Деятельность человека влияет на процессы очистки отходов в океане различными способами:
– Избыточное поступление питательных веществ из сельского хозяйства и сточных вод вызывает цветение водорослей и образование мертвых зон, превышающих возможности биологического разложения.
– Химическое загрязнение приводит к появлению токсинов, устойчивых к естественному разложению.
– Пластиковые отходы накапливаются бесконечно, не подвергаясь биологическому разложению.
– Чрезмерный вылов рыбы истощает популяции ключевых видов планктона и микроорганизмов, которые выполняют естественную очистку.
– Дноуглубительные работы и траление нарушают донные отложения, которые фильтруют частицы.
– Нефтяные разливы и утечки высвобождают углеводороды, которые сохраняются в течение многих лет или десятилетий.
– Сброс отходов в океан увеличивает нагрузку загрязняющих веществ в прибрежных водах.
– Изменение климата изменяет температуру, характер циркуляции, уровень кислорода и распределение видов, влияя на естественные процессы.
В целом, воздействие человека часто превышает местные возможности естественной очистки, что приводит к накоплению вредных загрязняющих веществ. Для предотвращения попадания отходов в моря необходимы более эффективные методы управления.
Переход к более ресурсоэффективной модели круговой экономики на суше может помочь сократить загрязнение океана и ослабить давление на естественные процессы очистки. Стратегии включают:
– Внедрение регенеративных методов ведения сельского хозяйства для переработки питательных веществ и минимизации стока удобрений.
– Инвестирование в чистые промышленные технологии для предотвращения химических выбросов.
– Улучшение управления сточными водами и сточными водами с помощью третичной очистки и технологии восстановления питательных веществ.
– Сокращение отходов пластиковой упаковки за счет запретов, налогов и управления продукцией.
– Увеличение переработки для отвода отходов из океанов и со свалок.
– Компостирование большего количества органических отходов вместо сброса пищевых продуктов, садовых отходов и канализационного ила в океан.
– Сохранение водных ресурсов для сокращения загрязненных сельскохозяйственных и промышленных стоков.
– Переход рыболовства на более устойчивые методы для защиты популяций планктона и переработчиков микробных отходов.
Эти вмешательства могут помочь сократить поток отходов, попадающих в океаны, и одновременно создать экономические возможности за счет восстановления ресурсов. Цель состоит в том, чтобы сбалансировать человеческое использование в рамках внутренней способности морских экосистем ассимилировать отходы.
Океан действительно обладает некоторой естественной способностью к самоочищению посредством физических, биологических и химических процессов. Однако эта внутренняя способность ограничена и может быть подавлена чрезмерным антропогенным загрязнением морей. Хотя мы не можем ожидать, что океан станет бесконечным поглотителем загрязнений, внедрение более устойчивых методов на суше может помочь облегчить бремя отходов. Если человеческие общества перейдут к более циклической экономике, которая имитирует замкнутый цикл функционирования природных экосистем, мы сможем продолжать извлекать выгоду и пользоваться ресурсами и услугами океана для будущих поколений.
[1] Lebreton, L., Slat, B., Ferrari, F., Sainte-Rose, B., Aitken, J., Marthouse, R., … и Noble, K. (2018). Доказательства того, что Большое тихоокеанское мусорное пятно быстро накапливает пластик. Научные отчеты, 8(1), 1-15.
[2] Шмидт, К., Краут, Т. и Вагнер, С. (2017). Экспорт пластикового мусора реками в море. Науки об окружающей среде и технологии, 51(21), 12246-12253.
[3] Барнс, Д.К., Гальгани, Ф., Томпсон, Р.К. и Барлаз, М. (2009). Накопление и фрагментация пластикового мусора в глобальной среде. Философские труды Королевского общества B: Биологические науки, 364(1526), 1985-1998.
[4] GESAMP (Объединенная группа экспертов по научным аспектам защиты морской среды). (2016). Источники, судьба и воздействие микропластика в морской среде: часть вторая глобальной оценки (редакторы Кершоу, П. Дж. и Рохман, К. М.). (Совместная группа экспертов ИМО/ФАО/ЮНЕСКО-МОК/ЮНИДО/ВМО/МАГАТЭ/ООН/ЮНЕП/ПРООН по научным аспектам защиты морской среды). Отчетное исследование GESAMP № 93, 220 стр.
[5] EPA (Агентство по охране окружающей среды США). (2018). Узнайте о загрязнении океана. Взято с https://www.epa.gov/ocean-dumping/learn-about-ocean-pollution
[6] Андерсон, Д. М., Глиберт, П. М. и Беркхолдер, Дж. М. (2002). Вредное цветение водорослей и эвтрофикация: источники питательных веществ, состав и последствия. Estuaries, 25(4), 704-726.
[7] Rabalais, NN, Turner, RE, & Wiseman Jr, WJ (2002). Гипоксия Мексиканского залива, также известная как «мертвая зона». Annual Review of ecology and Systematics, 33(1), 235-263.
[8] Doney, SC (2010). Растущий человеческий след в прибрежной и открытой океанической биогеохимии. Science, 328(5985), 1512-1516.
[9] UN Environment (2019). Глобальная экологическая перспектива GEO-6: Резюме для политиков. Найроби.
Доступно по адресу: https://www.unenvironment.org/resources/global-environment-outlook-6-summary-policymakers
| Зона океана | Основные процессы естественной очистки |
|---|---|
| Прибрежная зона | Разбавление от приливов и поступлений с суши, фотодеградация, биодеградация, фильтрация осадка |
| Поверхность океана | Фотодеградация, потребление планктоном, рассеивание ветром |
| Сумеречная зона | Потребление зоопланктоном, более медленное разбавление и рассеивание |
| Темный глубокий океан | Микробная биодеградация, захоронение осадка, очень медленное рассеивание |
| Тип загрязнения | Источники | Влияние на окружающую среду |
|---|---|---|
| Химические вещества | Производство, сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность | Токсичные, биоаккумулирующиеся, устойчивые к распаду |
| Пластики | Источники на суше и в море | Сохраняются неопределенно долго, наносят экологический ущерб |
| Сточные воды | Канализационные стоки | Избыточные питательные вещества, патогены |
| Сброс в океан | Дноуглубительные работы, промышленные отходы | Локальное загрязнение, загрязненные отложения |
| Нефтяные разливы | Суда, платформы, трубопроводы | Нанесение ущерба среде обитания и дикой природе, распространение хронического загрязнения |