Эвтрофикация водоемов и вод — что это такое?

Экология

В современном мире люди все чаще обращают внимание на состояние природы. Мало кто не знает, что такое глобальное потепление, чем плох смешанный сбор мусора или почему лучше пользоваться биоразлагаемыми материалами. Тем не менее даже сейчас остаются острые природные проблемы, на которые не делают упор защитники природы. Одна из самых опасных, но мало обсуждаемых проблем — эвтрофикация водоемов.

Что такое эвтрофикация и её признаки

В последние десятилетия часто можно увидеть водоёмы, которые раньше были чистыми и изобиловали рыбой, а сейчас приобрели неприятные особенности:

  • Цвет воды изменился на зелёный («цветение воды»)
  • Появился неприятный запах
  • На поверхности водоёма обильно растут водоросли
  • Вода мутная, со скользким налётом на дне

Все это признаки естественного биологического процесса, который называется эвтрофикация.

Говоря научным языком, эвтрофикация (эвтрофирование)- рост биологической продуктивности водоёма вследствие насыщения биогенными элементами.

Если сформулировать проще, то в процессе жизнедеятельности экосистемы в воду с берега и из атмосферы попадают различные химические элементы. Некоторые из них, в частности, азот и фосфор, способствуют тому, что в воде чрезмерно размножается планктон и водоросли. Активнее всего их размножение происходит в верхних слоях воды, она мутнеет, что приводит к недостатку солнечного света и фотосинтеза у растений в донных частях водоёма. Обитающая там флора и фауна истощаются и отмирают, процесс разложения ухудшает химический состав воды, что, в конце концов, приводит к вымиранию экосистемы водоёма.

При появлении первых признаков цветения воды в водоеме он становится непригодным для купания. Вместе с неприятным запахом такая вода обладает широким спектром вредных «добавок»: от фосфатов в большой концентрации до возбудителей энцефалита и т.д.

Определение качества воды

Определение качества воды

Водоёмы, поражённые активным эвтрофированием, не пригодны для использования их в качестве источника воды. Прежде чем приступать к очистительным мерам, необходимо взять пробы воды на разных глубинах и произвести лабораторную оценку её текущего качества.

В реестр Государственной метрологической службы внесён ряд высокотехнологичных методик анализа вод. Благодаря их применению исследуется содержание в воде различных химических веществ и соединений, биологические составляющие, уровень pH и многое другое.

В совокупности все эти анализы используются для вычисления удельного комбинаторного индекса загрязнённости воды (УКИЗВ). На основании итогового значения УКИЗВ (самый распространённый, но не единственный индекс) водоёму присваивается класс загрязнённости.

Название Значение УКИЗВ Класс Разряд
Условно чистая менее 1 1  
Слабо загрязненная 1-2 2  

Загрязнённая

2-3

3 а

Очень загрязнённая

3-4

б

Грязная

4-6

4 а

Грязная

6-8

б

Очень грязная

8-10

в

Очень грязная

10-11

г

Экстремально грязная

больше 11 5  

Присвоение текущего класса загрязнённости и определение количества загрязняющих веществ и организмов позволяет:

  • Определить безопасность воды для здоровья;
  • Оценить вред, нанесенный экосистеме;
  • Определить степень обратимости процесса эвтрофикации;
  • Разработать программу реабилитации водоёма.

Воздействие эвтрофикации на водоём

Воздействие эвтрофикации на водоём

По своей сути эвтрофикация — процесс естественный, он происходил всегда, почему же в последнее время масштабы негативного воздействия стали намного больше? Дело в том, что природные механизмы позволяют водоёму самостоятельно бороться только с естественным объёмом поступления фосфора и азота. С увеличением концентрации биогенных веществ вследствие человеческой деятельности ни одна система справиться не в состоянии.

Природная эвтрофикация — процесс необходимый для экосистемы рек, морей и даже океанов, она позволяет существовать жизни в воде. Антропогенная, в то же время, слишком быстрая для естественной очистки, она убивает растительность и водных животных, превращая малые водоёмы в болота, а крупные — в безжизненные толщи грязной воды, которую нельзя употреблять животным и человеку.

Стадии эвтрофикации

Как и любой биологический процесс, эвтрофикация происходит не внезапно. В зависимости от объёма водоёма, скорости загрязнения биогенными веществами, степени освещённости и других факторов, переход от первой до третьей стадии может занять от нескольких месяцев до нескольких лет.

Олиготрофная стадия

На этом уровне находятся все водоёмы без внешних признаков эвтрофикации, так как олиготрофный этап — это нормальное состояние экосистемы водоёма.

Для него характерны:

  • Прозрачная чистая вода, пригодная для растений и животных;
  • Освещенность всех слоёв воды, достаточная для фотосинтеза водорослей, в том числе донных;
  • Низкое и среднее содержание биогенных веществ, достаточное для наличия фито- и зоопланктона, которые являются основой пищевой цепи внутри экосистемы;
  • Низкое содержание токсинов от разложения отмирающей флоры и фауны;
  • Населённость водоёма животными, фильтрующими воду и кислород.

Таким образом, можно сделать вывод, что в олиготрофной стадии водоём здоров.

Подача питательных веществ

Если в здоровый водоём в небольших концентрациях периодически попадают питательные (биогенные) вещества, экосистема способна их переработать, а увеличивающуюся популяцию планктона сократят естественным образом представили фауны реки или пруда.

Точкой ухудшения качества воды становится момент, когда фосфор и азот попадают в водоём со скоростью большей, чем скорость поглощения, или в объёме, с которым экосистема не способна справиться.

В этом случае в воде:

  • Скапливается избыток веществ, которыми питается фитопланктон;
  • Стихийный рост популяции водорослей и растений в верхних слоях воды;
  • При отсутствии большого количества хищников, планктон отмирает естественным путём, опадая на дно водоёма;
  • Изменение цвета воды;
  • Запуск процесса «затемнения» нижних слоёв воды;
  • Отмирание растений на дне водоёма.

На этой стадии болезни водоёма наблюдатель невооружённым взглядом уже видит симптомы (признаки эвтрофикации, которые упоминались в начале статьи).

Эвтрофная стадия

Это крайняя стадия эвтрофирования водоёма, для которой характерны:

  • Активное разложение органических остатков на дне водоёма, выделение смертельных для водных обитателей токсинов;
  • Стремительный рост числа бактерий, перерабатывающих органику, потребляющих кислород;
  • Кислородное голодание глубоководной фауны, её отмирание или миграция в здоровые районы водоёма;
  • Изменение видового состава, появление инвазивных видов, иногда окончательно разрушающих баланс экосистемы;
  • Наличие в водоёме бескислородных мертвых зон, в которых отсутствует возможность роста живых организмов.

Первые наблюдения за океаническими мертвыми зонами начались только в 1985 году, когда количество таких бескислородных областей уже исчислялось десятками.

Чаще всего в научной литературе используется вышеприведённая классификация, но в некоторых источниках упоминаются стадии эвтрофикации по Н.Ф. Реймерсу:

  1. Увеличение загрязнения;
  2. Разложение водорослей;
  3. Аэробное разложение и потребление кислорода;
  4. Анаэробное разложение, возникновение бескислородных зон.

Причины эвтрофикации вод

Причины эвтрофикации вод

Так как эвтрофикация может быть естественной или антропогенной, причины процесса тоже можно разделить на два вида.

Природные факторы — это постоянные части жизнедеятельности биосферы, они были всегда, и справляться с ними природа научилась самостоятельно.

К ним относятся:

  • Поступление минеральных веществ из грунта ложа водоёма в результате колебаний уровня воды;
  • Поверхностный сток в водоём воды, содержащей примеси;
  • Загрязнение водоёмов за счёт атмосферных осадков, содержащих более 200 различных веществ, в том числе биогенных. В зависимости от сезона и погодных условий, интенсивность попадания в водоём вещества колеблется;
  • Попадание в воду растительных остатков с затопляемых участков леса и лугов, опадающие остатки растительности прибрежной зоны. При их разложении в воду попадают соединения азота и фосфора;
  • Фотосинтез и азотофикация организмами водоёма.

Влиять на интенсивность действия природных факторов человек не может, но в его силах минимизировать влияние антропогенных причин эвтрофикации водоёмов. Соотношение интенсивности влияния разных видов антропогенных факторов зависит от специфики района, геологии, климата и других критериев.

Сельское хозяйство

Активная сельскохозяйственная деятельность человека оказывает большое влияние на уровень загрязнений водоёмов.

Растениеводческие отрасли активно используют азотные удобрения, проникающие в землю. Часть из них достигает грунтовых вод и попадает в водоёмы, другая часть смывается туда поверхностными стоками.

В зависимости от рельефа местности, возделываемых культур и т.д. влияние на конкретный водоём может быть от минимального до критического. Рассредоточенность сельхоз угодий усложняет механизмы контроля уровня загрязнений и минимизации эвтрофирования.

Животноводство

Животноводческие хозяйства являются источником попадания в воду органических животных остатков, тем же способом поверхностного стока. К этим остаткам относится вся разлагающаяся органика, от остатков кормов до не утилизированных экскрементов, богатых аммиаком.

Городские отходы

Поверхностные и грунтовые стоки из населённых пунктов — один из самых существенных факторов эвтрофикации водоёмов. Отходы городских территорий содержат все самые вредные компоненты: остатки нефтепродуктов, пыль, органические остатки, следы фосфорсодержащих моющих средств, азотсодержащие остатки жизнедеятельности животных и т.д. Средняя концентрация вредных веществ в городских стоках в 7-10 раз превышает содержание примесей в атмосферных осадках.

Производственная деятельность

Стоки из производственных зон — ещё один опасный для ближайших водоёмов источник загрязнений. Несмотря на фильтрацию сточных вод на производстве, полная очистка отходов невозможна, и в грунт и водоёмы с каждого производства попадают остатки химикатов и нефтепродуктов, в частности — азотные и фосфорные соединения.

Загрязнение атмосферы

Испарение в атмосферу воды из водоёмов и парниковые газы, насыщенные химическими соединениями, делают осадки опасными как для водоемов, так и для лесных и сельскохозяйственных угодий. В разные годы процент азотных соединений, попавший в моря из атмосферы достигал 30%.

Лесохозяйственная деятельность

Лесные насаждения, как и сельскохозяйственные угодья, являются источником поступления в водоёмы растительных и животных остатков, поддающихся разложению.

Виды загрязнений

Все загрязнители, способствующие эвтрофикации и ухудшению состояния гидросферы, можно разделить на три больших категории, отличающиеся друг от друга применяемыми методами минимизации.

Химические загрязнения

Полностью антропогенны, вызваны деятельностью промышленных и сельскохозяйственных производств, транспортной системой. Этот вид загрязнителей изменяет химические свойства воды, увеличивая содержание в ней вредных примесей, таких как кислоты, щелочи, нефтепродукты, азот, фосфор и т.д.

Биологическое загрязнения

Природные или антропогенные биологические загрязнения вызываются различными болезнетворными микроорганизмами (вирусы, бактерии, дрожжевые и плесневые грибы).

Физические загрязнения

Так же полностью антропогенны.

К ним относятся:

  • Сброс подогретых вод от электростанций, что изменяет характеристики экосистемы, нарушает температурный и кислородный баланс;
  • Радиоактивные загрязнения;
  • Разлив нефтепродуктов;
  • И т.д.

Что такое мёртвая зона

Бескислородные части водоёма, образованные при достижении третьей стадии эвтрофикации называют мёртвыми зонами. Они могут занимать всю площадь небольшого водоема, или быть частью моря или океана.

Мертвые зоны зафиксированы во многих прибрежных районах мирового океана. Из-за разницы в температуре и плотности поверхностных и глубинных вод кислород с поверхности не может проникнуть в плотную придонную область, где процесс эвтрофикации привёл к размножению анаэробных бактерий и исчезновению других форм жизни.

Самая большая «мертвая зона» находится в Мексиканском заливе, ее площадь в 2022 году составила 7 900 квадратных миль, и она увеличивается с каждым годом. Более 45% государств в мире по площади меньше, чем эта безжизненная, полная мусора и химических отходов толща ядовитой воды.

На формирование мёртвых зон влияют все природные и антропогенные факторы эвтрофикации, размер зависит от постоянно меняющихся условий:

  • Наводнения;
  • Засухи;
  • Ветер;
  • Интенсивность речного стока;
  • Соотношение соленой и пресной воды в морях;
  • И многое другое.

По сути, единственное, что необходимо для формирования безжизненных участков водоема — избыток биогенных веществ, питающих водоросли. Эти водоросли, в свою очередь, используют весь кислород, и вытеснят остальные водные организмы на другие территории.

Экологические последствия эвтрофикации воды

Экологические последствия эвтрофикации воды

Эвтрофикация водоёма приведёт к исчезновению локальной экосистемы, к формированию болот, непригодных для жизни водных организмов.

В глобальном масштабе увеличение количества эвтрофицированных водоёмов приводит к:

  • Уменьшению запасов пригодной для употребления воды;
  • Формированию десятков мертвых зон в пресных и соленых водоемах;
  • Сужению ареалов распространения сотен видов животных и растений.

Как решить проблему эвтрофикации

Эвтрофикация — это обратимый процесс.

В первую очередь необходимо определить и, по возможности, остановить поступление в водоем биогенных веществ. После этого нужно запускать восстановление экосистемы. При высоком уровне загрязнения и повреждения водоёма без человеческого профессионального вмешательства экосистема, возможно, не придёт в изначальное состояние.

Существует несколько методов очистки водоёма:

  • Химическая (применение веществ, уменьшающих содержание биогенных соединений в воде);
  • Физическая (механическое удаление загрязнений и отложений органики на дне водоёма);
  • Ультрафиолетовая (обеспечение поставки в водоём большого количества солнечного света, от которого прекратится размножение ненужных микроорганизмов);
  • Биологическая (внедрение в водоём микроорганизмов, повышающих скорость очищения и восстановления экосистемы).

Решение о применении того или иного метода очистки, а так же об их комбинировании принимается для каждого случая индивидуально.

Но нужно признать, что «лечение» каждого отдельного водоёма — это полумера, необходимо сформировать такую общую систему природопользования, которая оградит водные ресурсы от антропогенной эвтрофикации. Мировое сообщество внедряет меры, позволяющие минимизировать загрязнения и предотвратить повсеместную эвтрофикацию вод:

  • Разработка и применение устойчивых методов в сельском хозяйстве;
  • Совершенствование очистных сооружений для эффективного удаления из сточных вод азота и фосфора;
  • Контроль за уровнем загрязнения воздуха;
  • Минимизация использования химических веществ в повседневной жизни (например, продвижение в массы бесфосфорных моющих средств);
  • Работа с изменением структуры пищевой цепи в поражённых водоёмах (например, искусственное распространение полезных для эвтрофицированных водоёмов ракообразных — дафний).

Только совместные усилия всех стран по улучшению качества воды и воздуха смогут уберечь планету от серьёзных последствий антропогенной эвтрофикации и образования новых мёртвых зон.

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru