Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
You need to upgrade your Flash Player or to allow javascript to enable Website menu.
Get Flash Player  
Всё об экологии ищите здесь:
Loading
  Сайт функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям  
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама



Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная О НАС / ABOUT US Статьи Как предотвратить гибель рыбы в российских водоемах? / Экологическое расследование

Как предотвратить гибель рыбы в российских водоемах? / Экологическое расследование

БОЛЕЕ 150 СЛУЧАЕВ ЗА ЛЕТО 2016 г.

Только за последний 2016 год в РФ было зафиксировано более 150 случаев гибели рыбы, практически все они произошли в течение июля-августа и были отмечены в нескольких областях и республиках РФ: в том числе в Ярославской области, Татарстане,  на территории Смоленской и Брянской областей. Сообщения об этих фактах местные активисты размещали в социальных сетях, сигнализировали надзорным органам и местной власти. Описание в этот момент водоемов, где погибла рыба, схожи — в реках наблюдалось наличие маслянистых пятен, а вода имела более темный, чем обычно цвет, при этом где-то вдобавок отмечалось наличие бурой пены.

Так летом прошлого года на Днепре, где на всей протяженности течения реки от Смоленска до Орши (вдоль реки это около 150 км) и далее – до Могилева (еще 50 км далее по течению) в июле-августе 2016 года наблюдался массовый замор рыбы. Первое, что приходит в голову: рассмотреть и сравнить это погодные факторы, схожесть которых бросается в глаза практически сразу при начале изучения данных вопросов. В частности, представитель Рыбнадзора по Смоленской области, в комментариях по местному ТВ, сообщил о больших разливах Днепра в условиях аномально жаркой погоды.

Для разбора нашего конкретного примера будет важно отметить,  что одно из первых видео на эту тему датируется 17 июля 2016 года, т.е. примерно за две недели до происшествия в Брянской и Смоленской областях,  причем уже тогда в комментариях говорится об Орше и Могилеве, которые находятся ниже по течению Днепра. При этом комментарии представителя Рыбнадзора комментарии представителя Рыбнадзора относятся уже к 9 августа, т.е. Очевидно, что погода на территории как минимум двух — Смоленской и граничной с ней Брянской — областей стояла одинаковая – аномально жаркая и дождливая. Как видно из записи, об эпизодах гибели рыбы здесь сообщали не только любители природы в своих роликах, размещенных в интернете, но и вполне серьезные ведомства – от Росрыбнадзора до Росгидромета. Большинство этих эпизодов, не стали предметом разбирательства природоохранной прокуратуры – виновного или «крайнего» найти не удалось, причем не из-за удаленности данных эпизодов от больших городов и начальства, а по более прозаической причине – когда при разливе в воду попадают складированные удобрения или нефтепродукты с берегов, то процесс можно сказать имеет почти естественное происхождение имя которому – коллективная бесхозяйственность. Однако поскольку явление коллективное, то вопрос кто виноват, фактически теряет смысл, хотя стрелочника несомненно найти можно. Вопрос только один – в нем ли (стрелочнике) дело? Но если по факту этот вопрос не ставится, то остается один, самый важный вопрос, — Что является причиной замора и как в дальнейшем предотвратить или хотя бы снизить ущерб, наносимый экологии реки?

 

РЫБЕ НУЖЕН КИСЛОРОД

Чтобы ответить на это вопрос, придется точнее определить «фактуру», а для этого надо найти случай за который назначен конкретный ответственный. Для этого обратимся к случаю экологической катастрофы, произошедшей тем же летом 2016 года, но на несколько дней позже событий, отмеченных выше. Катастрофа состояла в гибели рыбы в реке Сев, снабжающей водой старинный русский городок Севск, расположенный в Брянской области.

Чтобы «войти в тему», кратко рассмотрим существенные для понимания факты. Река Сев длиной всего 89 км, однако, это самый значительный левый приток реки Нерусса, левого притока Десны, которая, в свою очередь, представляет самый длинный из притоков Днепра. В жаркие и дождливые дни середины лета прошлого (2016) года, на так называемых «городских пляжах» и песчаных отмелях на крутом изгибе реки, начала гибнуть рыба. Вялое течение наглядно представляло глазам безрадостную картину вплывшей кверху белым брюхом крупной и мелкой рыбешки, «заснувшей» в реке. Впечатление усиливало и то, что замор рыбы наблюдался при входе речной воды в город, с той стороны, где в пойме реки, у села Юрасов Хутор, расположен большой источник питьевой воды, многие десятилетия снабжающий Севск качественной водой. Все вместе это вызвало большой резонанс в городе – местная пресса, блоги и экологические активисты писали об этом несколько недель.

Буквально на следующий день после сообщений о гибели рыбы представители лаборатории ЦЛАТИ совместно со специалистами Росприроднадзора взяли анализы в реке Сев. Данные замеров показали значительно сниженный уровень кислорода — 2.9 (в месте входа реки на городскую территорию) и 3.6 мг/литр (в месте расположения городских пляжей) — тогда как кислородная норма должна быть на уровне почти в два раза выше — 6 мг/л. А норма по кислороду важна потому, что рыбы дышат кислородом, который получают из речной воды, процеживая ее через жабры. При недостатке кислорода – падении уровня ниже 2 мг/л, рыба гибнет – задыхается без кислорода.

Уровень кислорода в воде определяется в «приходной» части растворением из воздуха и выделением его донными водорослями и цианобактериями, перерабатывающими другой растворенный газ – СО2, а в расходной части – затратами на разложение биомассы, расходом на дыхание водорослей, других живых существ – в том числе и рыб. Поэтому ночью, когда фотосинтез останавливается, количество кислорода в реке падает, а рыба перед восходом солнца «гуляет» — подходит к поверхности, где кислорода больше.

Растворимость атмосферного кислорода в воде зависит от температуры, солености и атмосферного давления, и составляет 14 мг/л при температуре воды около нуля градусов. Ход температурной зависимости, показанный на рисунке ниже, неравномерен – например, очень резкое изменение – почти на 20%, имеет место при изменении температуры воды от 15° С до 18° С, когда растворимость падает от 11 до 9 мг/л. При этом далее – при увеличении температуры выше 20° С, зависимость становится более пологой (см. Рис), но по достижении 30° С растворимость уже не превышает 7,5 мг/л.

Фактическое измерение концентрации кислорода в реке Сев в дни экологического бедствия показало, что количество растворенного в воде кислорода находилось в пределах 2,9 — 3,6 мг/л. При этом по данным температурных наблюдений, ночная температура, дающая основной временной тренд, во все дни июля составляла 16° С и только накануне рыбной катастрофы – 31 июля выросла до 18° С, тем самым еще на 20% снизив предел растворимости кислорода. Это означало, что еще на 20% снизились возможности дополнительного насыщения уже и так обедненной по кислороду воды, за счет подмешивания насыщенных воздухом стоков с берегов или действием естественного перемешивания водоема под действием солнечных лучей.

 

 

Надо сказать, что обмен кислородом между водной средой и атмосферой носит динамичный характер и состоит из двух процессов: инвазии — поступления кислорода в воду из воздуха и эвазии — термина, означающего переход кислорода в атмосферу при перенасыщении им поверхностного слоя воды. Отношение инвазии к эвазии меняется в зависимости от времени суток – днем водоросли и цианобактерии используют фотосинтез для выработки кислорода и с поверхности может идти эвазия, тогда как ночью растворенный кислород активно расходуется на дыхание тех же водорослей и других обитателей водоема и кислород поступает в водоем только путем инвазии – например, за счет «работы» течения реки по перемешиванию водоема. Вообще уровень кислорода во многом связаны с характеристиками перемешивания водоема, которые определяются соотношением течения и глубины, о чем мы еще поговорим.

Дожди увеличивают инвазию, так как падение капель «внедряет» в верхний слой воды воздух, «прилипающий» к поверхности самих капель и ведет к перемешиванию верхнего слоя, т.е. насыщению его кислородом. Поверхностный сток – в виде ручьев и стоков производит аналогичный эффект перемешивания, однако они приносят в реку еще и биоматериал – ветви, смытую траву и просто почву, вместе с ее обитателями – бактериями и дождевыми червями.

Очень важны и другие свойства дождей – они могут принести с собой издалека и какие-то выбросы – например, с дождем часто могут выпадать серные аэрозоли, которые «закисляют» воду  — образуется серная кислота. В пользу наличия серных бактерий в воде, говорят наблюдения автора видеролика https://ok.ru/video/11975198073, который отмечает в воде «белесую дымку, похожую на туман» (отметка воспроизведения 01.07 мин.).

Это наблюдение можно объяснить так – в воде наблюдается белый слой серобактерий. Белый цвет они приобретают из-за неполного окисления сероводорода в серу, капли которой и дают белую окраску. Это подробно описал микробиолог Г.А.Заварзин, когда-то написавший статью «Экономика природы» для журнала «Экология и жизнь». В статье он рассказал о циклах превращений, которые проходят элементы в экосистемах, причем если в первой части статьи речь идет о цикле углерода, то во второй он описал тесно связанные циклы серы, железа и кислорода, плотно, как своеобразные «шестеренки», примыкающие к углероду:

Бактерии цикла серы очень разнообразны и получили название сульфуреты. В этом сообществе присутствуют сульфат-редукторы, отвечающие за разложение органического вещества до углекислоты. Они могут образовать сероводород, который может окисляться химически кислородом воздуха, при этом окисление сероводорода ведут три группы бактерий: анаэробные серные фототрофы, бесцветные серобактерии и тионовые бактерии. Однако на свету сероводород может окисляться пурпурными и зелеными анаэробными бактериями.

Пурпурные бактерии вместе с зелеными и придают бурую окраску воде, отмеченную в Днепре. При этом «черная вода» на поверхности говорит о присутствии сульфида железа, а над ним – пурпурно-зеленый слой «любителей» света. Если же дело происходит на глубине, где свет уже не работает так эффективно, но куда еще доходит кислород, то там и появляется белый слой серобактерий, похожий на туманное облачко.

Происходящее в ролике запечатлело события, происходящие на расстоянии около 400 км от реки Сев – в течении Днепра у Смоленска, но «симптомы», которые описывают очевидцы, очень схожие.

Однако почему же погибла рыба? Ведь главный яд – сероводород должны были съесть серобактерии? Видимо съели, но далеко не весь, чем и объясняется характерный «гнилостный запах» воды и гибель рыбы.

Действительно, возвращаясь к результатам замера кислорода в реке Сев, отметим, что уровень кислорода не превышающий 3,6 мг/л – это конечно низкий показатель, но все же не фатальный  – он почти в полтора раза превышает нижний порог уровня кислорода, составляющий 2 мг/л, при котором рыба начинает массово гибнуть.

Остается предположить, что снижение уровня кислорода было лишь побочным эффектом, связанным с активным его расходованием в метаболизме серобактерий, перерабатывающих органику. При этом сдвиг концентрации кислорода связан и с изменением pH-показателя воды при появлении в ней серной кислоты. Появление кислоты сдвигает ионное равновесие воды, от которого очень сильно зависит растворимость в воде кислорода. На рисунке ниже (см. источник)  сплошная линия показывает, что растворимость максимальна не в дистиллировано-чистой воде, для которой показатель pH равен 7, а в воде слегка подщелоченной – до значения pH=8,35.  А также то, что он резко падает при отклонении от этого значения при отклонении как в сторону щелочи, так и в сторону кислоты – т.е. в любую сторону. Серная кислота, имеющая большую «силу» чем показанная на рисунке угольная НСО3, значительно сильнее уменьшает pH воды – и тем самым обедняет ее по кислороду.

 

 

 

Таким образом, становится понятно, почему в жаркие летние дни часто происходит резкое снижение насыщенности воды кислородом – это может быть связанно не только с усиленным окислением органических веществ, но и со сдвигом pH -раствора вследствие выработки кислот в микробиологических циклах. В этом смысле добавление щелочных растворов (например — моющих средств, которые в незначительном количестве присутствуют в стоках промышленных предприятий) может оказывать нейтрализующее действие на показатель pH и тем самым – оказывать даже отчасти благотворное влияние на уровень кислорода. Иными словами, если бы щелочные стоки с какого-то промышленного предприятия в тот момент действительно попали в реку, это повысило бы уровень кислорода в ней и, возможно, сократило количество «заснувшей» рыбы, а не наоборот.

Вполне вероятным виновником гибели рыб при описанной «симптоматике» следует признать сероводород, образующийся в цикле, осуществляемом серобактериями, который даже в микроконцентрациях в растворе ядовит для всего живого – ярким примером этого являются лишенные жизни глубины Черного моря.  Но что же послужило спусковым крючком для раскручивания пружины серного цикла?

Были ли это дожди, «смывшие» из атмосферы аэрозоли серы или этот цикл «запустился» от другого «стартера»  – предстоит выяснять с пристрастием – т.е. на основе инструментальных измерений и в тесном содружестве микробиологов со специалистами других специальностей. Ясно лишь одно – пожалуй вопрос сложнее и глубже, чем это пытались представить в Севске, обвинив во всем прорв отходов сырного производства.

Надо сказать, что без сильного колебания уровня кислорода между ночью и днем вообще не обходится практически ни один день жизни водоема.  Острый дефицит кислорода может наблюдаться и в водоемах с большими площадями зарослей высших водных растений или при разливах рек после дождей, когда эти растения оказываются под водой, а также при «цветении» воды вследствие массового развития водорослей. Как мы уже говорили, в ночные часы резко тормозится фотосинтетическая деятельность, но продолжается интенсивное дыхание растений и водных животных. Зимой, когда кислород расходуется на окисление отмерших и дыхание живых организмов, а инвазия его резко ограничена из-за наличия ледяного покрова водоемов, дефицит кислорода может достичь критического уровня и вызвать массовую гибель рыб и других водных организмов. Такие явления довольно часто наблюдаются в подледный период на Киевском водохранилище, когда из Припяти и верхнего Днепра поступают воды с низким содержанием кислорода. Зарегистрированы неединичные случаи снижения концентрации кислорода в зимний период в этом водохранилище до 0,4—1,3 мг/л, или 3—9% насыщения. Особенно ухудшаются кислородные условия во время продолжительного ледостава – рыбе нужен кислород и поэтому та рыба, которая не впала в спячку, буквально атакует лунки любителей зимней рыбной ловли на льду водоемов. Возможно, если бы гидроэнергетики знали об этом, то пускали ли бы часть ночной энергии своих ГЭС на насыщение воды верхних створов водохранилищ воздухом (например, с помощью промышленных барботеров, напоминающих аквариумные компрессоры, только намного больше размером), то они могли бы вернуть природе часть долгов, не давая умереть большой доле рыбного населения водоемов.

 

«Разбор полета»

Сценарий случившихся в Смоленской и Брянской областях катастрофы мог быть следующим – поступление биологических веществ в реку вызывает активацию цикла серных бактерий и сопутствующее снижение уровня кислорода, но надо понимать, что это процесс далеко не мгновенный.

Прежде всего, биологический материал, как мы уже говорили, массово попадает в реку в результате дождей, а происшествию во многих случаях как раз предшествовали дожди, которые продолжались и в дни «рыбной катастрофы» – тем самым уровень кислорода в реке Сев, например, был заведомо понижен, что и показывал замер 2,9-3.6 мг/л.  Второй фактор — аномально жаркая солнечная погода с дневными температурами выше 30° С, которая запускает ускоренное окисление, как раз могла привести к появлению «утечек» сероводорода из серного цикла – с изменением температуры растворимость кислорода упала, а pH-показатель воды сдвинулся из-за наработки серной кислоты – вот и перестало хватать кислорода, чтобы обеспечить полную переработку сероводорода.

Существуют дни, когда условия для дополнительного сброса биоматериала крайне неблагоприятны – они становятся той «последней каплей», которая переполняет экологическую нишу с сероводородом. Такие дни – прямой аналог, так называемых, НМУ (неблагоприятных метеорологических условий) в атмосфере.

Механизм формования атмосферных НМУ связан с тем, что сочетание погодных факторов – прежде всего расположение инверсных тепловых слоев по высоте, блокирует отвод аэрозолей и вредных веществ от поверхности земли – они накапливаются у поверхности и люди начинают задыхаться. Яркий пример связи НМУ, вызванный деятельностью предприятий дают события в Пекине – как правило, в декабре они особенно неблагоприятны – см. В Пекине объявили наивысший уровень тревоги, после чего – уже в январе 2017 года, пришли сообщения, что в Пекине создадут подразделение по защите окружающей среды.

В явлении атмосферных НМУ важно то, что приземный слой перестает очищаться за счет обмена с другими слоями – в результате вредные факторы накапливаются и усиливают друг друга.

Для реки комплекс погодных факторов приводит к аналогичной ситуации, когда неблагоприятных факторов становится слишком много, чтобы экосистема реки могла справиться с ними самостоятельно. Можно представить себе, что существует достаточно широкий «жизненный зазор» — комплекс условий, обеспечивающих нормальное существование рыбы, но иногда этот зазор превращается в узенькую щель, пережать которую может почти любое случайное воздействие – причем очень вероятно, что это будет дополнительный сброс биоматериала.

 

Что делать?

Что можно предпринять, учитывая условия — водные НМУ, когда речь идет о резком сужении «жизненного зазора» экосистемы?

Однако, для того, чтобы это сделать, надо знать, как подавить или затормозить критически важный для данных условий механизм.  И надо сказать, что «НМУ на воде» вовсе не какая-то экзотика. Вопрос токсичного цветения воды давно стал предметом обсуждения, а это цветение – по сути — расширенный вариант нашей гипотезы о роли сернистых бактерий. К серобактериям относят многие фототрофные бактерии (пурпурные и зелёные серобактерии, некоторые цианобактерии), а также целый ряд нефотосинтезирующих (бесцветных серых) бактерий. В рассматриваемом случае можно предположить, что в роли главного «злодея» выступили серобактерии, а причиной экологического бедствия могла стать массовая гибель цианобактерий, которые, работая  в нормальных условиях, способствуют насыщению воды кислородом..

При «цветении» роль цианобактерий меняется от положительной (источник кислорода) к отрицательной: «Массовое развитие цианобактерий (сине-зеленых водорослей) в водохранилищах, озерах и прудах приводит к явлению, получившему в литературе название вредоносного „цветения“ воды. Вредоносность массового развития цианобактерий заключается в продуцировании большого числа опасных для здоровья людей и животных сильнодействующих токсинов, снижении качества воды, нарушении эстетического вида водоема, потере полезных для человека свойств водной экосистемы. Итог чрезмерное цветения воды – нежелательная трансформация трофических связей и общая деградация водных экосистем. «Взрывообразный рост „низкокачественной“ продукции цианобактерий приводит к тому, что она практически не утилизируется представителями верхнего трофического звена..» — пишет по этому поводу В.И.Колмаков, доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии и ихтиологии Красноярского госуниверситета, в статье посвященной токсическому цветению. «Ежегодно приходит около 150 тысяч сообщений об отравлениях людей при употреблении рыбы и других организмов, содержащих токсины, выработанные бактериями», — пишет Калмыков.

А ведь жаркие дни и летнее цветение воды – далеко не редкость, а практически регулярное, закономерное явление в наших краях. В тоже время, «НМУ на воде» все же гораздо более локальны, чем атмосферные, для которых «размер бедствия» может быть очень велик – как, например, в 2010 году, когда благодаря явлению, которое метеорологи называют блокировкой антициклона, размер перегретой зоны, достигал полторы-две тысячи километров. Это приводило к температурной инверсии, препятствующей естественному перемешиванию. Но если «экологическое бедствие» наступает в сравнительно небольшом водоеме или малой реке, то здесь можно попытаться помочь локальными средствами предотвращая развитие бактериальных колоний, вырабатывающих  токсины и яды в виде сероводорода – в случае серобактерий и близких к ним по циклу серы.

Важно, что в случае с деятельностью бактерий мы сталкиваемся с действием необычайно мощного и практически самого древнего на Земле механизма изменения окружающей среды – бактериального. Мы уже упоминали пример Черного моря, насыщенного сероводородом, но самый главный пример – это, конечно, сама атмосфера Земли, весь кислород в которой является кислородом, произведенным бактериями из органического вещества почвы – керогена, которое является предшественником и при образовании нефти, а в конечном итоге — и каменного угля. Как пишет Г.А. Заварзин, в упомянутой статье, органическое вещество присутствует в древнейших осадочных породах и его достаточно, чтобы покрыть не только расход на создание резервуара кислорода атмосферы, но и на гораздо большие резервуары кислорода сульфатов моря и окислов металлов (например, обыкновенный песок – это окисел SiO2). Оценки говорят о том, что кислород атмосферы составляет 5% от общей продукции фотосинтетического кислорода, наработанного бактериями.

Достаточно неожиданным для нас оказывается тот факт, что бактерии могут болеть и вымирать от болезней, также как и любая другая популяция живых существ, т.е. против них существует столь же древнее, как они сами оружие – вирусы. Статья, посвященная теме гибели цианобактерий от вируса вышла в журнале Current Biology 20 июня 2016 года – прямо в разгар событий, происходивших в Брянской и Смоленсокй областях  (см.  Puxty et al., 2016, Current Biology 26, 1585–1589June 20, 2016 ª 2016 The Author (s). Published by Elsevier Ltd.  http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.04.036).

По мнению авторов работы, в любой момент вирусную инфекцию может подхватить от 1% до 60% популяции фитопланктона, состоящей из сине-зеленых водорослей. Если это случится, ежегодно до 5,4 Гтн (5390 миллионов тонн) углекислого газа останется в атмосфере, избежав переработки в кислород. Тем самым гибель популяции сине-зеленых будет означать климатическую — парниковую катастрофу. При этом, то глобальное потепление, о котором говорят как результате антропогенного воздействия, может обернуться совсем другой стороной – и стать для нас аналогом произошедшей более 3-х миллиардов лет назад кислородной катастрофы. Эта возможность представляет действие самого древнего, а потому — неожиданного и страшного для нас механизма. При этом отклонение возможно и в другую сторону -  в результате потепления возможно, что океаны «зацветут» — т.е. не исключено, что цианобактерии (Synechococcus и Prochlorococcus) сильно размножатся. Однако питаются они почти исключительно углекислым газом (СО2) поэтому они могут «съесть» гораздо больше парниковых газов, чем им положено в равновесии, и тем самым приведут к мощному охлаждению планеты – новому ледниковому периоду. Но при этом риск вирусной эпидемии вновь возрастает до максимума – поэтому такие циклы потепления-похолодания могут продолжаться до бесконечности! Поэтому любое вмешательство человека в существующий баланс природной среды необходимо свести к минимуму.

По мнению С.А. Остроумова (Остроумов С. А. д.б.н., ведущий научный сотрудник биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова), с которым редакция обсудила материалы данной статьи, появление масляной пленки на водоеме как раз могло свидетельствовать о гибели цианобактерий, хотя в целом он порекомендовал целый список литературы по этим вопросам, который заинтересованный читатель найдет в конце статьи.

Однако необходимо выяснить, было это следствием вируса или природных «бактериальных войн», которые разыгрываются между различными видами бактерий в борьбе за ресурсы? Возможно, именно бактерии сернистого цикла «победили» в рассматриваемой нами катастрофе. Поэтому вновь вернемся к сернистому циклу, который, по нашему предположению, стал главной причиной Брянско-Смоленской экологической катастрофы летом прошлого года.

Чтобы бороться с этой напастью, надо точнее знать ее механизм. Очевидно, для этого сначала надо назвать главного виновника или виновников – наиболее активных бактерий «зачинщиков», ответственных за порчу воды в водоемах. Хорошим «кандидатом» на эту роль являются тионовые бактерии – можно привести примеры их бурной деятельности в виде серных источников, которые наиболее часто встречаются в подогретой среде – например, вблизи вулканов или других выходах на поверхность теплых геотермальных вод. Они являются энергичными окислителями сероводорода. Тионовые бактерии, обладают мощным ферментативным аппаратом – известно, что скорость бактериального окисления дисульфида железа в условиях кислой среды в миллионы раз выше скорости «простого» химического окисления!  Железо присутствует в воде водоемов чаще всего в виде растворимых закисных солей карбонатов Fе (НСО3)2 и FeCO3.

В присутствии кислорода эти соли переходят в гидрат окиси железа:  Процесс протекает с выделением энергии – т.е. сам себя «подогревает». Образовавшаяся гидроокись железа выпадает в осадок в виде бурых (охристых) хлопьев. Эта реакция может проходить чисто химическим путем, но участие микроорганизмов намного ускоряет процесс.

Откуда берется железо в водах Брянщины – это отдельный вопрос, но то, что главный санитарный врач по Брянской области в 2013 году выпускал серьезные циркуляры, направленные на борьбу с железистым загрязнением в самом Брянске – это факт документальный (см. распоряжение Л.Н.Трапезниковой, главного санитарного врача Брянской области). Постановление вышло на основании мониторинга за 2011 – 2013 годы, в которых отмечалось превышение содержания железа (норматив 0,3 мг/л) как в подземных источниках (от 0,1 до 0,59 мг/л).

По наблюдениям поверхность области сильно изменяют в наши дни карстовые явления – растворение пород и выход их на поверхность. Черты карстового рельефа ярче всего выражены в бассейнах Десны, Болвы, Навли, Неруссы и в западных районах области. Здесь изобилуют неглубокие овальной или круглой формы карстовые воронки. Они то сухие, то заторфованы, то представляют собой небольшие чистые озерца. В Клинцовском районе встречаются и крупные воронки, а в районе Красной Горы — провалы до 200—300 метров в диаметре. В Новозыбковском и Дубровском районах наряду со старыми, отмечен ряд свежих карстовых провалов (1948—1950 гг.). Это говорит об активной деятельности вод в толще меловых отложений и в наши дни – возможно в этих толщах есть выходы и включения формаций, содержащих окислы железа.

Не исключено, что вырабатывать окислы железа стал и кто-то из производителей, сбрасывающих свои воды в реку Сев, хотя они могли попасть туда и из городских стоков. Возможно также, что при проведении каких-то вполне безобидных на первый взгляд земляных работ совершенно случайно вскрывается пласт, содержащий окислы железа, что и дает мощный эффект, усиленный деятельностью бактерий, только и ожидающих благоприятных для них условий, которые мы обозначаем как «НМУ на воде». Примеры выхода минералов из-под земли – причем весьма ядовитых, в мире хорошо известны. Около 130 млн. человек проживают в районах Индии, где запасы подземных вод заражены, по меньшей мере, одним ядовитым веществом, например, мышьяком или нитратами. При этом более 20 миллионов человек живут в районах, где эти запасы содержат не менее трех опасных компонентов.

Источником железа, как правило, являются залежи железоносного минерала пирита, если при этом поблизости нет какого либо «хвостохранилища» металлургического производства. Известно, что в процессе бактериального окисления пирита протекают химические реакции, в результате которых происходит активное снижение рН среды за счет образования серной кислоты:      FeS2 + 3,5O2 + H2O = FeSO2 + H2SO4,

Если же мы, вооруженные пониманием происходящего, возьмемся за предотвращение экологической катастрофы, то подобрать «рецепт» придется очень избирательно, с учетом конкретной обстановки. Общий набор рецептов можно разделить примерно на три большие группы.

Первая группа методов состоит в локальной обработке  воды и включает в себя такие меры как аэрирование воды и ее подщелачивание. Эти методы взяты на вооружение водоканалами после того, как в ряде городов Западной Европы (Амстердам, Берлин, Дрезден) массовое развитие железистых бактерий (Crenothrix) вывело из строя городские водопроводы.

Вторая группа опирается на установление режимов течения воды на уровне, предотвращающем развитие бактериальных сообществ. Например, Александр Иванов в статье, опубликованной в 2016 году в Дайджесте Ecolife (см. А.В. Иванов, ННГАСУ,  Нижний Новгород, Гидроаккумулирующие электростанции на равнинных реках) пишет:

«Почему вода в дельте Волги не цветет, а после попадания в Каспийское море покрывается цианобактериями? Все дело в гравитационной гидродинамической устойчивости потока, выражаемой числом Ричардсона. Если кинетическая энергия потока велика, то вихревые потоки легко разрушают перепад плотности, возникающий из-за прогрева или солености. Если же течение замедлилось, как это происходит в озерной части водохранилищ и после впадения в речной воды в море, то потенциальная энергия, связанная с действием гравитационных сил, оказывается большей, чем кинетическая энергия потока. В результате легкие теплые и пресные воды растекаются языками над тяжелыми холодными и солеными слоями без перемешивания. Критическим значением является число Ричардсона (Ri), равное 0,25. Обычно считается, что расслоение турбулентных потоков устойчиво, если Ri>1. В летние месяцы большинство озерных частей водохранилищ Волжского каскада характеризуется числом Ri порядка 10, что означает формирование устойчивого расслоения даже при суточном прогреве, что регулярно наблюдается в Горьковском водохранилище».

И наконец, третья группа – это методы экологические, иногда называемые методом трофического каскада, что подразумевает использование свойств трофической пирамиды питания.

В рамках этой группы методов работу по удалению биоматериала из реки можно «поручить» кому-то из обитателей реки, или сформировать состав «населения» водоема таким образом, что бы у бактерий не было «пособников» среди самих рыб! Известно, например, что карповые рыбы постоянно взмучивают донные отложения при добывании пищи, что приводит к резкому увеличению потока биогенных элементов из донных отложений-седиментов в толщу воды. Такое поведение карповых рыб тоже может служить источником неблагоприятной ситуации, так как приближает цветение воды, при котором выделяются токсины, а вода теряет перемешивание, не в силах преодолеть вязкости сомкнувшихся на поверхности сине-зеленых. При этом такие представители карповых рыб, как карась и плотва, могут стимулировать развитие цианобактерии Microcystis при транзитном прохождении воды через их кишечники, при этом в экскрементах рыб азот и фосфор находятся в постоянной пропорции N:P =12:1, считающейся благоприятной для развития микроцистиса – типичного представителя сине-зеленых водорослей. Поэтому рыбное поголовье в реке, и шире – состав экосистемы реки, должны находиться не только под контролем, но и активно регулироваться.

Здесь мы уже подошли к вопросу об активном вмешательстве в экологическое равновесие, которое возможно при создании определенной аквакультуры в водоеме, что представляет собой отдельную, вполне нетривиальную задачу. Далее мы приведем пример ее упрошенной оценки, позволяющей тем не менее провести расчет и сделать выводы относительно минимального нейтрализующего воздействия.

 

 

Обсчет задачи на примере аварии

Вся беда в этой ситуации – в том, что объем прорыва оказался слишком велик и потому природные заградительные фильтры не справились с попаданием активно поглощающих кислород отходов в воду. Оценочно — просочившегося 1% процента биоотходов хватило все-таки, чтобы запустить процесс поглощения кислорода, который не сразу, а достаточно медленно, примерно в течении суток после аварии, привел все же к замору рыбы. Это подтверждает и высокий показатель взвешенных веществ в воде выше по течению, тогда как ниже – тот же показатель уже в 2 раза ниже. Значит все же был «ручеек», который ушел по рельефу и влился в реку выше, хотя и составлял он, этот ручеек, лишь малую долю прорыва.

Почему этого, условно — 1%, хватило, чтобы истощить остаток кислорода в реке?

Это подтверждает прямой расчет по кислороду, который легко провести.

При течении реки 0,1 м/сек и ширине стремнины течения 25 метров, а также средней глубине 0,7 метра получим, что дневной объем воды «прогоняемый рекой»  равен  50х0,7 х0,1 х 86400 = 150 тыс. м³   или 150 тысяч тонн воды. Оценки параметров реки взяты из материалов сплава байдарочников в мае 2014 года. Расчётный запас кислорода в 150 тыс. м³ запас кислорода – до тех пор пока наступит критическое изменение концентрации от 3,6 мг/л до 2 мг/л составляет следующую величину:

или 225 килограмм О2.

 

Один процент от объема прорыва, указанного в справке администрации -  это 220 тонн отходов с БПК  1,8-2 мг/л. Эта цифра означает, что для окисления 220 тонн отходов за 5 дней израсходуется 220*1,8 =396 кг О2. Но процесс идет неравномерно, он экспоненциально затухает по времени, поэтому в первый же день расходуется до 70% кислорода, т.е. затраты по кислороду в первые сутки достигали 270 кгО2. Тем самым – запас кислорода в воде был израсходован, что и привело к замору рыбы.

Каким должно быть управляющее воздействие?

Поскольку «нехватка“ кислорода была совсем невелика – чтобы исправить ситуацию, хватило бы нескольких баллонов с кислородом, подвезенных в нужное время к реке и пропущенных-“пробарботированных» через воду. Это вполне могло бы спасти рыбу. Ситуация в точности напоминает приступ астмы – дайте больному кислородную маску и приступ пройдет! Речь идет именно о кризисной, нештатной ситуации, когда произошел прорыв отходов – в этот момент нужна «экстренная терапия». Где взять баллоны с кислородом? Это не проблема, его можно «реквизировать» у ближайших владельцев газосварочного оборудования или одолжить у медиков. Но лучше конечно иметь свой компрессор – как аналог огнетушителя при пожаре, для поддержания реки в случае аварии.

 

Отметим также, что наш рассчет доказывает, что гибель рыбы наступила именно по кислороду, а не в результате какого-то отравления воды «неизвестно чем». Поэтому как только кислородный баланс восстановился – река пришла в норму. То, что рыба уже погибла – это факт, а вот то, что река «отравлена» — нет! Отравление реки, как мы выяснили раньше – это действие сернистого механизма, не имеющего отношенная к конкретной аварии, а скорее – ко всем авариям сразу. Поэтому стрелочника за отравление назначать практически бесполезно – нужно вести систематическую работу с отходами, а не разовые «показательные порки».

 

Что делать 2 – Уроки катастрофы которые надо извлечь

Самым главным уроком любой экологической катастрофы – является необходимость установления местными экологами «обратной связи» с водоемом, с его текущим состоянием. Для установления этой обратной связи, для того, чтобы рыбные НМУ  не случались в будущем неожиданно и не имели катастрофических последствий, достаточно сравнительно небольших усилий. Прежде всего – установить   как минимум три датчика кислорода – один выше по течению, другой – примерно том, где произошел в прошлом году замор рыбы, третий – ниже по течению, и контролировать корреляцию этих показателей. Это важно, особенно в районах достаточно крупных населенных пунктов, так как состав городских и промышленных стоков может варьировать день ото дня.

 

Вместо выводов

Работать на опережение и выполнять первостепенные для экологических организаций функции — для этого нужны усилия со стороны наблюдающих и контролирующих организаций. К примеру, Росгидромет в сотрудничестве с Рыбнадзором могут озаботиться предсказанием НМУ по воде и следить за здоровьем водоемов, не допуская «захлопывания» их жизненного зазора. А ведь цветение воды в водоемах наступает практически каждый год, это не экзотика, а закономерный природный процесс, который надо иметь в виду также как, грозы, ураганы и наводнения которыми Росгидромет занимается вплотную. Надо сказать, что контроль водоемов стоит в планах Росгидромета на 2017-2018, важно в каком объеме они будут выполнены. Экологи на местах – со своей стороны, должны хорошо понимать причины и природу возникновения подобных случаев, вызванных естественными факторами – того же цветения, и сами следить за тем, чтобы жизненный зазор «подшефного водоема» оставался достаточно широким. В тоже время охрана водных ресурсов может стать важным объектом приложения усилий и для климатической политики крупных компаний.

В российском законодательстве уже существует практика увязки природоохранных нарушений и инвестиций в очистные сооружения. Речь идет о  положительном опыте, накопленном в области борьбы со сжиганием ПНГ (попутного нефтяного газа). По крупным нефтяным компаниям в 2013-2014 гг. появился положительный опыт, когда инвестиции компаний в технологическое перевооружение для переработки отходов засчитывались, вычитались из платы за негативное воздействие. Механизмом реализации Постановления 1148, предусмотрена наиболее эффективная на сегодняшний день система стимулирования за переработку ПНГ. Было предусмотрено повышение коэффициента к плате за негативное воздействие в 12 раз в 2013 году, в 2014 году – в 25 раз, однако компаниям разрешили уменьшать плату за негативное воздействие на ту сумму, которую они гарантированно вложили за это время в проекты по утилизации ПНГ. Этот опыт мог бы быть распространен и на водные объекты для предприятий и населенных пунктов, имеющих стоки, напрямую связанные с водными объектами  – особенно в свете повышенного внимания к загрязнению водоемов на Госсовете по экологии, который состоялся в Кремле в декабре 2016 года.

Ecolife

Март 2017

В заключение, как и было обещано — список литературы от С.А.Остроумова

Литература

 

2016 Научные основы создания систем мониторинга качества природных поверхностных вод.
Баренбойм Г. М., Веницианов Е. В., Авандеева О. П., Борисов В. М., Запевалов М. А., Зволинский В. П., Кирпичникова Н. В., Курбатова И. Е., Островский Г. М., Остроумов С. А., Савека А. Ю., Салтанкин В. П., Семенова И. В., Степановская И. А., Чиганова М. А., Шумакова Е. М.
место издания Научный мир Москва, 462 с.

2016 Роль биоты в экологических механизмах самоочищения воды. Role of biota in ecological mechanisms of water self-purification.
Остроумов С. А., Криксунов Е. А.
место издания МАКС Пресс Москва, ISBN 978-5-317-05368-0, 124 с.

https://www.researchgate.net/publication/311862357;

https://www.researchgate.net/publication/313248439;

 

2008 Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов
Остроумов С. А.
место издания Москва МАКС-Пресс, ISBN 978-5-317-02625-7, 200 с. https://www.researchgate.net/publication/266200066;



2007 Гидробиологическое самоочищение вод: от изучения биологических механизмов к поиску экотехнологий (Серия «Академические чтения», вып. 48) — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ.
Остроумов С. А.
место издания ФГУП Изд-во „Нефть и газ“ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Москва, 56 с.

2006 Biological Effects of Surfactants.
Ostroumov S. A.
место издания CRC Press. Taylor & Francis Boca Raton, London, New York, ISBN 0849325269, 279 с.

https://www.researchgate.net/publication/259335534;

https://www.researchgate.net/publication/259384988;

https://www.researchgate.net/publication/200637626;

2005 Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем.
Остроумов С. А.
место издания МАКС Пресс М, ISBN 5-317-01213-9, 100 с.
https://www.researchgate.net/publication/266660714;

 

качество водыгибель рыбы 

16.05.2017, 764 просмотра.


Нравится

SKOLKOVO
19.11.2016 00:16:00

Создан образец модульной системы хранения электроэнергии / "Watts" from Skolkovo

Компания Watts Battery (ООО «Уаттс Бэтэри», резидент кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково») создала первый, готовый к продажам промышленный образец модульной системы для накопления электрической энергии WATTS. Он будет представлен на международном форуме для стартапов и инвесторов SLUSH, который пройдет в Хельсинки с 30 ноября по 1 декабря 2016 года. Обсуждаем «тактико-технические» характеристики модуля:

накопитель, WATT

13.10.2016 10:11:24

Аудит Фонда Сколково - объем зарплат в два раза превысил сумму грантов / Счетная Палата РФ

Бюллетень Счетной Палаты РФ №  9 за 2016 год сообщает результаты проверки Фонда Сколково. В структуре расходов Фонда в 2013‐2015 годах расходы на оплату труда составили более 8,9 млрд рублей, что составляет 13,7% от общей суммы расходов, произведенных за счет федерального бюджета. При этом объем средств, израсходованных на оплату труда, почти в 2 раза превысил сумму средств, направленных на грантовую поддержку исследовательской деятельности участников проекта, Средняя зарплата менеджеров Фонда в в 13,8 раза превышала аналогичный показатель в целом по экономике Российской Федерации.

Аудит Сколково

21.09.2016 22:49:36

Конференция IASP 2016 открылась в Москве

20 сентября в Москве состоялась церемония открытия 33-й Всемирной конференции Международной ассоциации технопарков и зон инновационного развития (IASP). Конференция собрала более 1700 участников из 70 стран мира и стала самой представительной по количеству гостей за всю историю проведения.

IASP 2016

19.09.2016 23:07:18

В России создана сверхэнергоэффективная система остекления зданий

Компания-резидент «Сколково» «Теплориум» создала новую систему остекления, способную вдвое повысить энергоэффективность здания.

сверхэнергоэффективная система

18.08.2016 23:16:44

Конкурс Биотех стартапов

В состав жюри вошли представители проекта по поддержке предпринимательства «GVA LaunchGurus», фонда «Сколково», венчурного фонда «Primer Capital» и медицинского портала «ЕМИАС.ИНФО». Конкурс стартапов проходит в рамках конференции БИОТЕХМЕД.

Биотех

09.08.2016 16:43:57

Фонд Сколково наконец признал агро-технологии как получателй грантов

С сегодняшнего дня на гранты Фонда «Сколково» могут претендовать  компании-резиденты биомедицинского кластера по направлению «Биотехнологии в сельском хозяйстве и промышленности».

Фонд Сколково

27.07.2016 17:54:13

Будущее биотехнологий и биомедицины

Конкурс направлен на поиск актуальных стартапов и проектов, которые могут быть реализованы в рамках развития биомедицинской отрасли России. Конкурс проводится в рамках конференции БИОТЕХМЕД, при поддержке СКОЛКОВО и Future Biotech.

биотехнологии

RSS
Архив "SKOLKOVO UNIT"
Подписка на RSS
Реклама: