Астраханские ученые придумали как оздоровить Северный Каспий
Аналитика, Экология Каспия

Астраханские ученые придумали как оздоровить Северный Каспий

Портал «Каспийский вестник» недавно публиковал материал об экологических проблемах Каспийского моря, подготовленную коллективом Каспийского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (КФ ИО РАН) под руководством директора учреждения Владимира Борисовича Ушивцева (подробнее по этой ссылке).

В продолжение данной проблематики наш портал публикует материал о научной разработке астраханских ученых, которая поможет справиться с рядом наиболее актуальных экологических проблем Северной части Каспийского моря. О том, какой способ оздоровления Каспия придумали сотрудники КФ ИО РАН читайте ниже:

 

В процессе эволюции различные экосистемы Природы «научились» успешно противостоять различным негативным воздействиям, в том числе и все возрастающему загрязнению окружающей среды. Так и экосистема Каспийского моря располагает определенным биологическим потенциалом самозащиты, составляющим основу санитарной марикультуры, способствующей процессам активной самоочистки морской среды.

В толще воды обитает фито (растительный) — планктон и зоопланктон. Фитопланктон представлен различными  видами водорослей, которые, обогащая воду кислородом, необходимым для жизнедеятельности нефтеоксляющих бактерий и других организмов-фильтраторов, также вносят свой вклад в утилизацию загрязнений. В каспийских водах учёными выявлены 36 различных видов бактерий, дрожжей способных активно окислять нефть.

                   

                   Фитобентосные сообщества                        

Необходимо учесть роль фитобентоса – донных растений (лауренсия, полисифония, энтереморфа и др.) в процессах самоочищения морской среды. Если растения и не являются непосредственно фильтраторами, они выступают как адсорбенты и накопители загрязнений. Но самое главное, растения, способствуют насыщению кислородом придонных частей воды.

Моллюски-обрастатели

Наиболее активны в процессах фильтрации донные организмы: моллюски (мителястер, дрейсена, кардиум, дидакна), усоногие раки (балаянусы), гидроидные полипы, а также  донные сапрофитные бактерии. Моллюски, поглощая загрязнённую морскую воду, фильтруют её, выделяя поглощённые вещества в виде слизи, которая входит в спектр питания бактерий. К примеру, моллюск – митилястер и дрейсена: обладают скоростью фильтрации  от 8.5 мл/час  до  — 252 мл/час. В обезвреживании нефтепродуктов принимают участие бактерии, разлагающие нефть как органическое вещество вплоть  до двуокиси углерода и воды. Усоногие раки (Balanus) поглощают нефтепродукты, оседающие на дно в виде взвеси к которой прикрепляется различная морская органика, также фильтруют морскую воду.

Но для концентрации в мелководной части Северного Каспия организмов-фильтраторов, являющихся, по своей сути обрастателями, существуют серьезные препятствия. Помимо глубины на распределение донной фауны существенное влияние оказывают термический, солевой, и кислородный режимы, а главным образом характер грунта. В Северном Каспии наибольшая биомасса донной фауны отмечается на глубинах 8-10 м, а наименьшая на глубинах от 3 до 6 м.

Мелководная часть дна Северного Каспия представляет собой однообразную пустынную равнину из песка и ракуши, где отсутствуют площади с твердым донным покрытием, на котором смогли бы закрепиться сообщества организмов-фильтраторов.

Поэтому для «восстановления здоровья» Каспия можно активно использовать целевое вмешательство в морскую экосистему с помощью: специальных сооружений (искусственные рифы), химических (удобрения, сорбенты, биологически активные вещества) и биологических (интродуцируемые виды) агентов.

Особого внимания заслуживают искусственные рифы, конструкция которых позволяет добиться как узкого, так и комплексного (биоокисление токсикантов, удаление взвесей, повышение биопродуктивности) эффектов.

Мировое  движение по установке искусственных рифов на морском шельфе стало массовым и способствует очищению от загрязнений океанского побережья и акваторий морей.

Идея использования рифовых конструкций принадлежит индийским рыбакам, которые в древности затапливали связки бревен с грузами из камней, чтобы на них нарастали мидии, и разводилась рыба. Правительства Японии, Китая, вкладывая значительные средства на программу марикультуры по культивации искусственных рифов, способствуют увеличению ежегодных морских уловов на миллионы тонн.

Первые эксперименты с искусственными биофильтрами из отработанных резиновых автопокрышек и шлангов в Северном Каспии проводились Каспийским НИИ рыбного хозяйства («КаспНИИРХ») в середине  1980-х годов прошлого века. В 2002-2003 гг. учеными  «КаспНИИРХа» совместно с ООО «Каспийская нефтяная компания» были разработаны и испытаны биофильтры  из полипропилена. Но все эти конструкции имели существенные недостатки: ограниченную жизнестойкость, вследствие их слабой штормоустойчивости и токсичности резиновых изделий.

В 2006-2017 гг. эксперименты с искусственными биофильтрами в Каспийском море продолжает Каспийский филиал ИО РАН. Для образования локальных донных сообществ была разработана новая модульная донно-пелагическая биостанция (Патент РФ № 039710), донная часть выполнена в виде пирамидальной железобетонной конструкции, состоящей из сборного основания и  2-х рядов, проницаемых для волн элементов, а пелагическая состоит из полипропиленовых тросов с наплавами. Субстрат из полипропиленовых волокон, объединенных в пучки и нанизанных на толстый полипропиленовый канат, создают универсальный биотоп для большого количества животных и растений, предпочитающих обитать именно на нем и дополнять его биоразнообразие.

Собранный модуль донной биостанции

Зона влияния модульной бетонной биостанции характеризуется  высокими показателями биологического разнообразия. Здесь наблюдается не только обилие обрастателей, но и животных, не обитающих непосредственно на искусственном субстрате. Численность зообентоса обычно равна или превышает обилие животных на искусственном рифе, однако количественные характеристики донных животных снижаются по мере удаления от биостанции до фоновых показателей.  Для всех вышеуказанных моделей было характерно, то, что уже через 24 часа на их поверхность оседало взвешенное вещество – морская органика — «первенец» сообщества биофильтров, источник питания бактерий, которые  в свою очередь войдут в спектр питания более крупных организмов и так далее по пищевой цепи. Здесь же начинают концентрироваться и нефтеокисляющие бактерии, которые при наличии нефти непосредственно используют ее в качестве основного источника питания и тем самым осуществляют обезвреживание.

Общий вид биостанции в день установки

Через 2-3 месяца конструкции полностью покрываются обрастаниями организмов-фильтраторов. Видовой состав этих организмов представлен: усоногими раками, моллюсками, гидроидными полипами и др. Результаты исследований показали, что 27 % видов организмов, обитающих в морской воде, обладают способностью к утилизации нефтепродуктов. Сравнительный анализ биомассы организмов, заселявших поверхность биостанций, показал, что общая численность сообществ в донных отложениях в районе установки объектов была  в 3,5 раза, а биомасса в 5 раз выше, чем на фоновых участках морского дна. Причем ежегодное возрастание численности нефтеокисляющих бактерий на биофильтрах составляет 20 %. Учеными установлено, в зоне рифов скорость разрушения нефтепродуктов примерно в 100 раз выше, чем в естественной морской среде.

Биостанция через 11 месяцев после установки

Изучение жизнестойкости конструкций в условиях среды Северного Каспия позволили создать прочную донно-пелагическую станцию, срок службы которой превышает 50 лет.

Экологическая безопасность морских акваторий является немаловажной проблемой для нефтяных компаний, работающих на шельфе. Материалы исследований  биопотенциала самоочистки экосистемы свидетельствуют о том, что использование искусственных рифовых конструкций усиливает деструкцию нефти в 9,6 – 23,6 раза. За вегетационный период риф протяженностью 100 м может разложить до 500 кг нефтепродуктов (НП).

Схема установки искусственных рифовых заграждений вокруг нефтедобывающей платформы в соответствии с розой ветров

 

 А — Зона нефтяного пятна на поверхности воды (радиус от 1 до 5 км)

 В — Зона эмульгации и осаждения нефти (радиус от 5 до 15 км)

 С — Зона искусственных рифовых заграждений

  

С первых же секунд контакта НП с морской средой в ней начинает развиваться сложнейшая картина превращений, ход, длительность и результаты которых зависят от свойств и состава самой нефти и от конкретной ситуации и параметров окружающей среды. Процессы трансформации НП представлены в различных зонах следующим образом.

В Зоне «А», радиус которой в зависимости от ветрового режима и температуры воды может быть в пределах от 1 до 5 км, происходит растекание НП, в ходе которого сырая нефть быстро теряет свои летучие и водорастворимые компоненты. Далее в виде пленки нефть дрейфует преимущественно в направлении ветрового потока. Следующим этапом трансформации НП являются их эмульгирование и седиментация: образование стойких эмульсий, сорбирование НП на взвеси и осаждение их на дно (Зона «В», радиус которой от источника загрязнения может быть от 5 до 15 км).

Таким образом, трансформированная нефть попадает в зону искусственных рифовых заграждений (Зона «С»), на которых концентрируется большая часть НП. В этой зоне начинается активное химическое окисление нефти, ее фотохимическое разложение под воздействием ультрафиолетовой части солнечного спектра, а также микробиологическое разложение, процесс, который определяет конечную судьбу НП в морской среде. Скорость биодеградации во многом зависит от степени диспергированности НП, температуры среды, содержания биогенных веществ и кислорода, а также от видового состава и численности нефтеокисляющей микрофлоры.  Таким образом, искусственные рифовые зоны, являясь мощными биофильтрами, задерживают седиментированные частицы нефти и подвергают их разложению микроорганизмами. Мощность рифовых конструкций будет тем больше, чем больше  вероятность переноса НП в данный район.

Финансирование работ по изготовлению, установке и содержанию указанных объектов санитарной марикультуры должны взять на себя компании, добывающие нефть на Каспии, включив их в план мероприятий по компенсации ущерба рыбным и другим биологическим ресурсам моря. Тем самым они внесут реальный вклад в дело защиты Каспия от загрязнения и воспроизводства биоресурсов моря. Даже если вообще не случится аварий, биофильтры на лицензионных участках нефтяных компаний не станут лишними, а создадут новые очаги морской жизни, где сконцентрируются в большом количестве все виды каспийской флоры и фауны.

Каспийский биотерроризм – уже  на протяжении многих лет, это неразрешенная задача для многих природоохранных и рыбохозяйственных органов. Несанкционированный вылов ценных видов рыб в море ведется в основном ставными сетями. Установка донных биофильтров будет способствовать пресечению браконьерского вылова ценных видов рыб: При контакте браконьерских орудий лова с бетонными модулями, любые сети и крючковые снасти запутываются и  приходят в негодность.

Так, на донной биостанции площадью 6 м2, выполненной из модульных блоков и установленной в Северном Каспии в районе банки Кулалинской на глубине 12 м, в течение вегетационного периода 2008 г. были обнаружены и сняты останки 6 сетей с ячеей от 150 до 200 мм и одной крюч­ковой снасти. На другой подобной биостанции, установленной в районе о-ва Чистая Банка на глубине 3 м, сняты останки 5 сетей с ячеей 150 … 200 мм. При формировании рифовой зоны  площадью 1 км2 предполагается расстановка рифовых модулей на расстоянии 50 м друг от друга, что в итоге выводит эту площадь из фонда браконьеров. Кроме того, высокопродуктивная зона будет влиять на пищевые миграции осетровых рыб, и задерживать их в защищенном месте, значительно снижая вероятность  попадания в сети в других местах.

Развитие и формирование бентосного сообщества в местах расположения биостанций имеет свои харак­терные особенности. В бентосе вокруг биоcтaнций наблюдается преобладание обрастателей (Мytilaster, Balaпиs и др.). Этому комплексу сопутствует обиль­ное развитие биоты ракообразных и червей. Деталь­ный анализ структуры донных сообществ показал наличие характерных особенностей видового состава и продукционных параметров донной фауны в районе искусственных субстратов. Показатели биоразнообра­зия бентофауны были всегда выше в месте установки искусственных рифов. Здесь наблюдается скопление многих донных и придонных животных, обусловлен­ное наличием твердой поверхности, играющей для многих rидpoбионтов роль убежища, субстрата для обитания и размножения. На стабильном субстрате происходит наращивание биомассы обрастателей. Как следствие — общая биомасса донных сообществ уве­личивается. Выражен также аттрактивный эффект, обусловленный скоплением пищевых ресурсов (дет­ритная органика, ракообразные, макрофиты) Подводные наблюдения показали, что в течение вегетационного периода с мая по ноябрь в местах биоcтaнций постоянно удерживается повышенная концентрация рыб, среди которых есть и ценные про­мысловые виды. Доминируют в составе ихтиофауны бычки. Среди скопления бычков выделяется группа особо крупных рыб, длина тела которых достигает 22- 25 см при весе до 250 г.

Бычковые рыбы у поверхности донной станции

Такие морфометрические показатели свидетельствует об исключительно благо­приятных условиях их обитания. Другой промысловый вид рыб, часто встреча­ющийся на донных биостанциях – вобла. Как показали наблюдения, косяки воблы активно нагули­ваются на кормовой базе рифов.

В летний период частыми гостями на рифе стано­вятся кефали. Нередко в зоне рифа встречаются осетровые рыбы. В их поведении доминируют реакции поиска и по­требления пищи. Исключительную ценность в зоне рифа представляет собой кормовая база для белуги ­самой ценной рыбы Каспия, численность которой подорвана в значительной степени. Здесь в изобилии встречаются ее излюбленные кормовые организмы, такие, как вобла, килька, раки, бычки.

Пролонгиро­ванные подводные наблюдения показали, что из осет­ровых наиболее продолжительное время в зоне рифа проводит именно молодь белуги. Ценными объектами на донных биостанциях яв­ляются длиннопалые раки и креветки. В конце веге­тационного периода численность раков и креветок особенно высока, указывая на то, что биостанция является местом их зимовки.

Креветки на пелагической части донной станции

 

Таким образом, формирование искусственных рифовых зон открывает пути к увеличению рыбопродуктивности моря, созданию нагульных площадей для ценных видов рыб, усилению  резистентности биоты к нефтяному загрязнению и пресечению биотерроризма. Вложение компенсационных средств нефтяных компаний в этом направлении при невысоких затратах даст наибольшую эффективность.

Оценивая результаты исследования с практической точки зрения, можно сказать, что они являются очередным важным шагом в разработке технических средств оздоровления окружающей сре­ды в районах морской нефтегазодобычи на шельфах морей.

Июнь 6, 2018

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

ИСТОРИЧЕСКИЕ ХРОНИКИ
ЗАРУБЕЖНЫЕ СМИ О КАСПИИ
Фото дня
Мы на Facebook
Facebook Pagelike Widget
Яндекс.Метрика
Перейти к верхней панели