Мертві зони

Мертві зони (dead area) — прибережні ділянки акваторії світового океану з гіпоксією — низьким вмістом кисню — у придонних шарах водної товщі. Основною ознакою виникнення мертвих зон є бурхливе розмноження фітопланктону (синьо-зелених водоростей — ціанобактерій), що споживають азот і фосфор мінеральних добрив, які потрапляють у моря разом зі стоком річок із сільськогосподарських районів. Розкладання донними бактеріями величезної маси відмерлого фітопланктону і викликає надмірну витрату кисню, що призводить до витиснення живих організмів — появі мертвих зон. Кількість мертвих зон у світі подвоюється кожні десять років.

Крапками відмічені райони розвитку гіпоксії (гострої нестачі кисню у воді). Різними кольорами на суші вказана нормована (у відсотках) ступінь впливу на середовище людини — від самої слабкої (темно-зелений колір) до сильної (червоний і фіолетовий)

Зростання населення Землі і пов’язане з цим збільшення сільськогосподарського виробництва призводять до того, що з річковим стоком у прибережні райони океану потрапляє все більша кількість добрив. А оскільки фітопланктонним організмам — мікроскопічним водоростям і ціанобактеріям — не вистачає біогенних елементів (насамперед — азоту й фосфору), тому у відповідь на їхнє надходження вони реагують бурхливим спалахом чисельності. Відбувається те, що називається «цвітінням води»: за рахунок великої кількості фітопланктону вода офарблюється в зеленуватий, жовтуватий або синюватий колір, а біля самої поверхні скупчення водоростей і ціанобактерій утворюють вигадливі розводи. Тварини, що харчуються фітопланктоном, (наприклад, різні планктонні ракоподібні) не можуть стримати його розмноження, тим більше що масові «цвітіння» часто бувають неїстівними й навіть отруйними. Тому основна маса фітопланктону в харчових ланцюжках не використовується, а просто відмирає й опускається в придонні шари водної товщі, де дістається бактеріям.

Скупчення ціанобактерій на поверхні Фінської затоки

Скупчення ціанобактерій на поверхні Фінської затоки

Розкладаючи органічну речовину відмерлого фітопланктону, бактерії використовують майже весь наявний у навколишньому середовищі кисень. Крім того, кисень витрачається бактеріями на розкладання тієї органічної речовини, що утворилася раніше на суші й у континентальних водоймах, а потім зі стоком рік була принесена у море. Тому в багатьох місцях у прибережних районах океану, там, де немає інтенсивного перемішування водної товщі, біля дна утворюються зони гіпоксії (недостатнього для більшості аеробів вмісту кисню) і навіть аноксії (відсутності вільного кисню або вмісту його в мізерних кількостях).

В результаті розвитку гіпоксії в співтоваристві донних організмів відбуваються певні перебудови. Деякі донні тварини (насамперед різні хробаки) при малій кількості кисню виповзають на поверхню ґрунту й стають легкою здобиччю для прибережних риб, які, як правило, протягом короткого часу здатні переносити незначну нестачу кисню. У такий спосіб хижакам дістається навіть більше їжі, і продукція риб може зрости. Однак ефект цей короткочасний: при подальшому зниженні вмісту кисню донні тварини повністю зникають. Залишаються тільки бактерії, здатні жити в анаеробних умовах. Різні групи їх змінюють один одного, і зрештою з'являються бактерії, що живуть за рахунок розкладання органічної речовини й реакції відновлення сульфату (який у морській воді завжди є). Кінцевий продукт цієї реакції, можливої тільки в безкисневому середовищі, — сірководень, речовина, отрутна для більшості організмів, яка проте швидко окисляється при наявності кисню.

Утворенню таких мертвих зон (часто із сірководневим забрудненням) сприяє різка стратифікація водної товщі, відсутність перемішування, слабкий водообмін з океаном і надходження великої кількості органічної речовини. Найбільша аноксична (позбавлена кисню) водойма — це Чорне море. Все життя в ньому зосереджене у верхніх 100 метрах водної товщі, а далі аж до максимальних глибин (2000 м) все отруєно сірководнем. Аноксія Чорного моря — природне явище, пов'язане з особливостями гідрологічного режиму цієї водойми (замкнутість акваторії, велика глибина, значне надходження в поверхневі шари прісної води, а в глибинні — важкої солоної, що потрапляє через Босфор). Природні зони гіпоксії зустрічаються і в інших місцях, наприклад біля західних узбереж континентів, де завдяки апвеллінгам досягається висока первинна продукція (продукція фітопланктону), а також у деяких фіордах.

Схема, що показує, як, залежно від наявного в середовищі кисню, розподіляється в екосистемі доступна організмам енергія (зв'язана у вигляді органічної речовини). На лівій вертикальній осі — частка, що дістається рухливим хижакам (насамперед — рибам), які полюють у дна, а на правій вертикальній осі – частка, яка залишається бактеріям. Чим менше в середовищі кисню, тим менше енергії доступно хижакам, але тим більше — бактеріям. Ступінь дефіциту кисню нанесена на горизонтальній осі — від нормального вмісту (Normoxia) до повної його відсутності — аноксії (Anoxia), через проміжний стан гіпоксії (Hypoxia). Стрілки показують режим виникнення дефіциту кисню: слабкий періодичний (Mild periodic), слабкий сезонний (Mild seasonal), сильний сезонний (Severe seasonal), постійний (Persistent), розвиток сірководневого забруднення (H₂S). Деякий підйом тієї частини, що перепадає хижакам, в умовах слабкої гіпоксії пов'язаний з тим, що безхребетні виповзають на поверхню ґрунту, де кисню все-таки більше

Тривогу викликає, однак, те, що в останні десятиліття число «мертвих зон» у різних місцях Земної кулі швидко збільшується і вони розташовуються в прибережних водах на невеликій глибині. Недавно в журналі Science з'явилася оглядова стаття двох дослідників — Роберта Діаза (Robert J. Diaz) з Інституту морських досліджень у Вірджинії (США) і Рутгера Розенберга (Rutger Rosenberg) з Готенбургського університету (Швеція), — які відзначили, що починаючи з 1960-х років число районів з «мертвими зонами» зростає по експоненті, подвоюючись приблизно раз на 10 років. Зараз такі зони відзначені в 400 прибережних областях, а їхня площа перевищує 245 тисяч кв. кілометрів. Найбільш далеко процес зайшов у континентальних морях, які мають обмежений водообмін з океаном. Це, наприклад, значні ділянки Балтійського моря, протоки Каттегат, Чорного моря (район шельфу в північно-західній частині), Мексиканської затоки, Східно-Китайського моря. Ознаки гіпоксії все частіше спостерігаються в Бенгальській затоці, в Арабському морі й у західного узбережжя Африки.

Спочатку гіпоксія виникає як тимчасове, певною мірою випадкове явище, але завдяки поступовому зростанню первинної продукції прибережних екосистем і надходженню органічної речовини із суши вона наступає регулярно в певні сезони, а потім стає постійною. Бентос при цьому повністю зникає, а загальна продукція (приріст біомаси) тварин сильно знижується. Розрахунки показують, що в Балтійському морі, наприклад, через великі мертві зони річна продукція тварин знизилася на 30%, що в абсолютній величині становить 264 тисячі тонн вуглецю. При цьому частка енергії, що дістається бактеріям, постійно підвищується, а частка енергії для хижаків — знижується.

Випадки поліпшення ситуації поодинокі. Так, у північно-західній частині Чорного моря мертві зони стали скорочуватися із середини 1990-х років, що пов'язане із занепадом сільськогосподарського виробництва в республіках колишнього СРСР й, відповідно, зменшенням стоку добрив. У Мексиканській затоці в особливо спекотні роки при зменшенні річкового стоку також скорочуються мертві зони. Найсильніші тайфуни, що викликають величезні руйнування, для поліпшення перемішування водної товщі виявляються дуже корисними — мертві зони після тайфунів скорочуються за площею. Автори обговорюваної статті дійшли висновку, що повернути стан прибережних екосистем до рівня, що існував до індустріалізації, не можливо, але взяти під більш суровий контроль надходження в прибережні райони біогенних елементів можливо і необхідно.

Олексій Гіляров, Елементи

версия на русском

| 20.08.2008 13:35