Балтийское море считается одним из морей, экологическое состояние которых особенно плачевно. Оно страдает от эвтрофикации, загрязнения различными токсическими веществами, ряд видов организмов находится под угрозой исчезновения. Загрязнение обусловлено несколькими источниками: наземной хозяйственной деятельностью, морскими судами и разработкой морского дна. Существует также опасность перелова рыбы. Вследствие физико-географических особенностей Балтийского моря, а также большой плотности населения и развитой промышленности в окружающих море странах возникают особые проблемы. К особым проблемам Балтийского моря можно отнести: достаточно широкое распространение атомных электростанций вдоль балтийского побережья, наличие свалок химического оружия на дне Балтийского моря, наличие множества инвазийных видов и т.д. В данной статье будут рассмотрены основные проблемы Балтийского моря, меры, которые предпринимают страны Балтийского региона для снижения негативного воздействия на окружающую среду и дальнейшие перспективы.

Эвтрофикация Балтийского моря

Эвтрофикация вод – накопление в водах биогенных элементов под воздействием антропогенных или природных факторов.

Эвтрофикация вызывает огромные изменения в водных экосистемах и обуславливает ухудшение качества воды, приводящее, например, к дефициту кислорода и заморам рыбы.

 Основными влияющими биогенами являются азот(N) и фосфор(P). Поступление фосфора и азота в Балтийское море извне, включая поступление из Датских проливов и Каттегата, оценивается в 53 000 тонн Р и 1 060 000 тонн N в год. Примерно 50% азота приходит из атмосферы, в том числе через азотфиксацию. Фосфор приносится главным образом с суши- 90%. Наибольший прирост поступления азота и фосфора произошел, скорее всего, после 1950 г.

Большие из года в год поступления биогенов привели к увеличению концентраций азота и фосфора во всех районах Балтийского моря. Региональная картина поступления биогенов определяется поступлениями из внешних источников, обменом между различными бассейнами и удержанием биогенов в них. Поскольку большая часть биогенов приносится в море с уши, концентрации в прибрежных водах оказываются выше, чем в открытом море. Это означает, что биологические изменения, обусловленные эвтрофикацией, в прибрежной зоне могут проявиться более явственно, нежели в открытых районах моря.

Рис.1 Изменение концентраций (мкмольл) биогенов во времени в разных районах Балтийского моря (Elmgren, 1989).

Основные изменения, отмечающиеся, в первую очередь, в прибрежных водах:

Увеличение первичной продукции

Усиление цветений фитопланктона

     Увеличение концентрации хлорофилла-а

     Увеличение осаждения органического вещества на дно

     Увеличение биомассы макробентоса выше галоклина

     Увеличение повторяемости и величины дефицита кислорода в придонных водах

     Уменьшение прозрачности воды

     Уменьшение глубины произрастания фукусовых водорослей

     Уменьшение биомассы макробентоса под галоклином и т.д.

Масштабы антропогенных воздействий в XX веке характеризуют следующие данные:      

•    Увеличение первичной продукции в пелагиали на 30-70%
•    Увеличение продукции зоопланктона на 25%
•    Увеличение осаждающегося на дне органического углерода на 70-190%
•    Примерное удвоение продукции макробентоса выше галоклина 
•    Исчезновение кислорода в придонных слоях, повлекшее за собой уничтожение макробентоса на площади примерно 100 000 км² в собственно Балтике и Финском заливе.

Рис.2 Балтийское море в период цветения водорослей. Спутниковый снимок NASA в естественных цветах.

Одно из проявлений эвтрофикации – цветение фитопланктона, при котором массовое развитие микроскопических водорослей на больших водных пространствах вызывает значительное уменьшение прозрачности воды и иногда приводит к появлению пленок и запахов. Пленкообразующими являются сине-зеленые водоросли, которые с помощью газовых вакуолей, повышающих плавучесть, легко всплывают к поверхности воды. В наши дни цветения сине-зеленых водорослей охватывают большие районы Балтики, о чем свидетельствуют наблюдения со спутников. Некоторые виды цветущих сине-зеленых водорослей могут быть токсичными для животных. Например, Nodulariaspumigena вырабатывает пептид (химическое соединение, состоящее из аминокислот), который может вызывать перерождение клеток печени, появление опухолей и смерть от кровоизлияния в печень. У людей цветение Nodularia вызывает расстройство желудка, головные боли, экзему и воспаление глаз. В Каттегате и других более осолоненных районах Балтийского моря в 1980-е годы отмечались обширные цветения других токсичных водорослей: некоторые виды динофлагеллят, золотистых водорослей и известковых водорослей. При нескольких цветениях отмечалась гибель пелагических организмов, а также донной флоры и фауны.

Также, в соответствии с данными наблюдений в озерах можно заключить, что эвтрофикация Балтийского моря может вызвать изменения популяции рыб.

Основные источники биогенов: канализационные стоки из прибрежных городов, транспорт (выхлопные газы), сжигание ископаемых видов топлива для получения энергии и сельское хозяйство.

Промышленные загрязнения Балтийского региона

В Балтийское море ежедневно попадает огромное количество самых разнообразных веществ. Они появляются из точечных источников на суше или в море (промышленные предприятия, электростанции, места сброса стоков, очистные сооружения) и из диффузных источников с речным и поверхностным стоком (например, сельскохозяйственные загрязнения, бытовые отходы, транспорт). Кроме того, загрязняющие вещества переносятся по воздуху в Балтийский регион с Британских островов, из Центральной и Восточной Европы и даже из более удаленных районов.

В разных частях Балтийского региона специализация промышленности различная. Развитие промышленности определялось наличием природного сырья. В Швеции и Финляндии основными отраслями промышленного производства являются металлообработка и изготовление целлюлозы и бумаги, в Дании, доминирует пищевая индустрия, разнообразные отрасли промышленности развиты в Германии. Все эти страны имеют самые современные предприятия. Передовые технологии позволили заметно снизить эмиссии основных производств за последние 20-25 лет. Однако ввиду крайне больших объемов и  разнообразия потребляемой продукции остаются нерешенными проблемы, связанные с диффузным влиянием промышленных изделий. В то же время в России, Эстонии, Латвии, Литве и Польше многие предприятия технически устарели и нуждаются в реконструкции, чтобы удовлетворять современным экологическим нормам. Также существуют проблемы с переработкой отходов. С речным стоком в Балтийское море выносится огромное количество загрязнений, поскольку сточные воды городов и деревень, а также стоки предприятий очищаются плохо или не очищаются вообще. 

Таблица 1. Основные загрязняющие вещества, образующиеся в процессе промышленного производства

 В таблице 1 перечислены основные отрасли, особенно важные с точки зрения загрязнения окружающей среды. Особенно существенный вклад в загрязнение северных районов Балтийского моря вносят целлюлозно-бумажные и металлургические предприятия.

Загрязняющие вещества, содержащиеся в сбросах и эмиссиях предприятий черной и цветной металлургии содержат:

•   Тяжелые металлы (мышьяк, кадмий, медь, свинец, ртуть и др.)
•   Отходящие газы, включающие диоксины, от сталелитейных заводов и предприятий цветной металлургии
•   Сера от плавильных заводов
•   Устойчивые органические вещества типа ПАУ (полициклические ароматические углеводорода)
•   Масла, применяемые при различных процессах обработки
•   Биогены
•   Окислы серы и азота и прочие химические соединения.

Также существует нефтяное загрязнение. Нефтяные углеводороды поступают в Балтийское море из многих источников, в частности с речным и поверхностным стоком, в результате прямых сбросов из городов, предприятий. Другими важными источниками являются очистка нефтяных танкеров и другие умышленные сбросы с судов, а также разливы нефти при авариях (посадка танкеров на мель, случайные сбросы из береговых нефтехранилищ). Новый источник, который может оказаться очень опасным в Балтийском регионе – потери нефти при разведочных работах и эксплуатации прибрежных платформ.   

Перенос загрязняющих веществ водой. Большинство токсичных загрязнителей слабо растворяются в воде, но растворяются в жирах и растворителях жиров, например в маслах, эфире и т.п. Растения и животные частично состоят из жира и поэтому способны захватывать многие токсиканты. Некоторые из этих токсикантов сохраняются в остатках скелетов, фекалий, листьев и т.д. в озерах и реках. Такие частицы могут плавать в воде и откладываться в донные осадки. Во всех природных водоемах присутствуют создаваемые биологически вещества, состоящие из водорастворимой и жирорастворимой частей, например жирные кислоты. Молекулы таких веществ сосредотачиваются на границе воды и воздуха, располагаясь водорастворимой частью в воздухе. При этом на поверхности воды образуется тонкая пленка жиров. В этой пленке жирорастворимые вещества будут накапливаться, достигая высоких концентраций. Например, концентрация ПХБ (полихлорированные бифенилы) в такой пленке может в 1000 раз превышать их концентрацию в толще воды, даже если общее содержание загрязнителей в пленке низкое.

В водоеме можно обнаружить четыре основных компонента с разными концентрациями загрязнителей:

•     Вода
•     Организмы и взвешенное органическое вещество
•     Осадки
•     Поверхностная пленка   

Большинство опасных загрязнителей среды очень устойчивы в химическом отношении. Устойчивые загрязнители кормов часто не поддаются разложению. Следовательно, нагрузка на живой организм от таких загрязнителей будет понемногу возрастать по мере взросления особи. Это увеличение содержания загрязнителей с возрастом называется аккумулированием или бионакоплением. Перенос от одного вида к другому предполагает перенос с одного трофического уровня на другой. При этом концентрации токсикантов на каждом очередном уровне возрастают. Этот феномен называется биоусилением. Можно сформулировать следующее общее правило: в наземных трофических сетях на каждом шаге происходит усиление в 10 раз, в водных – в 3-5 раз. Другой путь передачи загрязнителей: от матери к ребенку – через всасывание пищи. Молоко содержит жир: например, молоко женщин -3-4%, молоко тюленихи – 30%.      

Наиболее пагубные нелетальные эффекты нынешних загрязнителей состоят в снижении продуктивности растений и нарушении мышечной, нервной, иммунной и репродуктивной функций животных. Некоторые последствия загрязнений могут угрожать выживанию всей популяции. Например, в большой опасности находится популяция балтийских тюленей и некоторых видов птиц вследствие плохого воспроизводства. Воздействия на целые экосистемы проявляются в снижении видового разнообразия и уменьшении общей биомассы. Нынешние концентрации загрязнителей среды в Балтийском регионе уже привлекают внимание в связи с возможной опасностью для человека. Запреты и ограничения, введенные властями в разных странах, расположенных на берегах Балтики, позволили снизить концентрации некоторых загрязнителей (например, свинца), но нынешнее состояние Балтики, безусловно, требует принятия дополнительных мер.    

Инвазийные виды

В последнее время все острее встает проблема видов-вселенцев мигрирующих в новую для них среду обитания. Основная причина происходящего – деятельность человека. Так, например, виды массово перемещаются с балластовыми водами судов и на их корпусах. В целом, в морях России насчитывается порядка 150 видов-вселенцев.

Молодое по геологическим масштабам времени Балтийское море считается одним из наиболее чувствительных к биологическим инвазиям водоемов в мире. Это в полной мере относится и к российским водам Финского залива,  где вселенцы составляют около 5%  от общего числа видов и часто доминируют в сообществах. Однако большинство чужеродных видов являются выходцами из тепловодного Понто-Каспийского бассейна,  и их распространение преимущественно ограничено хорошо прогреваемыми поверхностными водами выше летнего термоклина.  В донных сообществах заметные изменения, соответственно, имели место в относительно небольших по площади прибрежных сообществах, где доля чужеродных организмов в общей биомассе бентоса на отдельных станциях могла достигать 96%. Полихеты рода Marenzelleria –  одни из наиболее успешных вселенцев в Балтийском море. Впервые появившись в 1985  г., они быстро освоили всю Балтику,где в настоящее время представлены тремя близкими видами.  В российских водах Финского залива известны с 1996г.  Вплоть до 2009  г.  интродукция полихет(определенных как Marenzelleria neglecta)  в Финском заливе не сопровождалась существенными изменениями в донных сообществах. Высокая биомасса M. Neglecta наблюдалась только в ограниченных по площади мелководных районах выше летнего термоклина. В 2009 г. полихеты оккупировали глубоководные районы, что связано с инвазией нового для восточной части Финского залива арктического представителя рода – Marenzelleria arctia. Массовое развитие этого вида привело к многократному увеличению биомассы макрозообентоса. Роль полихет была особенно значительна на периодически подвергающихся гипоксии участках дна,  где макрозообентос ранее отсутствовал или был крайне беден. В результате инвазии большая часть акватории залива оказалась заселена практически монокультурой полихет.  M. Arctiaхарактеризуются значительной биотурбационной и биоирригационной активностью, и их вселение привело к появлению в глубоководных районах залива новой функциональной группы бентоса.  По-видимому,  инвазия полихет вследствие ее существенного воздействия на биогеохимические процессы и трофические взаимоотношения в восточной части Финского залива в ближайшие годы приведет к кардинальной перестройке в масштабах всей экосистемы.

Также примером инвазии является вселение бычка-кругляка в акваторию Балтийского моря.Бычок-кругляк (neogobius melanostumus) – солоновато-водный вид, обитающий в Азовском, Черном, Каспийском и Мраморном морях. Следует отметить его высокую приспосабливаемость к перепадам температуры и изменениям солености. Этот вид кроме морских вод заселяет лиманы и многие низовья рек Азово-Черноморского бассейна. Бычок-кругляк образует наиболее многочисленные популяции из всех бычковых в наших южных морях. В Азовском море он один из важных промысловых видов и составляет 90% от общего улова бычка. Первые сведения о поимке этого вида в акватории Балтийского моря были опубликованы Гданьским Рыболовецким университетом в 1990 году. Некоторые экземпляры кругляка были пойманы в районе Хельской косы (Польша). Позже бычка стали вылавливать на побережье Гданьского залива, в районе рыбацких деревень: Кузника, Сварзево, Ослонино, Гдыня-Ослово, Мечелинки.

Предположительно бычок-кругляк мог попасть в Гданьский залив с балластовыми водами судов, маршрут которых пролегал от Каспийского и Черного морей к Балтийскому.

Бычок кругляк не только вселился в Балтийское море, но прекрасно адаптировался. Об этом, говорит тот факт, что по средним показателям длины и массы тела трехгодовалые особи опережают азовских собратьев на 2,5-3 сантиметра, а по массе – до 30 граммов. Видимо это объясняется переходом рыб в балтийском море на более калорийный источник питания.

Итак, бычок-кругляк как вид-вселенец характеризуется высокой выживаемостью и пластичностью. Он не только великолепно акклиматизировался в новых условиях, но и стал успешно конкурировать с другими видами рыб, что может изменить их кормовую базу и территорию.

Пока не видно ощутимого воздействия вида на водные экосистемы, однако рост числа кругляка в геометрической прогрессии может привести к значительным изменениям в экосистемах Балтики. Уже сейчас резко сократилась численность бычка-керчака и европейской бельдюги в море, а в Приморской бухте и Вислинском заливе заметно уменьшилось число ерша. Все это может привести к изменению коренного состава ихтиофауны региона, так как оказывает значительное влияние на структуру прибрежных экосистем.

Захороненное химическое оружие в Балтийском море

Наблюдения, оценки и прогнозы экологического состояния Балтийского моря в местах захоронения трофейного германского химического оружия, а также пути утилизации, содержащихся в затопленных химических боеприпасах, боевых отравляющих веществ и продуктов их разложения имеют жизненно важное значение для 85 миллионов человек, проживающих в 9 странах на берегах Балтийского моря в непосредственной близости от мест захоронения.

Захоронение отравляющих веществ в Балтике значительно ухудшает экологическое состояние среды. В настоящее время есть целый ряд тревожных случаев, вероятно, связанных с попаданием отравляющих веществ в воду. Так участились заболевания раком легких у шведских рыбаков, появилась рыба, в результате употребления которой в пищу, отравились люди, в некоторых выловленных рыбах замечены болезненные изменения некоторых органов, практически исчезла популяция балтийского тюленя. Ученые доказали, что попадание в организм человека или других живых организмов очень малого количества отравляющих веществ может привести к непоправимым последствиям. Работы английского генетика Шарлотты Ауэрбах показали, что одна – две молекулы иприта или люизита, попавшие в наш организм, могут сбить генетический код. Серьезную опасность для человеческого организма при попадании в него минимального количества отравляющих веществ подтвердили и российские ученые. Влияние отравляющих веществ на генетический код человека может вызвать мутации в 2 – 3 поколениях. Ихтиологи утверждают, что среди рыб уже сейчас значительно возросло количество рыб – мутантов.

Периодически, в печати появляются статьи, в которых говорится, что по мнению некоторых ученых все отравляющие вещества, покоящиеся на дне, постепенно растворяются в больших объемах воды и не окажут серьезного воздействия на жизнь человека и живого мира моря. Можно не согласится с такими рассуждениями, т. к. приведенные выше примеры говорят об обратном. Следует учитывать, что Балтика очень застойный водоем, т. к. вода в ней меняется в течение 25-27 лет. Большая масса отравляющих веществ лежит на дне в проливах и постоянное донное течение в сторону Балтики заносит их в водоем. В самой Балтике течение организовано вдоль берегов против часовой стрелки со скоростью примерно 4 узла в сутки. В 2003 году в Балтийском море был зарегистрирован 21 случай попадания химического оружия в рыбацкие сети — все представляют собой сгустки иприта общим весом примерно 1005 кг.

Впервые о захороненном оружии открыто заговорили спустя 50 лет после его захоронения, так как все данные были засекречены. Российские ученые организовали научную экспедицию по Балтике, которая обнаружила и картографировала некоторые места захоронения химического оружия, провела подводную съемку этих объектов, взяла пробы воды и грунта. По итогам экспедиции был составлен доклад, с которым были ознакомлены многие западные специалисты. Работы по выявлению мест захоронения провела Польша, Германия и другие прибалтийские страны. Сейчас активно обсуждается вопрос о возможных решениях данной проблемы. Предлагаются различные варианты: строительство саркофагов над захоронениями, поднятие боеприпасов со дна и другие. Но все эти решения очень дорогостоящи, а поднятие оружия со дна еще и потенциально опасная процедура (проржавевшие корпуса могут ломаться и провоцировать утечки). Пока этот вопрос только обсуждается, но реальных действий по решению проблемы не предпринимается.

Действия направленные на улучшение состояния Балтийского моря

Страны, расположенные на берегу Балтийского моря, достаточно развиты. Сейчас все чаще встает вопрос о защите и восстановлении окружающей среды. В Балтийском регионе активно реализуется международное сотрудничество в сфере экологии. Принято множество конвенций по охране и улучшению качества окружающей среды.

Важным этапом в улучшении качества воды в Балтийском море является модернизация и строительство современных очистных сооружений. Одним из примеров международного сотрудничества является строительство Юго-Западных Очистных Сооружений (ЮЗОС) в Санкт-Петербурге. Ранее Санкт-Петербург являлся одним из самых крупных источников загрязнения, в том числе и из-за плохой системы очистки сточных вод. Сейчас  в Санкт-Петербурге очищается до 93% бытовых стоков (исключая пригороды, садоводства и т.д.).

Санкт-Петербург поделен на зоны канализования. Крупнейшими канализационными очистными сооружениями Петербурга являются Центральная станция аэрации на острове Белом, Северная станция аэрации в Ольгино и Юго-Западные очистные сооружения.

 Рассмотрим схему работы ЮЗОС. Пропускная способность ЮЗОС — 330 тысяч кубометров в сутки. Для сравнения: 1,5 миллиона кубометров Центральная и 1,2 миллиона кубометров Северная. Вся городская сточная вода поступает в общесплавную канализацию. На очистных сооружениях сточные воды проходят этапы механической, биологической и химической очистки, очистки ультрафиолетом, затем проверяется качество очистки и только после этого происходит сброс в Финский залив. Петербург является первым мегаполисом в мире, где решена задача утилизации осадка сточных вод. Раньше осадок сточных вод вывозился на специализированные полигоны, занимались обширные площади, запах и вредные вещества выбрасывались в атмосферу, причиняя неудобства и негативно воздействуя на экологию региона. Теперь в городе на всех трех крупных очистных станциях работают заводы по сжиганию осадка.

Рис.3 Условная схема ЮЗОС. 1 — решетка; 2 — песколовка; 3 — вывод ила; 4 — главная насосная станция; 5 — удаление излишнего ила; 6 — первичный отстойник; 7 — вывод ила; 8 — воздухопровод; 9 — аэротенки; 10 — распределительная чаша; 11 — завод по сжиганию осадка и биомониторинг в виде улиток; 12 — вторичный отстойник; 13 — контактный резервуар; 14 — УФ и биомониторинг чистой воды: рыбы и австралийские раки; 15 — выпуск в залив

Сначала сточные воды попадают на большие решетки, где отсеивается крупный мусор, далее попадает в зону фильтрации, которая включает мелкие решетки и песколовки. Далее вода попадает в первичный отстойник, где осуществляется осаждение нерастворимых взвешенных частиц как органического, так и минерального происхождения. Круглый отстойник — резервуар со срезанным коническим днищем. В центре отстойника устанавливается труба, по которой сточные воды поступают к нижней части отстойника. Полученный из этого отстойника осадок сжигается в газовых печах завода.

Рис.4 Первичный отстойник

Затем вода попадает в аэротенки с активным илом (скопление бактерий и других микроорганизмов, приспособленных к аэробным условиям и активно потребляющих биогенные вещества). С помощью аэраторов вода насыщается кислородом.

Рис.5 Аэротенки с аэраторами

Потом смесь ила и воды из аэротенков попадает во вторичный отстойник, где ил осаждается на дно отстойника, а очищенная вода через специальное водовыпускное устройство попадает на фильтрацию ультрафиолетом. После прохождения всех ступеней очистки вода контролируется живыми организмами (биомониторинг). Рыбы и раки реагируют на любые изменения качества очищенной воды. Раки лучше всех реагируют на загрязнение воды. Если в нее попадают токсичные вещества, у них учащается сердцебиение. К панцирям раков прикреплены датчики. Параметры с этих датчиков поступают на мониторы диспетчерской службы. 

Как уже говорилось выше, полученный из отстойников осадок сжигается. Сжигание осуществляется в газовых печах при температуре выше 800°С. Полученное от сжигания осадков тепло используется на технологические нужды: обогрев зданий и выработку электроэнергии, что позволяет Водоканалу экономить энергоресурсы. На ЮЗОС выработка электроэнергии достигает 30% от общей потребляемой мощности. Дымовые газы проходят трехступенчатую очистку. Биомониторингом газоочистки служат большие африканские улитки.

Заключение

На Балтийское море оказывается очень мощное антропогенное воздействие. Долгое время состояние моря и территории водосборного бассейна только ухудшалось и не предпринималось никаких мер, направленных на снижение негативного воздействия на среду. Но сейчас предпринимается ряд действий направленных на улучшение состояния Балтийского моря: модернизация оборудования, использование экологически чистых видов топлива, улучшение качества очистки сточных вод, переработка мусора и т.д. Также подписаны международные конвенции и соглашения по охране и восстановлению окружающей среды.  В дальнейшем должна совершенствоваться правовая база: введение и адекватная реализация штрафных санкций, поощрение предприятий переходящих на новое – экологичное оборудование.  Не менее важно уделять внимание экологическому образованию людей.