Мировой океан как единая экосистема

Несмотря на кажущуюся безбрежность, океан весьма уязвим к давлению мощного антропогенного пресса. Человечество наносит два удара по природе: во-первых, истощает ресурсы, во-вторых, загрязняет ее. Оба этих удара поражают не только сушу, но и океан. Мировой океан является перспективным источником ресурсов. Значительный энергетический потенциал заключен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских течениях. Морская добыча нефти и газа началась в 1940 г. Соотношение мирового производства нефти в 2004 г. составило 34% морской добычи и 66% — добычи на суше. К 2015 г. морская добыча составила уже 39%, а на добычу на суше пришлось 61%^{. Океан располагает практически неисчерпаемыми запасами дейтерия для ядерной энергетики. По оценкам специалистов, морские ресурсы магнетита, ильменита, рутила, золота, платины и других металлов сопоставимы с их запасами на суше. В морской воде содержатся в растворенном виде минеральные соли радиоактивных элементов — около 5 млрд т урана, 200 млрд т лития. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% магния, 1/3 поваренной соли, большую часть алмазов. В железомарганцевых конкрециях (стяжениях минеральных компонентов, в данном случае гидроокислов железа и марганца на дне современных водоемов в виде шаровидных, элипсовидных, лепешковидных и форм), устилающих дно Мирового океана, содержится около 30 элементов таблицы Менделеева^[1][2].

Океан служит также одним из важнейших источников пищевых ресурсов для человечества, поставляя 25% пищевых белков животного происхождения. Трудно переоценить и его транспортное значение — более ¾ мирового грузооборота приходится на его долю. Возрастающая эксплуатация ресурсов Мирового океана уже сама, но себе оказывает все более сильное воздействие на его экосистему. Однако имеются и мощные внешние источники загрязнения — это атмосферные потоки и материковый сток. В результате на сегодняшний день можно констатировать наличие загрязняющих веществ не только в зонах, прилегающих к материкам, и в районах интенсивного судоходства, но и в открытых частях океанов, включая высокие широты Арктики и Антарктики. Научный подход к решению проблем океана заключается в изучении закономерностей функционирования его как единой природной системы, определении пространственной и функциональной неоднородности океана, выяснении характера и интенсивности антропогенного воздействия на разные блоки океанической природно-хозяйственной системы.

Чтобы понять целое, необходимо рассмотреть взаимодействие его частей. Океан неоднороден по физико-географическим условиям. Элементы его структуры, отличающиеся по характеру природных процессов, разделяют так называемые активные граничные поверхности: 1) контакт поверхностной толщи океана с атмосферой; 2) контакт океана с сушей (морские мелководья, шельф); 3) контакт океана с дном; 4) контакт между различными по физико-химическим свойствам и происхождению водными массами — слои скачка и фронты в океане¹.

Активные граничные поверхности являются одновременно и областями бурно протекающих биологических процессов. В. И. Вернадский первым отметил развитие пленок жизни на поверхности и дне океана, он же выделял в прибрежных районах поражающие богатством сгущения жизни. Этим пленкам и сгущениям жизни принадлежит ключевая роль в механизме поддержания экологического равновесия во всей биосфере. Живое вещество океана вносит свой вклад в сохранение газового состава атмосферы, регулирует химическое равновесие океанических вод, влияет на процессы образования осадочных горных пород, формирование берегов и подводного рельефа.

Деятельность человека ныне распространяется на всю акваторию океана. При этом происходит пространственно-временная поляризация антропогенного воздействия, складывается неоднородная природно-хозяйственная структура океана, тесно связанная с его физико-географическими особенностями. В ней выделяются: 1) поверхностная зона рыболовства и мореплавания; 2) дно океана как перспективная зона добычи металлоносных осадков; 3) прибрежная зона освоения биологических, минеральных, энергетических, рекреационных ресурсов, интенсивного жилого, промышленного, гидротехнического строительства; 4) фронтальные зоны повышенной биологической и промысловой продуктивности^[3][4].

Итак, в структуре океана выделяются контактные зоны, для которых одновременно характерны максимальная напряженность физико-географических и биологических процессов и деятельность человека, обусловливающая истощение ресурсов и загрязнение. Граничные поверхности при этом не являются непреодолимыми барьерами. Напротив, здесь вещество и энергия интенсивно переходят из одной природной системы в другую. Циклы массои энергообмена не только связывают географическую оболочку планеты (атмосферу, гидросферу, часть литосферы и биосферу), материки и океаны в единое целое, но и поддерживают устойчивость океана как единой природной системы.

В географической оболочке постоянно осуществляется жизненно важный круговорот влаги. Основным источником, питающим наши реки водой, в конечном счете служит влага, испарившаяся с поверхности океана, принесенная в облаках и выпавшая на сушу в виде атмосферных осадков. Океаны представляют собой огромные депрессии в рельефе Земли, куда устремляется сток поверхностных вод суши. За исключением небольшого числа замкнутых бессточных котловин, самые отдаленные участки Земли промываются поверхностными водами. Ручейки впадают в реки, а реки несут свои воды в моря и океаны. При довольно высокой скорости течения в среднем вода из верховьев рек достигает океана всего за 12 дней. Это значит, что отбросы, попавшие в реку за тысячи километров от океана, очень скоро окажутся в нем. Площади же речных бассейнов огромны: реки вбирают в себя и несут в океан не только сточные воды городов, но также ядохимикаты и удобрения с полей¹.

Поступающие со стоком рек загрязняющие вещества выходят далеко за пределы прибрежных вод. Океан представляет собой единое целое благодаря мощным циркуляционным процессам. Воды океанов и морей связаны течениями, даже внутренние моря типа Черного интенсивно участвуют в обмене вод с океаном. Морские течения способны многократно увеличивать ареал загрязнения. Известны примеры присутствия ядохимикатов, смытых с полей, у берегов Антарктиды. Здесь они, пройдя по пищевой цепи, обнаруживаются даже в теле пингвинов. Пространственно-временной спектр течений очень широк. Это связано со сложностью и изменчивостью полей ветра и атмосферного давления, с изрезанностью береговой линии и рельефа дна, с плотностной неоднородностью вод. Именно эти факторы определяют скорость и направление течений в океане. Столь же широк и разнообразен спектр волновых движений в океане — от коротких и короткопериодных ветровых волн до планетарных волн (волн Россби) с периодами, превышающими несколько суток, и длинами от нескольких десятков до нескольких тысяч километров. Динамическая неустойчивость течений и волновых процессов порождает в океане разномасштабные вихри — турбулентность, которая приводит к турбулентной диффузии вещества, а в конечном итоге — к перемешиванию вод и сглаживанию контрастов в распределении физических, химических и биологических характеристик вод. Весьма существенное значение для перераспределения свойств вод имеют и вертикальные движения частиц воды, в особенности прибрежные апвеллинги (это процесс, при котором холодные богатые биогенами глубинные воды морей и океанов поднимаются к поверхности) ветрового происхождения, апвеллинги и даунвеллинги (опускание поверхностных вод на глубину), связанные с конвергенцией и дивергенцией течений^[3][4].

На чисто динамические процессы в океане накладываются и термодинамические, обусловленные прежде всего изменением теплового и солевого баланса поверхности океана. В частности, охлаждение и испарение вод океана приводят в определенные периоды к интенсивному конвективному перемешиванию, с которым связаны многие важные процессы в экологии океана. Именно в результате названных явлений и происходят перенос и диффузия физико-химических свойств вод, а также формирование внутренних граничных поверхностей в океане — слоев скачка и фронтальных разделов.

Особенно важна оценка переноса и диффузии загрязнений в глубоководных котловинах и желобах, которые уже сейчас открыто или тайно используются для захоронения вредных отходов производства. Доказано, что, несмотря на кажущуюся стагнацию вод и сероводородное заражение глубин, существует медленное перемешивание всей толщи Черного моря. Точно так же нельзя говорить о гидрологической изоляции глубоководных впадин океана. Это должно служить основанием для международного соглашения, запрещающего захоронение ядовитых и радиоактивных отходов в глубинах океана.

Единство океана как системы поддерживается биологическим круговоротом. Океан заполнен жизнью от поверхности до максимальных глубин. Однако отправным пунктом этого круговорота служит верхняя, освещаемая Солнцем толща вод. Главным производителем первичной биопродукции в океане является фитопланктон — микроскопические водоросли, плавающие в толще воды. Дальнейшие звенья круговорота включают мелких животных, питающихся фитопланктоном, и хищников разных порядков, поедающих свои жертвы. Потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, они способствуют многообразию жизни в океане. Наконец, редуценты, разлагая органические вещества до минеральных, возвращают их к началу круговорота¹. В рассмотренной цепочке пищевых связей биомасса каждого последующего звена приблизительно в десять раз меньше биомассы предыдущего. Переход с одного уровня потребления на другой сопровождается огромными энергетическими затратами.

Для нагула 1 кг массы крупной хищной рыбе требуется 10 кг мелких рыб, 100 кг зоопланктона и 1000 кг фитопланктона^[3][4].

Важно оценить, насколько существенно для экосистемы океана вмешательство человека в этот естественный биологический круговорот. Мировой вылов в море непрерывно возрастает, достигнув более 80 млн т/год (без водорослей и млекопитающих), что в 7—8 раз превышает вылов во внутренних водоемах. Годовой прирост вылова в море составляет 1—5 млн т/год. Существенно, что в последние годы увеличивается продукция морской аквакультуры (6 млн т водорослей, беспозвоночных и рыб). Хотя средняя рыбопродуктивность Мирового океана достигла 230 кг/км^[4], шельфовых зон океана — 1350 кг/км^[4], а в отдельных промысловых районах — 3000 кг/км^[4], это составляет всего 0,018% первичной продукции, что значительно меньше рыбопродуктивности озер, водохранилищ (0,1—0,3% первичной продукции) и удобряемых прудов (0,5—2,0% первичной продукции)^[3].

В прибрежных мелководьях, занимающих 13% площади океанов, продуцируется 40% органического вещества; здесь вылавливается более 90% рыбы. Вместе с тем это зона наиболее активного антропогенного воздействия. Около 65% населения Земли живет в пределах 500 км от морских побережий; около 50% городов с населением более 1 млн человек расположено около устьев рек и заливов океанов¹.

Из приведенных общих оценок, однако, нельзя делать вывод о возможности неограниченной и неоглядной эксплуатации биологических ресурсов Мирового океана. Для традиционных объектов интенсивность промысла достигла предела, и дальнейшее его развитие может привести к серьезным экологическим последствиям.

Как считают многие ученые, развитие морского промысла должно идти по пути расширения вылова объектов низкого трофического уровня (мезопелагических рыб, кальмаров, криля) и перехода от промысла-охоты к созданию «экосистемиого рыбного и марикультурного хозяйства». Это, по оценке П. А. Моисеева^[13][14], позволит по крайней мере втрое увеличить биологическую продукцию, добываемую в океане. Учитывая то, что прирост населения нашей планеты существенно опережает темпы увеличения продукции сельского хозяйства, такой резерв белковой пищи для человечества представляется важным.

• [1] См.: British Petroleum, Statistical Review of World Energy. March, 2016.
• [2] См.: Петров К. M. Геоэкология.
• [3] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [4] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [5] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [6] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [7] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [8] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [9] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [10] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [11] См.: Петров К. М. Биогеография океана.
• [12] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [13] См.: Данилов-Дапилъяи В. Я., Лосев К. С., Рейф Я. Е. Перед главным вызовом цивилизации: Взгляд из России.
• [14] Моисеев П. А. Долгопериодные изменения климата и рыболовство России // Биопро-мысловые и экономические вопросы мирового рыболовства: ОИ/ВНИЭРХ. 1997. Вып. 2.