У этого термина существуют и другие значения, см. Мёртвая зона.
Карта мира. Красными кругами обозначено местоположение и размер «мёртвых зон». Чёрные точки показывают, где наблюдались «мёртвые зоны», но их размер неизвестен. Карта опубликована на ресурсе earthobservatory.nasa.gov в 2008 году[1].
Эта статья — о снижении содержания кислорода в прибрежных районах и озёрах. Об исчезновении кислорода в глубинах океана см. Дезоксигенация океана[англ.]; о природных бескислородных водных бассейнах см. Бескислородные воды[англ.].
Мёртвые зоны (англ.Dead zones) — так в англоязычной гидрографии называют гипоксические (т. е. с низким содержанием кислорода) области в мировом океане и крупных озёрах. Гипоксия[англ.] возникает, когда концентрация растворённого в воде кислорода (далее — РК) опускается до отметки 2 мг/литр и падает ниже[2]. Когда водоём испытывает такую гипоксию, его флора и фауна начинают изменять поведение, чтобы достичь участков воды с более высоким содержанием кислорода. Когда содержание РК в водоёме становится ниже 0,5 мг/литр, наступает массовая смерть. Такие явления фиксировались давно, они были естественного (природного) происхождения, однако с 1970-х годов океанографы начали отмечать увеличение числа таких случаев и размера мёртвых зон. Они фиксируются вблизи населённых побережий, где наиболее сконцентрирована водная жизнь[англ.].
Программа ООН по окружающей среде сообщила в 2004 году о 146 мёртвых зонах в мировом океане, где морская флора и фауна не могли существовать из-за низкого содержания кислорода. Площади этих зон варьировались от 1 до 70 000 км². Исследование 2008 года заявило о 405 таких мёртвых зонах в мировом океане[2][3][4].
Мёртвые зоны часто возникают из-за гниения водорослей во время цветения воды. Фото сделано над поселением Ла-Холья (Калифорния) в 2005 году.
Прибрежные регионы, такие как Балтийское море, северная часть Мексиканского залива[5][6][7] (здесь площадь мёртвой зоны в 2017 году оценивалась в 22 730 км²[8]) и Чесапикский залив, а также крупные закрытые водоемы, такие как озеро Эри, пострадали от дезоксигенации из-за эвтрофикации. Избыток питательных веществ поступает в эти системы с реками, в конечном счёте из городских и сельскохозяйственных стоков, и усугубляется обезлесением. Эти питательные вещества приводят к повышенному образованию органического материала, который опускается на дно и потребляет кислород для дыхания.
Считается, что увеличение количества и площади мёртвых зон связано с глобальным потеплением и деятельностью человека[11].
Эти «мёртвые зоны» вызваны избытком азота, содержащегося в сельскохозяйственных удобрениях, сточных водах и выбросах транспортных средств и фабрик. В результате того, что эксперты называют «азотным каскадом», неочищенные химические вещества попадают в океаны и вызывают размножение планктона, который, в свою очередь, истощает запасы кислорода в воде. В то время как рыба может спастись от этого удушья, медлительные донные существа, такие как моллюски, омары и устрицы, имеют гораздо меньше шансов на спасение[12].
Пресноводные и морские мёртвые зоны могут быть вызваны увеличением содержания питательных веществ (особенно азота и фосфора) в воде, — это явление известно как эвтрофикация. Эти питательные вещества являются основными строительными блоками одноклеточных растительноподобных организмов, которые живут в толще воды и рост которых частично ограничен доступностью этих материалов и элементов. При наличии бо́льшего количества доступных питательных веществ одноклеточные водные организмы (водоросли и цианобактерии) получают ресурсы, необходимые для того, чтобы начать размножаться с экспоненциальной скоростью. Экспоненциальный рост приводит к быстрому увеличению плотности определенных видов этого фитопланктона, явлению, известному как цветение воды[13][14].
Мёртвые зоны могут быть вызваны как природными, так и антропогенными факторами. Естественные причины включают прибрежный апвеллинг, изменения в ветре и характере циркуляции воды. Среди реже распространённых факторов — длительное пребывание в воде, высокие температуры и высокий уровень проникновения солнечного света через толщу воды[англ.][15].
Типы
Мёртвые зоны могут быть классифицированы по типу и по продолжительности существования[16]:
Постоянные мёртвые зоны — это глубоководные объекты, содержание кислорода в которых редко превышает 2 мг/л
Временные мёртвые зоны — это недолговечные объекты, существующие считанные часы или дни
Сезонные мёртвые зоны возникают ежегодно, как правило, в тёплые месяцы лета и осени
Циклическая гипоксия Диэля — это специфическая сезонная мёртвая зона, которая становится гипоксической только ночью
Последствия
Образование в мировом океане крупных мёртвых зон негативно влияет на рыболовство. Также в мёртвых зонах погибают кораллы[17]. А вот медузы в мёртвых зонах чувствуют себя вполне комфортно, есть даже такое понятие как «цветение медуз»[18]. В больших количествах они производят, естественно, огромное количество слизи, и это приводит к серьёзным изменениям в пищевых сетях, поскольку этой слизью питаются весьма немногие организмы[19]. «Цветение медуз» снижает количество отдыхающих на прибрежных курортах.
Мёртвые зоны также уничтожает так называемые «луга морской травы[англ.]». Водоросли являются одновременно источником и поглотителем кислорода в окружающей толще воды и донных отложениях. Ночью давление кислорода во внутренней части водорослей линейно связано с концентрацией кислорода в толще воды, поэтому низкие концентрации кислорода в толще воды часто приводят к гипоксии тканей водорослей, что в конечном итоге может привести к их гибели. Косвенно гибель и деградация водорослей угрожает многочисленным видам, которые используют их как укрытие или как пищу[17][20].
Мангровые леса также погибают, если в них возникают продолжительные по времени мёртвые зоны[21].
Местонахождение крупных мёртвых зон
В 1970-х годах мёртвые зоны были впервые отмечены в насёленных районах, где интенсивное хозяйственное использование стимулировало научное изучение: в Чесапикском заливе (США), в проливе Каттегат (Скандинавия), который является устьем Балтийского моря, и в других важных местах рыболовства в Балтийском море, в Чёрном море, и в северной Адриатике.
Также мёртвые зоны зафиксированы в прибрежных водах Южной Америки, Китая, Японии и Новой Зеландии. Исследование 2008 года сообщило о 405 мёртвых зонах по всему миру[3].
Балтийское море
Некоторые из причин резкого увеличения мертвых зон могут быть связаны с использованием удобрений, крупными животноводческими фермами, сжиганием ископаемого топлива и стоками с муниципальных очистных сооружений. Учитывая его огромные размеры, Балтийское море лучше анализировать по отдельным районам, а не в целом. Исследователи данного вопроса разделяют Балтику на девять подзон[22].
Чесапикский залив
Как сообщает National Geographic, «в Чесапикском заливе, на Восточном побережье США, в 1970-х годах была обнаружена одна из первых мёртвых зон, из когда-либо выявленных. Высокий уровень содержания азота в Чесапике обусловлен двумя факторами: урбанизацией и сельским хозяйством. Западная часть залива полна фабрик и городских центров, которые выбрасывают азот в воздух. Атмосферный азот составляет около трети всего азота, поступающего в залив. Восточная часть залива является центром птицеводства, которое производит большое количество помёта.»[23]
Река Элизабет (штат Виргиния, США)
Эстуарий короткой (10 км), но полноводной реки Элизабет[англ.] имеет большое значение для крупных городов Норфолк, Чесапик, Верджиния-Бич и Портсмут. Она уже много десятилетий загрязняется азотом и фосфором, а также токсичными отходами судостроительной промышленности, военных, крупнейшего в мире предприятия по экспорту угля, нефтеперерабатывающих заводов, погрузочных доков, объектов по ремонту контейнеров и других предприятий, поэтому выловленная здесь рыба «запрещена к употреблению с 1920-х годов»[24].
Озеро Эри
Сезонная мёртвая зона существует в центральной части озера Эри к востоку от национального парка Пойнт-Пили до песчаной косы (небольшого поселения) Лонг-Пойнт[англ.] и простирается до берегов Канады и США. С июля по октябрь она заметно увеличивается и может достигать площади 10 000 км²[25]. Озеро Эри имеет избыток фосфора из-за сельскохозяйственных стоков, которые ускоряют рост водорослей, что затем способствует возникновению гипоксических условий[26][27]. Впервые эта мёртвая зона в озере была замечена ещё в 1960-х годах[28]. Как в 2018 году заявил официальный сайт города, эта мёртвая зона угрожает проблемами с питьевой водой для Кливленда[29]. В конце лета питьевая вода в городе обретает «всепроникающий запах и коричневатый оттенок»[30].
Орегон и Вашингтон
Крупная мёртвая зона существует у берегов штатов Орегон и Вашингтон, в 2006 году учёные сообщили о её площади: 2999 км²[31]. Сильные поверхностные ветры в период с апреля по сентябрь вызывают частые апвеллинги, которые приводят к увеличению цветения водорослей, делая гипоксию сезонным явлением[32]. Впервые эта мёртвая зона была зафиксирована в 2002 году[33]. Особенно эта мёртвая зона влияет на промысловую добычу крабов[34]. В 2009 году учёные из Орегонского университета сообщили о «тысячах и тысячах задохнувшихся крабов, червей и морских звёзд на морском дне гипоксической зоны»[35].
Мёртвая зона Мексиканского залива. Оранжевый — содержание кислорода в воде 2—2,5 мг/л (морская жизнь держится на пределе возможностей), тёмно-оранжевый и красный — рыба уходит, малоподвижные донные организмы погибают. Данные 2011 года.
Мексиканский залив
Область временной гипоксии придонных вод, которая наблюдается бо́льшую часть лета[36] у берегов Луизианы в Мексиканском заливе[37], является крупнейшей мёртвой зоной в США[38]. В Мексиканский залив впадает крупнейшая река страны, Миссисипи, которая привносит в него много питательных веществ, таких как нитраты и фосфор. В 2009 году в бюллетене НУОиАИ было сказано: «70 % питательных веществ, вызывающих гипоксию, являются результатом этого обширного дренажного бассейна», который включает в себя сердце агробизнеса[англ.] США — Средний Запад. Сброс очищенных сточных вод из городских районов (около 12 миллионов кубометров в 2009 году) в сочетании с сельскохозяйственными стоками ежегодно приводит к попаданию около 1,7 миллиона тонн фосфора и азота в Мексиканский залив[39].
Площадь мёртвой зоны ежегодно разная, от 39 км² (1988 год) до 22 730 км² (2017 год)[40][41].
Впервые о наличии мёртвой зоны в заливе сообщили ловцы креветок в 1950 году, но учёных она заинтересовала лишь два десятилетия спустя, когда размер зоны заметно увеличился[42]. В 2007 году была обнаружена ещё одна мёртвая зона в заливе — в месте впадения в него реки Бразос.
↑Morgane Le Moal, Chantal Gascuel-Odoux, Alain Ménesguen, Yves Souchon, Claire Étrillard, Alix Levain, Florentina Moatar, Alexandrine Pannard, Philippe Souchu, Alain Lefebvre , Gilles Pinay. Eutrophication: A new wine in an old bottle?Архивная копия от 4 марта 2024 на Wayback Machine (англ.) // Science of the Total Environment // 13 сентября 2018 // vol. 651, pt. 1 // стр. 1—11