УДК 551.463(210.5).002.637
Крыленко В.И., Крыленко В.В., Дзагания Е.В.
АНАЛИЗ АКВАГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И
САМООЧИЩЕНИЯ ПРИБРЕЖНОЙ АКВАТОРИИ МОРЯ
Донецк 2006 УКРАИНА ООО <ЭКОТЕХНОЛОГИЯ>
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение::::::::::::::::::::::::::::::::.. 2
1. Аналитический обзор последствий антропогенного загрязнения моря
основными видами загрязнителей :::::::::::::::::::::::::::. 4
2. Воздействия деятельности человека в море на загрязнение прибрежной
акватории :: 16
3. Анализ аквагенных процессов и явлений, как источников загрязнения
прибрежной акватории моря :::::::::::::::::::::::: 35
3.1. Краткие сведения о состоянии прибрежной шельфовой экосистемы 36
3.2. Воздействия гидродинамических процессов и явлений в береговой зоне
как факторов, источников и причин загрязнения и самоочищения прибрежной
акватории моря ... 38
3.3. Воздействия гидрохимических и биотических факторов :::::::::: 50
3.4. Воздействия геодинамических процессов и явлений ::::::::::... 56
3.5. Характеристика берегов Черного моря с точки зрения
возможности образования загрязнителей моря :::::::::::::::... 59
3.6. Влияние специфических особенностей Черноморского побережья
Кавказа на возможность загрязнения и самоочищения прибрежной акватории 62
4. О роли природных и антропогенных процессов в самоочищении
прибрежной акватории моря :::::::::::::::::::::.. 68
5. Сравнительная оценка аквагенных источников загрязнения
прибрежной акватории моря :::::::::::::::::::::::. 101
ВЫВОДЫ ..::::::::::::::::::::::::::::::: 105
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ::::::::::::::::::::::::. 124
Введение
В послании Генерального секретаря ООН А.Кофи Аннана (1998) [1]
отмечено, что на побережьях океанов, занимающих свыше 70% поверх-
ности Земли, проживает почти 2/3 всего населения, а через 20 лет населе-
ние там возрастет до 7 млрд. человек, причем их существование зависит
от состояния окружающей среды в прибрежной зоне. Слишком долго
считали, что океанские ресурсы неисчерпаемы, а океанскую среду рас-
сматривали как бездонную свалку, куда сбрасывали отходы. Однако те-
перь океаны уже достигли предела своих возможностей и не могут боль-
ше ассимилировать отходы человеческой деятельности. Самым отрица-
тельным следствием экономической деятельности человека в береговой
зоне морей и океанов считают загрязнение прибрежных вод, прибрежной
полосы суши (включая пляжи) и воздушного бассейна, о чем в последние
десятилетия много говорили и писали. Большая часть загрязняющих
веществ поступает в море с берега [2]. Практически все источники за-
грязнения имеют непосредственную связь с берегом или сушей, хотя не-
которые из них могут иметь и морское происхождение (поступление ра-
диоактивных материалов при авариях атомных подводных лодок, нефти
с морских нефтяных промыслов или из танкеров, потерпевших аварию в
море; твердого мусора, в изобилии выбрасываемого в море с морских су-
дов во время рейсов, и многих других веществ). Несомненно, самым
мощным источником загрязнения является нефть [3]. Особенно тяжелые
последствия возникают при авариях супертанкеров, которые, как пра-
вило, происходят именно в прибрежных водах. Нефть особенно опасна
потому, что она действует и как отравляющее вещество, и как разруши-
тель трофических цепей в море (при уничтожении одних организмов
гибнут и другие, питающиеся ими), нефтяные пленки препятствуют ис-
парению с водной поверхности и аэрации водной толщи, что подрывает
условия обитания организмов планктона и нектона; оседая на дно, неф-
тепродукты заражают грунт, уничтожая тем самым бентос [3-4].
Черное море и его окружение - очень важный район в развитии
культуры, промышленности, сельского хозяйства с древнейших времен. Оно
является бассейном стока многих рек Европы и Зап. Азии, воды которых
привносят огромное количество загрязняющих веществ; слабая связь со
Средиземным морем определяет застойный характер его вод и накопление
этих веществ в Черном море. Интенсивно происходит загрязнение моря
удобрениями и пестицидами, смываемыми с обширных сельскохозяйственных
площадей, что активизирует процессы эвтрофирования [5]. Для координации
усилий по защите Черного моря от загрязнения под эгидой ООН создан План
действий по Черному морю, однако, в связи с распадом СССР, он практически
не реализуется. Пока действует объединенная программа научных
исследований Черного моря, в рамках которой проведено несколько научно-
исследовательских работ. От решения проблем охраны окружающей среды за-
висит будущее планеты. События последних десятилетий убедительно свиде-
тельствуют, что процесс тотального загрязнения морской среды можно приос-
тановить лишь в том случае, если все члены международного сообщества объ-
единят свои усилия на самых разнообразных уровнях: универсальном, регио-
нальном, субрегиональном, национальном, местном [6]. Проблема охраны
морской среды комплексная - и по многочисленности источников загрязне-
ния, и по вредным последствиям, и по мерам, которые нужно принять для
предотвращения и ликвидации опасных последствий. Интенсивное освоение
территорий прибрежной зоны моря ведет к перестройке механизмов природ-
ных процессов. От того, будет ли происходить органическое сочетание интере-
сов освоения с законами природных систем, зависит эффективность использо-
вания осваиваемых территорий в будущем. Поэтому необходимо учитывать
наличие критического предела, при превышении которого возмущающие воз-
действия перестают погашаться природной системой и становятся катастро-
фически разрушительными.
В нашей стране особое место занимают Черное и Азовское моря с их
уникальными экосистемами и побережьем, где сосредоточена основная
масса здравниц, зон отдыха, туризма и экскурсий, где особую актуаль-
ность и первостепенное, первоочередное значение приобретает необхо-
димость решения проблемы защиты береговой и прибрежной зон от за-
грязнения природными и антропогенными процессами и явлениями,
протекающими как в береговой зоне, так и за её пределами.
В данной рукописи даны анализ особенностей и общая характеристи-
ка аквагенных источников и процессов загрязнения и самоочищения
прибрежной акватории моря (в основном на примере Российского секто-
ра Черноморского побережья Кавказа). Анализ особенностей и общая ха-
рактеристика терригенных источников загрязнения прибрежной аква-
тории моря даны в нашей рукописи [7]. Работа выполнена авторами по
своей инициативе и в основном самостоятельно, с использованием дос-
тупных сведений по теме. Авторы выражают благодарность
М.В.Крыленко - за помощь в обработке материалов рукописи и
В.И.Крыленко - за сбор и обработку материалов и подготовку их к пуб-
ликации.
1. Аналитический обзор последствий антропогенного загрязнения
моря основными видами загрязнителей
1.1. Органические вещества и биогены
Э.В.Макаров с соавт. [8] на основании комплексного химико-
биологического исследования состояния прибрежной акватории северо-
восточной части Черного моря от Керченского предпроливья до Сочи пришли
к выводу, что наблюдавшиеся невысокие концентрации антропогенных
токсикантов могут создавать иллюзию экологического благополучия. Но
периодически обнаруживаемое повышенное содержание загрязняющих
веществ заслуживают большего внимания, основанием для чего служат также
результаты исследований по накоплению токсичных соединений
черноморскими рыбами, наряду с другими показателями, отчетливо
отражающими неблагополучную экологическую обстановку, сложившуюся на
Черном море, в том числе в его северо-восточной части.
Специалистами ВНИРО и ГУАК Минприроды РФ [9] рассмотрены про-
блемы предотвращения загрязнения морской среды и смягчения антропоген-
ной нагрузки в прибрежных районах северо-восточной части Черного моря -
области повышенного экологического риска вследствие преобладания кон-
турных биотопов и существенного антропогенного воздействия. Выполненный
системный анализ токсикогенной нагрузки, гидрологической обстановки, гид-
рохимического и гидробиологического состава вод позволил идентифициро-
вать основные источники загрязнения региона. Отмечена сложная динамиче-
ская ситуация района. Для уменьшения эвтрофировании и сокращения за-
грязнения разработаны и осуществляются меры по сокращению токсикоген-
ной нагрузки из особо опасных объектов.
С.И.Шапоренко [10], отметив существование участков периодически экс-
тремально высокого загрязнения, пришел к выводу, что в основном прибреж-
ные воды относятся к слабо загрязненным. Отмечена сложная динамическая
ситуация в загрязнении морской среды от Керченского пролива до Батуми
[11]. Органическое вещество является одним из наиболее важных компонентов
морской экологической системы, взаимосвязанных с продуктивностью моря.
Для решения практических задач прогнозирования состояния экосистемы
требуется знание количественных и качественных характеристик органиче-
ского вещества морских вод и донных отложений. Наиболее репрезентатив-
ными для этой цели являются сведения о групповом и индивидуальном соста-
ве органических веществ вод и осадков на различных этапах биологического
круговорота. Имеющаяся в литературе и спецфондах обширная информация
по органическому веществу вод и отложений моря представлена, как правило,
такими недостаточно детерминированными прямыми и косвенными показа-
телями, как перманганатная окисляемость (ПО, мг/л), содержание органиче-
ского и валового азота и фосфора (Nорг, Рорг, Nвал, Рвал, мкг/л), содержание
органического вещества в донных отложениях (Сорг, Nобщ, Робщ, %) и др., а
также величинами, характеризующими скорость окисления органического
вещества воды и осадков: ДВ, мг/(л*сут); БПКдо, г/(м2*сут). Показатели харак-
терных содержаний органического вещества в воде и донных отложениях
Азовского моря по данным [12] приведены ниже в таблице 1. Сравнение ско-
рости биохимического окисления органического вещества при различных
температурах (Кtо, К20о) свидетельствует, что термические условия являются
основным фактором, лимитирующим скорость процесса разложения органи-
ческого вещества в весенний период. Cвидетельством наличия в морской воде
значительного количества веществ, способных к дальнейшему окислению,
является вели-
Таблица 1
Пери-
од на-
блю-
дений
Воды
Донные отложения
коэф. скоро-
сти биохим.
окисления,
сут-1
ДВ,
мг/(л*
сутки)
БПК5,
20оС,
ПО,
мг/л
J,
ПО,
мг/л
БПКд
о
г/м2*с
ут
БПКд
о
Сорг,
г/
м2*су
т
хлоро-
филл,
Сорг, %
кароти-
ноиды,
Сорг, %
Кtо
К20о
ап-
рель
0,064
0,168
0,3
0,29
3,9
1,5
0,94
0,23
0,98
июль
0,09
0,074
0,49
-
-
2
1,44
0,2
1,16
ав-
густ
0,13
0,97
0,83
0,39
3,1
2,9
-
-
-
ок-
тябрь
0,03
0,034
0,27
0,24
1,7
2,8
1,76
0,28
1,57
чина иодного числа и перманганатной окисляемости, достигающая
максимальных значений весной (3,9). Летом интенсивность деструкции
органического вещества (0,83 мг/(л*сут)) и одновременно его новообразование
в процессе фотосинтеза приводит к увеличению доли биохимически
нестойкого вещества до 39%. Но уже летом намечается тенденция к
уменьшению резерва лабильных легкоокисляемых веществ в водной толще.
Интенсивность процесов минерализации органического вещества в донных
отложениях определяется как термическими условиями, так и количеством и
качеством органического вещества поверхностного слоя осадков, которые тес-
но связаны с продукционными процессамив водной толще. Наблюдаемое
уменьшение скорости процесса окисления органического вещества в воде от
весны к осени сопровождается высоким уровнем потребления кислорода по-
верхностным слоем донных отложений. Одновременно отмечается тенденция
к накоплению органического вещества в осадках.
Оценка влияния пестицидов на экологическое состояние Азово-
Черноморского бассейна (на примере северо-западного шельфа Черного моря)
дана в работе [13]. Содержание пестицидов и ряда др. загрязнителей в поверх-
ностных водах РФ приведено работе [14], где дана оценка выноса органиче-
ских веществ, биогенных элементов, нефтепродуктов и хлорорганических пес-
тицидов реками РФ. Исследования в период 1983-1995гг. [15] показали, что
значительная часть пестицидов (ДДТ и гамма-ГХЦГ) аккумулируются в дель-
тах рек (в данном случае - Днепра и Южного Буга); вынос в лиман изменяется
от 0,08 до 1,4 т/год при изменении концентрации в воде в устье от нуля до 346
нг/л. С 1991г. вынос и содержание хлорорганических пестицидов (ХОП) резко
уменьшился. Л.А.Чаленко с соавт. [16] дали анализ распределения хлор- и
фосфорорганических пестицидов в донных отложениях 20-мильной зоны рос-
сийского сектора Черного моря в 1990-91гг., рассмотрели пути поступления,
осаждения и накапливания пестицидов в донных осадках. В Туапсинском и
Сочинском районах выявлены аномалии со значениями, на порядок превосхо-
дящими ПДК.
В модельных экспериментах оценен биофильтрующий потенциал россий-
ских вод Финского залива [17]. Установлено накопление пентахлорфенола
(применяемого в деревообрабатывающей промышленности) в донных отло-
жениях пролива Юж. Эвбоик (Греция) [18]. Исследованы источники и
распределение полихлорированных дибензо-р-диоксинов и дибензо фуранов в
отложениях лагуны Венеция (Адриатическое море) [19]. Эти весьма опасные
вещества с широким спектром бластомо-канцерогенных, генетических,
гонадо-эмбриотропных и др. действий обычно образуются при сжигании
топлив и в химических производствах, Выявлены два источника диоксинов: 1)
сбросы этилендихлорида и продуктов деятельности порта, 2) выбросы
транспорта (в том числе - водного), работающего на бензине и дизельном
топливе. Наиболее загрязненной частью лагуны является Большой канал, что
связано с интенсивным воздействием как стоков химического производства,
так и выбросов моторных лодок. Установлено умеренное загрязнение донных
отложений лагуны, хотя в них содержание загрязнителей значительно выше,
чем в отложениях в Адриатическом море.
U.Klaschka [20] проанализировала особенности токсикологических харак-
теристик отдельных видов загрязнителей атмосферы, морской воды и донных
отложений в районах морских бухт, устьев рек, морских побережий, нефтяных
платформ, трасс морского судоходства, а также предложила методологию
оценки экологического риска, связанного с отдельными видами стойких к де-
струкции загрязняющих веществ с учетом их способности к аккумуляции в
биомассе морских растений и микроорганизмов.
Вдоль черноморского побережья Турции исследовано содержание поли-
циклических ароматических углеводородов (ПАУ) в поверхностных слоях вод,
в донных отложениях и биоте. По мнению авторов, продолжение сброса сточ-
ных вод и дальнейшее расширение масштабов антропогенной деятельности
могут привести к токсическому состоянию донных отложений и загрязнению
вод портов и побережий. Накопление ПАУ в биоте может достигнуть канцеро-
генной опасности для человека [21].
Л.И.Белых с соавт. [22] на примере Байкала, Ангары и их притоков уста-
новили, что содержание бенз/а/пирена в воде и донных отложениях практиче-
ски полностью обусловлено деятельностью человека. G.P.Bigford [23]
установил, что соотношение С:N:Р в органическом веществе стоков и в
морской воде близки, поэтому влияние каждого из этих элементов трудно
оценить. Концентрация NO3- в поровой воде, питательных веществ и Сорг в
твердой фазе, глубина проникновения О2, величины потоков О2 и NН4+ могут
являться индикаторами состояния донных отложений в прибрежных водах,
куда поступает большое количество органического вещества. Cui Xian-Zhon с
соавт. [24] определили следы 11 видов бензольных углеводородов (бензол,
толуол, ксилол, ксилены, пропилы и др.) в заливе Яожу (Китай) на 12 станциях
с глубины 1м. Их содержание в морской воде составило порядка 10-9 г/л.
V.Ferreira с соавт. [25] исследовали накопление питательных веществ в
поверхностных слоях донных отложений (ПДО) прибрежной зоны Макао; по
сравнению с незагрязненными участками морского дна. ПДО в зоне влияния
сточных вод и аккумуляции тяжелых металлов представляют собой более
восстановленную среду.
При исследовании источников питьевого водоснабжения г.Эр-Рияд (2,8
млн. чел. населения) установлено, что в предварительно очищенной и
опресненной - обессоленной (охлаждение, химическое смягчение, фильтрация,
обратный осмос, хлорирование) морской воде (2/3 от общего объема в 1,3 млн.
м3/сут) содержится около 2 мг/л нитрат-иона (а в обработанных скважинных
водах - 8,5 мг/л NО3-) [26].
Химический состав органического вешества хозяйственно-бытовых
сточных вод (ХБСВ) отличается нестойкостью к биохимическому окис-
лению естественной популяцией микроорганизмов и представлен в ос-
новном белками, жирами и углеводами. Попадая в море, ХБСВ вносят в
растворенном и взвешенном состоянии вещества в концентрациях, кото-
рые не свойственны природным водам (высокое содержание органиче-
ских и биогенных минеральных соединений). Элементарный химический
состав (в % по массе) вещества ХБСВ и живых клеток приведен в табл. 2
[27].
Таблица 2
Элементы
кислород
углерод
водород
фосфор
азот
Трансформирован-
ные сточные воды
31,6
58
8,4
0,9
1,4
Живые клетки
30
55
8
1
6
в том числе: углево-
ды
49,38
44,44
6,18
-
-
липиды
17,9
69,08
10
2,16
0,61
протеины
22,4
51,3
6,9
0,7
17,8
Сходство в процентном соотношении органического вещества сточных вод и
живых клеток свидетельствует о том, что стоки представлены в основном про-
дуктами жизнедеятельности человека и биохимический распад его в море бу-
дет подчиняться тем же закономерностям, что и распад продуктов жизнедея-
тельности гидробионтов в море. Пониженное содержание азота в сточных во-
дах свидетельствует о том, что органическое вещество сточных вод большей
частью состоит из жиров и углеводов (крахмал, пектин, моносахариды), в ко-
торых мало азота. В шламах коммунальных стоков содержится 12% гумино-
вых веществ, 3% азота общего, 3,78% фосфатов, 9?13% жиров, 7?10% углево-
дов. В сточных водах значительное количество биогенных элементов - азота и
фосфора. Районы выпусков бытовых сточных вод получают огромное количе-
ство соединений азота в результате их выноса и нитрификации содержащихся
в сточных водах веществ при их распаде. Образующиеся при этом минераль-
ные формы азота вступают в круговорот азота в море, что может привести к
нарушению естественного гидрохимического режима акватории моря, испы-
тывающей влияние сточных вод. В последние три десятилетия резко возросло
количество фосфатов в сточных водах, что связано с тем, что в составе многих
моющих синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ) до 40% их
массы составляют полифосфаты. Кроме того, фосфаты образуются при дест-
рукции нестойких органических веществ. Количество минеральных соедине-
ний углерода (гидрокарбонаты, карбонаты, двуокись углерода) в загрязнен-
ных сточных водах на 2?3 порядка превышает количество минеральных со-
единений азота и фосфора (примерно таково же их соотношение и в чистой
морской воде). Преобладающей (до 90%) формой углерода является гидрокар-
бонат-ион.
Поступление в морскую среду хозяйственно-бытовых и промышленных
сточных вод приводит к негативным последствиям. В зависимости от природ-
ных особенностей морского бассейна (интенсивность внутреннего и внешнего
водообмена, активности протекания гидрофизических и биохимических про-
цессов), масштабов загрязнения, уровня загрязненности вод, эффективности
существующих природоохранных комплексов, негативные последствия,
В.И.Зац с соавт. [27] сформулировали следующим образом:
- перенос и распространение загрязняющих веществ системами тече-
ний в отдаленные районы морского бассейна и загрязнение этих районов
(даже если там нет сбросов сточных вод);
- накопление загрязняющих веществ в определенных акваториях за
счет гидрофизических, термохалинных, морфометрических и др. факто-
ров;
- изменение химических свойств морских вод (осолонение, эвтрофиро-
вание, гипоксия, аноксия, появление токсичных веществ и др.);
- нарушение состояния морских экосистем, появление экологических
сдвигов, снижение продуктивности данной акватории или бассейна;
- снижение самоочищающей способности акватории, а в экстремаль-
ных ситуациях - пребладание эффектов накопления загрязняющих ве-
ществ над эффектом самоочищения;
- изменение качества морских вод в аспекте использования для нужд
рекреации (мутность, неприятные запахи, появление патогенной микро-
флоры, чужеродной для данного бассейна).
1.2. Радиоактивные вещества
После Чернобыльской катастрофы в бассейне Черного моря произошло
интенсивное атмосферное выпадение радионуклидов [5]. Высокорастворимые
изотопы (Сs137) мигрируют в воде, а более реакционноспособные (Се144, Ru106и
др.) сорбируются на взвешенных частицах или мигрируют на глубину. Из
атмосферы выпадали и продукты ядерных взрывов. Предполагается, что из
поверхностных вод Сs137 может быть удален в течение 100?200 лет, а Се144 и
Ru106 перенесены в более глубокие слои в течение нескольких лет. E.J.Hamilton
[28] при исследованиии радиоактивности морской среды установил, что
высокая радиоактивность изотопов из прибрежных вод Великобритании
увеличивается и радионуклиды обнаружены на расстоянии 2500 км, где они
составляют около 45% от их объема у источников в Сев. Атлантике.
Установлено, что после 18 лет работы Тарапурской АЭС (Индия) и 12 лет
работы завода по переработке ядерного топлива радиоактивность в морской
экосистеме в целом и в отдельных ее частях лишь незначительно превышает
природную фоновую [29].
В.Scwarzec [30] исследовал содержание радионуклидов (полония, урана,
плутония) в отдельных компонентах экосистемы южной части Балтийского
моря (фито- и зоопланктон, фито- и зообентос, рыбы), процессы их
аккумуляции в трофической цепи. Радионуклиды Ро210 и Рu269 интенсивно ак-
кумулируются некоторыми видами биоты: среднее значение фактора биоак-
кумуляции находится в пределах 9*102?3,5*104. Водоросли, бентосные живот-
ные и рыбы накапливают изотопы U (в основном U238 и U234) в незначительной
степени: среднее значение фактора биоаккумуляции составляет 1?55, что на
несколько порядков ниже величины фактора для Pu и Ро. Установлено, что
рыбы содержат значительное количество Pu и Ро, которое может быть
опасным при употредлении рыб в пищу. Однако годовое поступление изотопов
Ро, Pu и U (токсичных альфа-излучателей) в организм среднестатистического
жителя (в данном случае - Польши) при употреблении рыбы в пищу
эквивалентно 10 мБк, 7 мБк и 24 мБк соответственно, что значительно ниже
допустимого по нормам Международной комиссии по радиационной защите и
Научного комитета ООН по влиянию ядерных излучений. Система
кругообращения Ро, повидимому, отвечает системе . кругообращения
органического вещества; для распределения концентраций Pu и U большее
значение имеют процессы седиментации и диффузии из донных отложений в
более глубокие воды моря.
P.W.Swarzenski с соавт. [31], исследовав распределение урана в
прибрежных водах около устьев рек Амазонка и Миссиссиппи, установили,
что растворенный в речной воде уран интенсивно адсорбируется
свежевыпавшими (в результате увеличения солености вод) гидрооксидами
железа и марганца в процессе флокуляции и агрегирования. В дальнейшем
переработка поверхностных слоев отложений приливо-отливными и
штормовыми течениями приводит к ресуспензированию илов и дальнейшему
переносу урана в направлении градиента эстуария. Концентрация урана в
шельфе изменяется от 0,01мкг/л у устья Амазонки до более 3мкг/л на удалении
от берега. Аномально высокий перенос урана наблюдается только в периоды
аномально высокой водности рек. Различия в распределении урана на шельфе
определяются геологическими и физико-географическими особенностями.
Источники урана - горные породы бассейнов рек, а на Миссиссиппи - смыв
фосфорных удобрений, содержащих уран.
1.3. Взвешенные вещества
Драгирование и перемещение грунтов в прибрежной зоне повышает
содержание взвешенных веществ у места работ [32]. Установлено [33], что ско-
рости осаждения иловых частиц морских донных осадков размером от 60?40
мкм до 5?1 мкм взвеси морских донных осадков, взятых в бухте Круглая
(г.Севастополь), составила от 384 до 35 мм/сутки соответственно. Время осаж-
дения частиц взвеси при свободном осаждении в столбе воды в 1м составила
около 28 суток. Исследовано поведение частиц, содержащихся в сбрасываемых
в океан по системе трубопроводов на глубину 80?100м обработанных стоках
[34].
1.4. Тяжелые металлы
Возникшая в начале XX века опасность загрязнения тяжелыми металла-
ми, имеет тенденцию к возрастанию [35]. К тажелым металлам относят хими-
ческие элементы, атомные кларки которых меньше массовых [36]: ванадий ,
хром, марганец, медь, кобальт, никель, цинк, мышьяк, молибден, кадмий,
ртуть, свинец, висмут, теллур, сурьму и др. Среди них особо опасны ртуть,
свинец, кадмий и их соединения. К критической группе химических элемен-
тов-индикаторов <стресса окружающей среды> относят ртуть, свинец, кадмий,
мышьяк, селен ([37]). Зарубежные эксперты (Дж.Мур, С.Рамамурти [38]) вы-
деляют Cd, Cu, As, Ni, Hg, Pb, Zn, Cr как наиболее опасные, а поэтому контроль
за их влиянием на геокомпоненты и ландшафтные системы должен быть
приоритетным.
В 200 км от центра Северного моря концентрацию ртути составила в
атмосферном воздухе 0,7?2,6 (в среднем 1,5) нг/м3 на одном судне и 0,7?1,9 (в
среднем 1,2) нг/м3 на другом судне [39]. Концентрация ртути в дождевой воде
составила 5?25нг/л, а ежегодное поступление ртути из воздуха в море - 1,08
нг/см2. Концентрация паров ртути в приземном слое атмосферного воздуха в
некоторых районов Центральной Европы (в частности, в долине и водосборе
реки Эльбы) может достигать 100 нг/м3, что более, чем в 30 раз выше фоновых
концентраций [39]. Считают, что образование растворенной газообразной рту-
ти (РГР) в поверхностном слое прибрежных морских вод и ее последующее
улетучивание является важным компонентом глобального цикла ртути. Ис-
следования в Мексиканском заливе (штат Техас) установили, что образование
РГР происходит под действием солнечного света [40]. Образовавшаяся РГР те-
ряется из водной фазы (константа скорости реакции первого порядка состав-
ляет 0,1ч-1), повидимому в результате ее окисления в присутствии хлоридов.
Источником образования около 60% РГР являются растворенная и коллоид-
ная фазы ртути. Образование РГР лимитируется содержанием восстанавли-
ваемых комплексов ртути (II-валентной). Основная часть РГР образуется в
утреннее время. Ее появление резко снижается при истощении субстрата;
дальнейшее появление РГР в небольших количествах связано с процессом
окисления Hgо, а затем уже с образованием из двухвалентной ртути. Скорость
образования РГР определяется интенсивностью солнечной радиации и глуби-
ной ее проникновения в воды (чему препятствует значительное содержание
взвешенных веществ в мелководной зоне), а скорость улетучивания - турбу-
лентными процессами в водных массах, температурой и глубиной от морской
поверхности. Исследовано поведение мышьяка и германия в морской воде
[41]. По данным [42] трибутилолово (ТБО), используемое в красках для днищ
судов, из красок поступает в морскую среду и аккумулируется в различных
частях морских экосистем. В Японии в гавани Осака изучен процесс
разложения ТБО микроорганизмами в природных условиях в поверхностных
водах и донных отложениях. Максимальные концентрации ТБО характерны
для плохо промываемых акваторий (до 0,033 мг/л в воде и до ?1 мг/л в донных
отложениях). Почти во всех случаях уже через 18 суток ТБО не обнаружено и
только на одной станции через 42 суток обнаружено остаточное содержание
0,16 мкг/л воды. Процесс разложения ТБО в отложениях почти аналогичен
процессу в воде. Разложение ТБО в воде происходит быстрее, чем в
отложениях, хотя в них уровень загрязнений значительно выше.
Рассмотрены возможные подходы к оценке экологического состояния
геологической среды прибрежной зоны моря, предложены два пути
реализации количественной оценки состояния геологической среды:
применение массового биотестирования в пределах исследуемых
субакваториальных геохимических ландшафтов и определение
биономической структуры донных сообществ [43]. Исследовано загрязнение
донных отложений металлами из глубоководных (60?80м) сбросов сточных вод
г.Сиднея (Австралия) [44]. Общий объем сбросов тремя трубопроводами 1,3
млн. м3/сут (первично очищенных, муниципальных и промышленных). С
начала действия трубопроводов в исспедуемых отложениях не отмечено
заметного увеличения содержания металлов (их концентрации близки к
фоновым), отмечаемого для многих регионов мира. Уровень концентраций и
характер распределения металлов во многом зависят от содержания в
отложениях тонкой (мельче 62,5 мкм) фракции. Для большинства металлов
(Cd, Co, Hg, Cu, Mn, Pb, Se, Zn) уровни концентраций находятся ниже опасного
для биоорганизмов, а Аs, Ni, Сr имеют более высокие концентрации, но также
не представляют серьезной опасности для биоты (большинство организмов
могут приспособиться к таким концентрациям).
1.5. Нефть и нефтепродукты
Нефтепродукты - одни из самых массовых и опасных загрязнителей
морских экосистем [4]. Нефть и нефтепродукты всегда вызывали у широких
масс народа настороженное отношение; наличие в воде или на берегу <мазуты>
(как в простонародъе называли и мазут, и смазочные материалы, и нефть)
считали самым неприятным видом загрязнения (испачканный в <мазуте>
место на купальнике или на одежде было невозможно отстирать). Почти весь
ХХ век никто из <простонародъя> не хотел ехать отдыхать на превосходные
пляжи Каспия с чистейшим песком и чудесной теплой водой; причина этого
нежелания была одна: <Там нефть!> (поскольку все краем уха слышали, что
на Каспии - Баку, а в Баку - нефть).
Химическое загрязнение по первичным функциональным признакам
связано с горючим для транспортных средств, смазочными материалами,
сольвентами, отходами гальваники, дезактивирующими материалами,
ракетным топливом [45]. Предложены общие принцицы (общий подход,
оптимальное управление в приложении к нефтяным загрязнениям) риск-
анализа техногенных катастроф в Азово-Черноморском бассейне [46].
Исследовано изменение морской среды в результате размещения
прибрежного аэропорта в районе залива Ариана (Япония) [47]. На 25 станциях
исследовали распределение пелагической смолы, растворенных и
диспергированных нефтяных углеводородов и пластика в Эгейском море (к
северу от острова Крит) - пробы воды и плавающего мусора [48].
Концентрации загрязнителей колебались в широких пределах: смолы - 1?4280
мкг/м3, пластика - 0?1160 мкг/м3. Смола обнаружена на 22 станциях, ее
средняя концентрация 318 мкг/м3. Растворенные и диспергированные
углеводороды обнаружены на 24 станциях, их средняя концентрация - 0,145
мкг/м3 (в хризеновом эквиваленте). За последние 10 лет постоянно
увеличивалась концентрация смолы (в 1987г. ее было очень мало).
Значительная часть смолы поступает из Ионического моря (что, возможно,
определяется деятельностью нефтяных терминалов и танкерными
перевозками нефти). Возможны и отдаленные источники нефти - из Ливии и
др. мест. Отложение мусора на пляжах определяется сложной структурой
течений и ветров (в основном северных и северо-западных направлений).
Дана детальная оценка изменения уровня химического загрязнения
веществами антропогенного происхождения: нефтяными
углеводородами, фенолами, синтетическими ПАВ, хлорорганическими и
некоторыми др. пестицидами, отдельными тяжелыми металлами [49].
Р.П.Круглякова с соавт. [50] показали, что в целом прибрежная зона
черноморского побережья РФ не загрязнена нефтепродуктами; донные
осадки относятся к условно чистым. Акватории нефтеналивных портов
Новороссийска и Туапсе можно охарактеризовать как "чрезвычайно
опасные". Наиболее чистой является прибрежная часть г.Анапа.
Отмечено, что через сутки после случайного пролива 1000л дизельного
топливана станции Фарадей в Антарктиде концентрация n-алканов в морской
воде достигла 540, а ПАУ - 222 мкг/л; через неделю она снизилась до фонового
уровня [51]. Топливо немедленно оказало токсический эффект на моллюсков
приливной зоны около станции, у оставшихся в живых моллюсков через
месяц концентрация n-алканов достигла максимума в 9960мкг/кг, а ПАУ - 90
мкг/кг, что явилось результатом накопления остатков топлива, смытых в
море. Даже через 7 месяцев после аварии содержание этих веществ в этих
моллюсках было на порядок выше, чем в моллюсках незагрязненного участка
побережья (появление ПАУ в организме моллюсков вблизи станции
обусловлено поступлением в приливную зону отходов от сжигания небольших
количеств мусора. Небольшое (хотя и острое)) локализованное и крат-
ковременное воздействие на морскую экосистему, которое происходило на
фоне постепенного поступления в море продуктов деятельности станции,
прежде всего - углеводородов.
Измерено содержание нефтяных углеводородов в отложениях открытой
части Персидского залива методом флуоресцентной спектрофотометрии [52].
Концентрации углеводородов колебались в пределах 4?56 мкг/г сырой массы
отложений при среднем значении 12,3 мкг/г. Распределение углеводородов
обусловлено преобладающими течениями и расположением источников
нефтяного загрязнения. Максимальные концентрации обнаружены в С-З
секторе Залива. Несмотря на существенное поступление нефти в Залив,
нефтяное загрязнение его донных отложений относительно невелико -
возможно вследствие физических процессов и биодеградации, приводящих к
удалению нефти из морской воды. Значительных корреляций между
содержанием углеводородов, органического вещества, илистых частиц,
песчанистых частиц и гравия не выявлено.
Определены концентрации нефтяных углеводородов, углерода общего и
примесей металлов в донных отложениях Персидского залива в прибрежных
водах ОАЭ, Бахрейна, Катара [53]. Анализы выполнены в 40 кернах для
верхних 2 см и ниже 13 см слоев донных отложений, взятых в декабре 1993г.
Даже через 3 года после восстановления нефтяных скважин Кувейта (пролив
нефти из которых во время войны стал основным источником загрязнений)
оставшиеся небольшие количества нефти медленно мигрируют из приливной
части побережья Кувейта к югу вдоль берегов Саудовской Аравии и на
длительное время задерживаются в поверхностных слоях донных отложений,
поддерживая постоянный уровень загрязненнности.
Таким образом, одним из наиболее ощутимых и заметных
последствий взаимодействий моря с окружающей средой является
загрязнение его вод [54].
2. Воздействия деятельности человека в море на
загрязнение прибрежной акватории
Осмысленная деятельность человека вызвала глубочайшие изменения
на Земле, в том числе - в Океане и морях [55]. В последние десятилетия
возросли масштабы использования шельфовой и береговой зон моря в
различных целях. Интенсивное и широкое развитие рекреации также
усиливает воздействие человека на загрязнение моря, особенно его
береговой зоны. Ниже приведены материалы аналитического обзора по
воздействиям основных видов деятельности человека в море на загрязнение
прибрежной акватории.
2.1. Судоходство
Более 90% всех перевозок международного торгового оборота
осуществляется по морю; торговый флот насчитывает более 35 тыс.
судов грузоподъемностью 500т и выше, среди них имеются мощнейшие
супертанкеры грузоподъемностью 0,5?1,5 млн.т. В воды мирового океана
поступает 30?35 млн. тонн нефти ежегодно. Через черноморские проливы
ежегодно проходят около 180 тыс. судов общим водоизмещением 125
млн.т [3]. Каждое из этих судов, начиная свое плавание от берега и
заканчивая его у берега, является источником непосредственных
загрязнений моря (выбрасывание в море с морских судов во время
рейсов и стоянок жидких отходов, твердого мусора и многих других
веществ, поступление радиоактивных материалов при авариях атомных
подводных лодок, нефтепродуктов и нефти - с обычных судов и из
танкеров, потерпевших аварию в море (в Черное море ежегодно попадает
более 12 тыс.т нефти). На протяжении многих веков суда были
постоянным источником загрязнения морской среды. Это
свидетельствует об огромном воздействии человека на береговую зону
морей, прибрежные воды, прибрежную полосу суши (включая пляжи) и
воздушный бассейн, прежде всего, путем её загрязнения, являющегося
самым отрицательным следствием экономической деятельности
человека в береговой зоне. В открытых районах моря увеличивается
роль загрязнения различными аэрозолями и нефтяными
углеводородами. Сбросы загрязнителей, как правило,
несанкционированные - либо преднамеренные и выполняются тайно от
их регистрации и учета (выкачка нефтяных остатков из грузовых
отсеков танкеров, сброс из жилых отделений кораблей или сброс
различного рода других отходов), либо в результате аварий (танкеров,
химовозов и др. судов, перевозящих опасные и вредные для морской
среды вещества). В связи с этим достоверная оценка их количества и
состава невозможна. Загрязнение нефтепродуктами связано с
аварийными разливами на нефтепроводах и морском транспорте, на
побережьях, с несанкционированными сбросами балластных вод с судов,
с низким уровнем утилизации нефтяных шламов, с недостаточной
очисткой сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, с воеными
действиями [53], стихийными явлениями на различных объектах
(смерчи, ливневые паводки) [56].
2.2. Порты
Развитие судоходства требует создания новых портов. По данным [42],
компоненты красок, используемых для покраски днищ судов, поступают в
морскую среду и аккумулируется в различных частях морских экосистем.
Источниками диоксинов в донных отложениях являются [19]: 1) сбросы
этилендихлорида и продуктов деятельности порта, 2) выбросы транспорта (в
том числе - моторных лодок), работающего на бензине и дизельном топливе.
Новороссийский комплекс перевалки нефти и др. продуктов (НТППК)
является уникальным в этом роде, его мощность рассчитана на 150 млн. т/год.
Он включает нефтебазу (вместимость резервуарных емкостей для хранения
нефти и нефтепродуктов 332 тыс. м3), причальные сооружения с нефтепирсом
и соединительные трубопроводы [57]. На нефтебазе источниками загрязнения
среды являются железнодорожные эстакады слива грузов, резервуары для
хранения жидких грузов, станция налива нефтепродуктов в автоцистерны,
насосные станции, мастерская, транспорт. Причальные сооружения
предназначены для погрузки (разгрузки) жидких грузов в танкеры (из
танкеров). На причалах источником загрязнения среды являются выхлопные
трубы судовых дизель-генераторов и газоотводных систем танкеров, стоящих
у причалов под грузовыми операциями. Выбросы легколетучих органических
соединений (ЛОС) на НТППК составляют на нефтебазе ?0,017%, на
причальных сооружениях 0,006% от общего количества перегружаемых
нефтепродуктов; выбросы на нефтебазе "Грушевая" и в нефтерайоне порта
составляют соответственно 0,0165 % и 0,0065%. Сточные воды НТППК после
очистных сооружений сбрасывают в Цемесскую бухту по трубопроводу длиной
30м [57].
2.3. Рыболовство и марикультуры
С вопросами судоходства тесно связано рыболовство. Теперь основной
улов рыбы приходится главным образом на шельфовые воды.
Промысловые тралы перепахивают донные биоценозы и глубоко
нарушают их нормальное существование. В последние десятилетия, по
мере объявления приморскими государствами своей юрисдикции на
прибрежную 200-мильную зону моря, все в большей степени проявляется
тенденция к сдвигу основных рыболовных районов в сторону батиали и
абиссальных (глубоких) вод, в связи с чем, рыболовство оказывает всё
меньшее непосредственное воздействие на прибрежную зону, которую в
последнее время все эффективнее используют для разведения и
выращивания рыбы и др. морских организмов, представляющих
значительную пищевую ценность (устрицы, гребешок, мидии и др.), и
рыборазведению; эта деятельность, как правило, не нарушает
природные процессы, протекающие у берега. Однако необходимо их
изучение, как и для нужд портостроения или разработки планов защиты
морских берегов от размыва [27]. Следует отметить, что, как и другие
суда, рыболовецкие суда являются источником сброса в море (как
правило, несанкционированного) практически не очищенных
хозяйственно-бытовых сточных вод и др. отходов, количество которых
определяется в основном численностью корабельных команд.
2.4. Сброс и захоронение отходов в море
Сброс и захоронение в море различных отходов (в том числе
радиоактивных, токсичных, заразных) на протяжении многих
десятилетий осуществляли практически бесконтрольно, поэтому
конкретные данные по составу и массе сбросов загрязнителей в рамках
данной работы не обнаружены.
2.5. Геологическая разведка и добыча полезных ископаемых
на морском дне и в прибрежной зоне
1) С конца 1940-х годов возросли масштабы использования шельфовой и
береговой зон моря для геологоразведки и добычи в море (в том числе и в
Черном) минеральных ресурсов - полезных ископаемых, прежде всего -
строительных материалов, железо-марганцевых конкреций, нефти и
природного газа. Морская добыча нефти и выбросы в море нефти с морских
нефтяных промыслов представляют собой очень опасный (наряду с
нефтеналивным флотом) источник загрязнения морских вод. Геологоразведку
проводят в основном на шельфе С-З-ных секторов Черного моря, а в меньшей
мере - у берегов Кавказа и южного берега Крыма.
2) Твердые полезные ископаемые, извлекаемые в пределах
береговой зоны морей, имеют меньшее значение в экономике
прибрежных стран, чем нефть и газ, но непосредственно в местах добычи
это воздействие на береговую зону может быть велико. Разработка на
берегах морей многочисленных россыпных месторождений твердых
полезных ископаемых (нередко возникающих в результате сортирующей
деятельности волн, иногда ветра) связана с перемещениями больших
масс рыхлой породы - пляжевого или иного сыпучего материала,
включающего полезные ископаемые, что приводит к формированию
крупных техногенных береговых аккумулятивных форм, а иногда - и к
полному прекращению абразии на берегу [3]. Добыча непосредственно на
пляже не только полностью нарушает сложившееся в природных
условиях равновесие между поступлением материала и удалением его, но
и создает высокий уровень загрязнения прибрежных вод взвешенными
веществами. Очень мощные воздействия добыча полезных ископаемых
в россыпях гидромониторным способом оказывает даже в тех случаях,
когда её проводят вне береговой зоны, но на берег в огромном
количестве выбрасывают пустую породу, что приводит к формированию
крупных техногенных береговых аккумулятивных форм, а иногда - и к
полному прекращению абразии на берегу [3].
3) Важнейшим минеральным ресурсом в береговой зоне являются
строительные материалы, нужда в которых возрастает. Пляжи и другие
аккумулятивные формы чрезвычайно соблазнительны как готовые
скопления строительного материала - песка, гальки, гравия, ракуши
(которую используют не только как строительный материал, но и как
карбонатную подкормку на птицефабриках) [3]. Их добыча всегда
сопровождается значительным загрязнением прибрежных вод
взвешенными веществами. Теперь уже ясно, что пляжи сами нуждаются
в дополнительных источниках поступления материала и лишь в очень
редких случаях, требующих досконального научного обоснования, могут
быть использованы для добычи строительных материалов. Вместе с тем
вполне допустимо (при достаточном научном обосновании, после
тщательного изучение как баланса наносов на подводном склоне, так и
общего геоморфологического строения берега) проводить добычу
строительных материалов на подводном береговом склоне [3]; при этом
степень загрязняющего воздействия на прибрежную акваторию моря
значительно меньше, чем при добыче у берега.
2.6. Антропогенное изменение гидрохимических и
биотических характеристик моря
Окруженные развитыми в промышленном и сельскохозяйственном
отношении странами, Черное и Азовское моря служат естественным
отстойником уходящих с их территории стоков. Отношение площади
водосборной суши к площади зеркала Черного моря (422 тыс. км2),
равное 4,4, на порядок больше, чем в среднем для океана (0,4). Для
Азовского моря это отношение еще больше. Это отношение зависимости
моря от стока с суши служит показателем интенсивности воздействия
антропогенных факторов на экосистему. Сильное, часто разрушающее
воздействие на биологические сообщества моря и его промысловую
потенцию оказывает нерациональный, превышающий допустимые
объемы, промысел и занос из других районов водных вселенцев, которые
как чума разрушают автохтонные сообщества Черного моря. Еще худ-
шие для экосистемы Черного моря могут вызвать зарегулирование рек и
уменьшение их стока, если это повысит соленость поверхностного слоя и
снизит градиент в пикноклине, надежно отделяющем глубинные
анаэробные воды от поверхностных аэробных [58].
Черное и Азовское моря лежат в зоне, переходной от гумидных к
аридным условиям. Для нее характерны значительные естественные
флуктуации влажности климата и величины стока рек, имеющие
различную цикличность (годы и десятилетия). Поэтому очень сложно
отделить естественные климатические флуктуации от трендов,
вызванных антропогенными воздействиями, которые в последние 3-4
десятилетия привели к глубоким изменениям структуры и
функционирования экосистемы Черного моря и резкому падению его
рыбопродуктивности. В течение 1980-х годов массовое развитие нового
вселенца - гребневика-мнемиопсиса катастрофически снизило запасы
мелких планктоноядных рыб (а в смежном Азовском море - экологиче-
скую катастрофу).
Изменение гидрохимических условий, происходящее в последние
десятилетия в Черном море, связано с изменением стока рек. Крупные
реки, впадающие в Черное и Азовское моря (Днепр, Днестр, Дон, Кубань
и др.), зарегулированы, "срезан" весенний паводок, за несколько недель
выносивший до 70% стока и огромное количество взвешенного
материала. Теперь большая часть взвешенного кремния выпадает в
донные отложения, резко сократив вынос кремния в море. Вода в
водохранилищах "зацвела" и теперь значительная часть фосфора
выносится не в форме фосфатов, а в составе органических соединений.
То же происходит с азотом: сократился вынос нитратов, но возросло
содержание органического (Nорг) и аммонийного (Nам) азота в речной
воде, а главное - резко возрос вынос органического вещества [4]. За 50
лет (1928-1978) средняя концентрация фосфатов упала с 1,54 до 0,35 (в
?5раз), а кремния - с 54 до 5 (в ?11 раз) мкг ат /л. Средняя концентрация
нитратов в слое 0-50м упала в 8-10 раз, содержание углерода
органического (Сорг) увеличилось с 2?3 до 8?12 мг/л, выросли
концентрации фосфора органического (Рорг) до 1?1,2 и Nорг до 11?25
мкг ат/л. В северо-западной части Черного моря, особенно у устьев рек
эти величины выше па порядок и более. Резко увеличилась (до 0,4?2,2
мкг ат/л) концентрация Nам в континентальном шельфе, а в
глубоководной части моря в поверхностном слое концентраци аммония
мало изменилась [58].
В Черном море существенно изменена классическая схема
трансформации соединений азота в продукционно-деструктивном цикле
аэробных вод, когда разложение органических азотсодержащих
соединений вызывает накопление аммония, затем нитритов и, наконец,
нитратов. В поверхностных кислородсодержащих водах действительно
происходит постепенное уменьшение концентрации Nорг, увеличение
концентрации Nам, а нитриты практически отсутствуют (менее 0,3?0,4
мкг ат/л); постепенно увеличивается концентрация нитратов (до 6?9 мкг
ат/л), но при появлении даже следов восстановленных соединений серы
(сероводород, сульфиты, тиосульфаты и др.) концентрация нитратов
резко падает до нуля. В сероводородной толще из минеральных форм
азота присутствует только аммоний, концентрация которого возрастает с
глубиной, достигая 100 мкг ат/л. Поэтому Черное море называют
"аммонийным" по сравнению с "нитритным" Мировым океаном [58].
Водная толща морей и океанов неоднородна по своим свойствам, она
состоит из отдельных водных масс, в совокупности образующих
гидрологическую структуру [59]. Основные водные массы существуют в
течение длительного времени и эволюция морских экосистем во многом
определяется их структурой. Результаты исследований свидетельствуют, что
нарушение исторически сложившейся структуры водных масс приводит к
заметным биотическим изменениям.
О.А.Андреев с соавт. [17] оценили биофильтрующий потенциал
российских вод Финского залива и установили, что даже при радикальном
(вдвое за каждые 5 лет) сокращении поступления биогенных элементов с суши
снижение эвтрофирования в открытых районах Балтийского моря потребует
десятилетий. При этом сокращение азотной нагрузки может привести к
компенсационному возрастанию азотфиксации и бурному "цветению"
токсичных сине-зеленых водорослей. Летом в восточной части Финского
залива задерживается 70?100% азотной нагрузки, а фосфор переносится сюда
даже с запада в количествах, достигающих 60?160% нагрузки, поступающей из
Санкт-Петербургского региона (то есть, российские воды служат для
Финского залива "водоочистным предприятием"). Зимой ситуация меняется,
когда удержание азота снижается до 4%, а фосфорная нагрузка даже
возрастает за счет вторичного загрязнения, то есть выделения фосфора со дна
водоема.
Интенсивный сброс биогенов в морские водоемы считают одним из
наиболее опасных факторов антропогенного воздействия [60], вследствие чего
может происходить массовое развитие некоторых видов планктонных
водорослей, когда их концентрация в поверхностном слое воды превышает
15?20 г/м3. Такая биогенная эвтрофикация сопровождается явлениями,
отрицательно влияющими на природные экосистемы морских водоемов.
Кроме того, привнесение биогенов в морскую среду со сточными водами
приводит к изменению химического режима вод, возникновению заморных
изменений состава и биомассы компонентов планктонных и донных
сообществ и др. негативных явлений [61]. Э.В.Макаров с соавт. [8], проведя в
1993-1995гг. комплексное химико-биологическое исследование состояния при-
брежной акватории, пришли к выводу о накоплении токсичных соединений
черноморскими рыбами, что, наряду с другими показателями, отчетливо
отражает неблагополучную экологическую обстановку, сложившуюся на
Черном море, в том числе в его северо-восточной части. В узкой прибрежной
зоне с глубинами до 15?20м (шириной до 1?2 км от берега) вклад макрофитов в
утилизацию минеральных компонент загрязнений становится существенным.
В этой зоне возрастает роль бентосных фильтраторов [62].
Макропланктон Черного моря включает три массовых вида
желетелых животных: два вида медуз и вселенца - гребневика-
мнемиопсиса [58]. Численность медузы-аурелии сильно возросла в 1970-е
годы, более чем на два порядка превысив оценки конца 1950-х ? начала
1960-х годов, когда на всей акватории Черного моря обитало около 675
тыс. т этих медуз. Они заняли эколого-трофическую нишу,
освободившуюся из-за резкого снижения запасов рыб-планктонофагов,
что послужило индикатором глубоких изменений в экосистеме Черного
моря [58].
2,7. Производство строительных, буровых и им подобных работ
в прибрежной зоне и в акватории моря
Производство строительных и им подобных работ, как правило,
является одним из наиболее острых видов вмешательства в
естественные процессы и связано со значительным загрязнением
окружающей среды, в связи с чем, требуется предусматривать
ссоответствующие защитные мероприятия в проектах и сметах на
строительство любого объекта.
1) Для строительства портов, развития морского транспорта у моря
отвоевывают обширные акватории, приходится сооружать молы,
волноломы и др. ГТС, которые практически всегда оказывают то или
иное (чаще - отрицательное) воздействие на режим береговой зоны,
вызывая заносимость, обмеление акватории порта и прилегающих к
нему участков дна или же низовые размывы, т.е. разрушение берегов
волнами там, куда из-за строительства мола или волнолома наносы уже
не поступают в том объеме, который бы обеспечил полную <загрузку>
потока наносов. Возникающий вследствие этого (или иных причин)
размыв берега в большинстве случаев нежелателен, с ним борются
различными (чаще - инженерными) средствами [3], [63]. Процессы
строительства и эксплуатации портов, молов и волноломов практически
всегда оказывают то или иное (чаще - отрицательное) воздействие не
только на режим береговой зоны, вызывая загрязнение морских вод,
акватории порта, прилегающих к нему участков дна и береговой зоны
разнообразным строительным и бытовым мусором, материалами,
отходами, взмучиванием донного илового материала и т.д. Дампинг
грунта и строительные отходы вызывают замутнение воды и резкое
снижение активности фитопланктона и прибрежных макрофитов [63]. В
процессе строительства и эксплуатации портов (сооружение молов,
волноломов, причалов, путей, складов и др.) приходится производить
различные строительно-монтажные и ремонтные работы, как правило,
связанные с существенным загрязнением прибрежной зоны. В процессе
эксплуатации портов добавляется <букет> дополнительных за-
грязнителей. Количественные показатели таких загрязнений обычно не
фиксируют и не учитывают санитарными и экологическими службами и
не описывают какими-либо зависимостями.
2) J. de Groote с соавт. [32] установили, что при драгировании и
перемещении грунтов в акватории портов в прибрежной зоне содержание
взвешенных веществ очень велико у места работ, но на удалении в 400м оно
почти не изменяется в ходе работ. Растворенная и взвешенная части
драгируемого материала не оказывают острого или хронического воздействия
на морскую экосистему, проявляясь только вблизи места работ и выражаясь в
основном в помутнении воды.
3) При морских буровых работ в Нидерландском секторе Северного моря
повышение содержания углеводородов наблюдали вокруг буровых платформ
на расстояниях до 750-1000м от скважины в течение года после прекращения
бурения [64]. Эти концентрации имеют тенденцию к снижению в последующие
несколько лет на расстоянии свыше 500м от скважины, однако, на более
близких расстояниях они оставались намного выше фоновых даже через 8 лет.
Через год после начала бурения вредное влияние бурового раствора на бен-
тосные системы отмечено на расстояниях свыше 1000м от скважины. Оно
заключалось в снижении популяции нескольких наиболее чувствительных
видов. По мере приближения к скважине число угнетаемых видов возрастало.
В течение длительного времени макрофауна, повидимому, восстанавливается
на расстояниях свыше 500м, но на более близком расстоянии вредное
биологическое воздействие продолжается, При применении водного бурового
раствора даже на расстоянии 25м от скважины вредное биологическое
воздействие бурового раствора не отмечено, Если углеводороды бурового
раствора поступают в достаточно глубоко залегающие донные отложения, то
при низкой скорости биодеградации в анаэробных условиях отложения будут
являться длительными источниками загрязнения. Количество (масса)
выделния загрязнителей в водную среду не определены. Примечание: буровые
работы в Черном море у Южного берега Крыма и Кавказа практически не
проводятся.
4) Производство работ по защите берегов и созданию защищенных
от волнения акваторий способами искусственного (путем галечно-
гравийной отсыпки в прибойной зоне) отсыпки пляжей (которые сами
же по мере своего формирования становятся средством защиты берега от
размыва), искусственного расчленения контуров берегов, создания кос и
перейм и т.п. также связано с привносом значительных количеств
сыпучих материалов с большим содержанием мелких фракций, которые
затем в течение длительного времени вымываются волновыми и др.
процессами, вызывая высокий уровень мутности морской воды в зоне от-
сыпок и далее по ходу течений.
2.8. Антропогенные воздействия на береговую зону моря,
перемещение и измельчение наносов
Уже на первом этапе освоения береговой зоны и шельфа возникли
негативные явления, которые дали повод широко говорить об
отрицательном влиянии антропогенного фактора на развитие
природных процессов. В последние десятилетия экологическая среда
Черноморского побережья испытывает постоянно нарастающий техно-
генный пресс, в результате которого возникают сложные системы
взаимодействия природных и антропогенных факторов. В начале ХХ
столетия широкие пляжи на черноморском побережье Кавказа были
обычным явлением, а размыв берега (а, следовательно, помутнение воды
на пляжах) носил ограниченный характер. Резкая активизация размыва
берегов произошла в послевоенные годы, и причиной этого явилось
вмешательство человека [55], [63]. Наиболее масштабное воздействие на
прибрежную зону, способствующее образованию, накоплению и
реализации загрязнителей прибрежной акватории моря, обязано таким
главным факторам [63]:
- урбанизация, нередко уменьшающая эрозию и сток наносов и
делающая его более сконцентрированным или, наоборот, ограничвает
его максимумы);
- складирование бытовых и др. отходов;
- изъятие наносов с пляжей;
- многоцелевые порты;
- гидротехнические сооружения (ГТС) в береговой зоне;
- строительство волноотбойных стенок, бун и других ГТС,
препятствующих циркуляции вод и протеканию естественных береговых
процессов;
- дноуглубительные работы (усиливающие разрушение берегов).
Практически все эти мероприятия вызывают интенсивное загрязнение
прибрежной акватории моря. Кроме того, в результате сократилась
ширина пляжей Черного моря, выполняющих берегозащитные функции,
усилилось воздействие волн на берега и, таким образом, увеличилась
скорость их отступления и интенсивность загрязнения прибрежной
акватории моря. В некоторых районах этот процесс приобрел катастро-
фический характер. Вмешательство человека привело к тому, что
береговая зона за короткий срок <прошла путь>, равнозначный многим
десяткам, а то и сотням лет естественного развития. Во многих местах
пляжи практически исчезли, и абразия охватила берега на десятки
километров, поэтому успешное решение проблемы в немалой степени
зависит от правильной всесторонней оценки произошедших изменений.
Это требует комплексного подхода к изучению факторов, которые
определяли ранее аккумулятивный облик побережья [65]. Вместе с этим
наметилась и противоположная положительная тенденция, состоящая в
отсыпке искусственных берегозащитных и рекреационных пляжей.
Ниже приведены причины (прямые и косвенные) усиления абразии
берегов и связанного с ними влияния на загрязнение прибрежной зоны
моря [66?70].
1) Изъятие пляжевого материала для строительных целей, которое
практиковалось вплоть до 1960-х годов (затем было прекращено
законодательным путем); за период 1940?1970гг. с берега моря и из русел
рек было вывезено более 30 млн. м3 песка и гальки. Это привело к
истощению пляжей, к усилению волнового воздействия на берег, к
резкому нарушению прежнего равновесия береговой зоны,
выработанного за многие сотни лет и зависящего от наличия на пляжах
обломочного материала, который обеспечивает гашение энергии волн
[2], [11]. Баланс наносов на побережье поддерживается в основном за счет
твердого стока рек и частично - продуктов абразии коренного берега и
дна.
2) Берег между городами Анапа и Туапсе испытывает дефицит
наносов; к тому же в последние десятилетия производили изъятие
гальки из долин многих рек, что может привести к уменьшению их
твердого стока и в последующие годы. Кроме того, в долинах рек
вырубают деревья и строят дачи, что ведет к пересыханию рек и к
уменьшению стока наносов, поступающих в береговую зону, в связи с
чем можно ожидать, что в ближайшие годы дефицит обломочного
материала увеличится, а абразия берегов усилится [63].
3) Строительство плотин и водохранилищ, вызывающее сокращение
твердого стока рек вследствие седиментации и аккумуляции наносов в
водоеме, в то же время резко уменьшает сброс наносов в нижний бьеф, а
это резко уменьшает вынос мути и др. загрязнителей из верхнего бьефа в
море [65].
4) Неудачное строительство портовых молов и систем
берегоукрепления преградило в ряде мест вдольбереговые потоки
наносов и вызвало усиленный низовой размыв и помутнение воды.
5) В Грузии причиной резкой активизации процесса размыва берега
и пляжей также явилось вмешательство человека. Поступление аллювия
к морю заметно сократилось из-за увеличения водопользования и
регулирования ряда крупных рек. Уменьшился также приток продуктов
абразии, ибо многие участки были прикрыты бетонными стенками [66].
Губительные последствия для пляжей возникли при вмешательстве
человека в естественный ход устьевых и береговых процессов. Сокраще-
ние твердого стока р.Бзыби повлекло за собой отступание берега в
пределах юго-западного побережья Пицундского выступа со скоростью
?1 м/год [3].
6) Помимо основной причины усиления абразии - сокращения
твердого стока рек (за счет строительства плотин и водохранилищ, а
также изъятия пляжевого материала для строительных целей),
некоторые авторы [66?68] считают, что на динамику кавказских берегов
большое влияние оказывают также верховья подводных каньонов,
которые перехватывают часть нагрузки вдольбереговых потоков, вызы-
вая тем самым низовые размывы берега. Самый крупный подводный
каньон Акула поглощает в среднем около 80 тыс. м3 наносов в год, что
вместе с сокращением твердого стока соседней р. Бзыби повлекло за
собой отступание берега южнее каньона в пределах юго-западного
побережья Пицундского выступа со скоростью примерно 1 м/год [66?68].
Расход наносов вдоль берега составляет в среднем 120?130 тыс. м3 в год,
из которых 80?90 тыс. м3 поступает из реки, а недостающую часть
волновой ноток восполняет за счет размыва пляжевых отложений. Берег
между р.Чорохи и городом Батуми подвергался во время штормов
сильному размыву. В 1980-е годы для пополнения потока наносов
проложен в обход подводного каньона пульпопровод, который подает
недостающую часть галечного материала из русла непосредственно к
размываемому участку, что позволило значительно снизить здесь
размыв берега.
7) Сильный размыв характерен для южных гористых берегов
Крыма, экспонированных навстречу сильным ветрам и волнениям с
юго-запада и юго-востока. Разрушение берега ускоряется здесь
образованием мощных оползней в широко развитых глинистых породах
[3]. Усиление размыв берега обычно вызывает увеличение образование
мелких продуктов абразии горных пород, а, следовательно, и помутнение
воды в прибрежной акватории моря. В береговой зоне происходит
интенсивное волноприбойное истирание пляжеобразующих материалов с
образованием взвешенных веществ - загрязннителей прибрежной
акватории моря.
2.9. Воздействия берегозащитных мероприятий и конструкций
В береговой зоне, где сосредоточены интересы градостроительства,
транспорта и рекреации, положительное значение антропогенного
фактора отразилось вначале на прекращении вывоза для строительства
пляжеобразующего материала (песка, гальки) из рек и с морских
пляжей, а затем на широте внедрения способа активной берегозащиты.
Человек проводит различные мероприятия по борьбе с размывом берега.
А.М.Жданов [71] предложил делить их на пассивные и активные.
Пассивные - это различного рода защитные стены и волноломы,
назначение которых - принимать на себя разрушительное действие
прибоя, снижать интенсивность абразионных процессов и уменьшать
образование мелких фракций частиц - загрязнителей водной среды.
Имеется немало различных конструкций берегозащитных стен, однако
все они раньше или позже оказываются разрушенными, что приводит к
возобновлению абразионных процессов и, как правило, к усилению
загрязнения прибрежной акватории моря взвешенными веществами. Все
возрастающая стоимость и недостаточная эффективность инженерной
берегозащиты предопределили тенденцию к решению этой проблемы
путем применение активных способов берегозащиты (когда воздействию
волн противопоставляют неогражденные искусственно восстановленные
или созданные пляжи. Мощная техническая база и новые
технологические возможности позволили резко ограничить применение
пассивных сооружений жесткого, неизменяемого профиля
(волноотбойные стены, бермы и пр. ) и взамен развернуть
восстановление и создание новых пляжей с помощью
пляжезадерживающих сооружений. К активным способам защиты
относят способы, которые основаны на использовании природных
закономерностей <самозащиты> берега, которые ведут к возникновению
условий, сводящих к нулю разрушающее действие волн и прибоя. Среди
этих способов наиболее распространено применение бун - небольших
невысоких стен, ориентированных по нормали к береговой линии и
предназначенных для создания многократно повторяющейся ситуации
<заполнения входящего угла> и получения таким образом защитной
полосы пляжа вдоль размываемого берега. Наиболее удачно применение
бун при существовании вдольберегового потока наносов. Другой
активный способ, который можно комбинировать с бунами - сооружение
подводных волноломов, которые могут создавать волновую тень у
размываемого берега, что способствует накоплению пляжа и ликвидации
размыва [72-73]. Ю.Н.Сокольниковым [74] разработаны основы
инженерной геоморфологии берегов и ее применения в практике защиты
берегов морей и водохранилищ. Кроме бун и волноломов, он предложил
использовать ряд закономерностей развития берега для целей создания
искусственных перейм, островов, искусственно изрезанной береговой
линии, которая сводит на нет абразию, и др. В последние десятилетия
разработаны методы расчетов по созданию искусственных пляжей как
средства защиты от размыва в прибойной зоне, все шире внедряют пере-
довые способы защиты берегов и создания защищенных от волнения
акваторий, использующие для этих целей сами силы природы [75]. Это
создание отсыпных пляжей (которые сами же, по мере своего
формирования становятся средством защиты берега от размыва),
создание пляжей под защитой подводных волноломов распластанного
профиля, искусственное расчленение контуров берегов, искусственное
создание кос и перейм. Внедрение этого способа берегозащиты не только
приостановило разрушительное действие моря на берегах, но и
позволило подготовить базу как для последующего наступления на море
с целью отторжения у него прибрежной акватории для создания
искусственной территории (Сочи, Южный берег Крыма, Одесса и т.д.),
так и для возведения свободных галечных и песчаных пляжей без каких-
либо сооружений (западный берег Самбийского полуострова, Геленджик,
Гагры и др.) [69]. В 1980-е годы в Абхазии широкое и успешное
применение получило искусственное создание <свободных> пляжей
путем отсыпки гальки и гравия в зону прибоя, чем усиливается питание
потоков наносов, испытывающих здесь дефицит; всеми способами были
созданы многочисленные участки искусственных берегов. Поскольку
такие отрезки берега могут иметь значительную протяженность (до
десятков км), можно с полным правом говорить о техногенных берегах
как об одном из типов морских берегов [3]. Воздвигая сооружения для
защиты берега от размыва, человек продолжает вмешиваться в
природные процессы, протекающие в береговой зоне, что нередко
приводит к отрицательным последствиям (развитие низовых размывов
на локальных участках берега за построенными бунами и волноломами;
несоответствие конструкций берегозащитных сооружений целям
сохранения донной флоры и фауны). Все виды таких мероприятий
существенно изменяют интенсивность абразии и образования мелких
фракций горных пород как загрязнителей водной среды.
Таким образом, пассивные мероприятия по защите от размыва
берегов (защитные стены и волноломы), назначение которых -
принимать на себя разрушительное действие прибоя, снижать
интенсивность абразионных процессов и уменьшать образование мелких
фракций частиц - загрязнителей водной среды, в силу своих недос-
татков, раньше или позже оказываются разрушенными, что приводит к
возобновлению абразионных процессов и, как правило, к усилению
загрязнения прибрежной акватории моря взвешенными веществами.
В перспективе в ряде мест возможна реконструкция ландшафта за
счет создания искусственного бухтового берега как одного из вариантов
повышения социальной ценности морского побережья [74].
Искусственные бухты, ограниченные двумя соседними переймами,
находящиеся под защитой молов, обладают всеми положительными
качествами аналогичных природных форм берега: резко сокращается
вдольбереговой угон пляжеобразующих наносов, размыв береговых
уступов, движение вдоль берега аккумулятивных образований,
повышается устойчивость подводного склона, устанавливаются
благоприятные условия для возобновления подводной флоры и фауны и,
как правило, благодаря уменьшению размыва берегов, несколько
уменьшается загрязнение прибрежной акватории моря взвешенными
веществами. В то же время, вследствие увеличения обьема пляжевых
материалов (валунов, гальки, гравия, песка), примерно
пропорционально возрастает их волноприбойное истирание и обра-
зование взвешенных веществ - загрязннителей прибрежной акватории моря.
То есть, выигрывая в одном процессе, проигрываем в другом. Поэтому
создание и поддержание в эксплуатационном состоянии свободных
полнопрофильных пляжей часто является нецелесообразным, поэтому
применяют ряд мер: 1) Устраивают пляжи неполного (укороченного)
профиля, прислоненные к продольным берегозащитным сооружениям
(БЗС);
2) Применяют пляжеудерживающие сооружения типа бун;
традиционно для управления береговыми процессами на берегах
Черного и Азовского морей применяют буны полного профиля, шпоры,
траверсы, волноломы, вертикальные, криволинейные и откосно-
ступенчатые берегозащитные стены, сквозные стены. В последние годы
появились новые типы пляжеудерживающих сооружений: сквозные
стены, искусственное изменение рельефа дна (искусственные рифы и
подводные траншеи) и искусственные острова. Использование таких
типов берегозащитных сооружений в совокупности с прислоненными
укороченными пляжами является весьма перспективным на берегах
Черного и Азовского морей в пределах Краснодарского края;
3) Вершиной совершенствования технологии берегозащитных работ,
вероятно, является создание искусственных берегов, принципиальная
возможность образования которых рассмотрена в монографии [74];
нередко бухтовое расчленение берега по сравнению с прямолинейным
обусловливает повышение его динамической устойчивости: в этих
случаях устойчивость берега обеспечивает его морфодинамическая не-
однородность, а пляж, расположенный по периметру бухт, играет
подчиненную роль. Создание искусственного расчленения берега с
использованием неоднородности его линии, может оказаться выгодным
в отсутствие естественных форм расчленения [70]. Кроме того,
применение сооружений-аналогов бухт более технологично с точки
зрения экономии природных ресурсов, так как обеспечивает меньшую
плотность инженерной защиты и, следовательно, меньший расход
строительных материалов на единицу длины берега.
4) В случае экономической целесообразности процессов подпитки
пляжа альтернативным способом достижения и поддержания откосов
искусственных песчаных пляжей в динамически устойчивом состоянии
будет комбинированное решение: например, прерывистое крепление
пляжа с одновременным уменьшением его коэффициента откоса. Тем
самым увеличение стоимости сооружения за счет устройства до-
полнительной инженерной защиты одновременно компенсируется
снижением удельного расхода песка и отказом от подпитки [74], что
значительно уменьшает образование взвеси и загрязнение воды.
Совершенствовать технологию подпитки можно путем устройства
размываемых грунтовых сооружений - искусственных аналогов кос
удлиненных акваторий [74]. В этом случае подпитка тела сооружения
осуществляется сосредоточенно, превращая защищенный откос в аналог
берега удлиненной акватории. Опыты показали, что интенсивность
размыва поверхности пляжа при образовании искусственных аналогов
кос удлиненных акваторий замедляется в 2?2,5 раза. Рациональное
использование минерального сырья в береговой зоне связано и с
расширением использования местных связных грунтов. С
конструктивной точки зрения целесообразно применять связные грунты
для устройства ядра (основания) тела пляжа, поверхностный слой
которого выполнен несвязными песчаными грунтами. Толщина
защитного слоя из связных грунтов для устройства ядра (основания)
тела пляжа, поверхностный слой которого выполнен несвязными
песчаными грунтами, должна быть не меньше величины активного
волнового слоя, достигающего на песчаных берегах величины 2?3м [70].
5) Помимо непрерывных технологических систем, для поддержания
пляжей ща счет уменьшения размыва, можно применять временные
намывные подводные или надводные сооружения, размещаемые вдоль
фронта пляжа в качестве резервного запаса грунта. Экспериментальные
исследования подтверждают целесообразность использования для этой
цели намывных подводных банок, интенсивность размыва которых
примерно в 2?3 раза ниже, чем надводных, и зависит от объема тела
сооружения. Область питания пляжа от подводной банки при
однонаправленном косоподходящем волнении равна ?2?3 диаметрам
исходной формы.
Берега, сложенные достаточно легко разрушаемыми материалами
(глина, суглинок и т.п.), целесообразно укреплять не вертикальной, а
слабонаклоненной стенкой, прикрывающей часть бенча и надводного
склона, что будет способствовать развитию аккумулятивных процессов.
Помимо этого защита бенча препятствует углублению моря в береговой
зоне и усилению действия волн на берегоукрепительное сооружение [76].
Особо важен вопрос укрепления берегов сложенных прочными
(скальными, полускальными) породами, создающими при разрушении
грубообломочный материал. Одна из особенностей их развития состоит в
том, что абразионный процесс здесь протекает при скоростях воды, на
несколько порядков ниже предельных, не разрушающих (эту породу)
значений, т.е. воздействие воды на берег пренебрежимо мало по
сравнению с воздействием обломочного материала. Укрепление таких
берегов вертикальными стенками неэффективно, так как их основания
быстро разбиваются галькой. Недостаток строительства бун,
задерживающих обломочный материал на защищаемом участке, состоит
в том, что находящаяся между бунами галька во время штормов
абразирует как поверхность бун, так и берег. Из этого вытекает, что в
принципе защита такого берега может быть осуществлена также путем
полного изъятия гальки из береговой зоны. Это может быть достигнуто
путем строительства специальных берегоукрепительных сооружений. Со
стороны движения вдольберегового потока наносов должен быть
установлен перпендикулярно к береговой линии мол. На защищаемом
участке можно возвести в нескольких метрах от основания клифа
волноотбойную стенку. Ее форма может быть прямолинейной или
другой (по мнению Н.В.Есина с соавт. [76], более рационален профиль,
показанный на рисунке 1); функции этой стенки состоят в том, чтобы
предотвратить прямые удары волн о берег и не пропустить в береговую
зону обломочный материал, появившийся в результате денудации
клифа.
Рисунок 1. Схема защиты берега, сложенного полускальными
породами,
волноотбойной стенкой
Если изъять из береговой зоны ранее накопленный обломочный
материал, то будет полностью выключен основной механизм абразии -
удары и истирание берегового склона галечным материалом.
Преимущества такого способа защиты следующие. Во много раз
увеличивается продолжительность службы волноприбойной стенки. Вол-
ны не оказывают на клиф никакого воздействия, скорости его
отступания у основания равны нулю; при этом обеспечивается
минимальная мутность воды даже при сильном волнении. Обломочный
материал, накапливающийся у мола и с тыльной стороны стенки, можно
использовать для нужд народного хозяйства. Прямым следствием
укрепления берега таким способом должно явиться постепенное
уменьшение уклонов берегового обрыва в результате действия факторов
денудации.
Защита берега путем изъятия и непропуска в волноприбойную зону
обломочного материала целесообразна только в определенных случаях,
например, на побережье, где нет вдольберегового потока наносов.
Укрепление здесь таким способом одних участков берега не должно
отражаться на абразионных процессах, протекающих на других участках
(поскольку они развиваются независимо друг от друга) и, таким образом,
можно не опасаться побочных отрицательных явлений. По мнению
авторов [76], этот способ можно рекомендовать для защиты берега
Черного моря от Анапы до Туапсе.
В процессе эксплуатации искусственных пляжей борьбу с
размывами его тела можно проводить двумя способами: путем
увеличения исходного коэффициента подводного откоса пляжа или
восстановления смытого грунта периодическими подпитками.
Недостаток первого способа состоит в существенном увеличении
рабочего объема сооружения и его стоимости, в возрастании их
волноприбойного истирания и образования взвешенных веществ -
загрязннителей прибрежной акватории моря. Трудности осуществления
подпитки заключаются, во-первых, в правильном определении объема
размыва; во-вторых, в недостаточно надежном функционировании
механизма подпитки на пляжах, длина которых меньше длины зоны
насыщения. В последнем случае интенсивность насыщения
вдольберегового потока наносами неодинакова по длине зоны
насыщения: она максимальна в начале зоны и близка к нулю в конце ее
[70] . При этом второму способу присущ недостаток первого способа -
интенсивное волноприбойное истирание пляжеобразующих материалов с
образованием взвешенных веществ - загрязннителей прибрежной акватории
моря. Размывающая способность волнового потока, по мере насыщения
наносами, уменьшается к концу зоны насыщения, и за ее пределами
основная часть энергии тратится на транспорт наносов. Участок пляжа,
расположенный за пределами зоны насыщения, будет находиться в
динамически устойчивом состоянии. В природных условиях
неравномерность размыва профиля в пределах зоны насыщения и по
ходу формирования потока приводит к изменению величины транспорта
наносов вдоль берега. Устойчивость техногенных пляжей при
косоподходящем волнении обеспечивают приданием откосу уклонов
более пологих, чем уклоны природных отмелей в месте возведения
сооружения [70]. Строительство техногенных пляжей с переменным,
выполаживающимся по длине зоны насыщения откосом снижает за
пределами этой зоны вдольбереговой расход наносов. Наиболее простым
способом подпитки пляжа является слоевой, выполняемый путем
домыва в зоне насыщения смытого при волнении объема грунта и его
последующего распределения вдоль фронта сооружения слоем
равномерной толщины; частота домыва определяется местными
условиями [70].
Для борьбы с деформациями пляжей, вызванными краевым
эффектом, применяют байпассинг, позволяющий одновременно решать
две задачи: предупредить занесение наносами подходных каналов,
расположенных в зоне влияния портовых сооружений, и устранить
низовой размыв пляжа. Для поддержания равновесия пляжа
недостаточно возвратить транспортируемый материал в зоны размыва.
Необходимо также закрыть пути уноса материала на глубину на
участках малой ширины береговой отмели, крутого подводного склона
или у вершины каньонов (например, ограждающими стенками). Для
подпитки искусственных пляжей перспективно использование грунта,
вынимаемого при ремонтных черпаниях подходных каналов. Для под-
держания пляжей предпочтительнее переброска не всех грунтов из
подходных каналов, а только тех из них, которые формируют тело
заполнения при глубинах на бровке канала менее 4м. Тогда массив тела
заполнения формируется преимущественно из несвязных грунтов мелко-
или среднезернистого состава [70]. При этом, помимо обычного
волноприбойного истирания пляжеобразующих материалов с образовани-
ем взвешенных веществ - загрязннителей прибрежной акватории моря, из всех
видов материалов, используемых для подпитки пляжей, волновой прибой
вымывает мелкие фракции с образованием взвеси - главного
загрязннителя прибрежной акватории моря.
3. Анализ аквагенных процессов и явлений, как источников
и причин загрязнения прибрежной акватории моря
В результате почти ста лет изучения морей и океанов, их гидродинамики,
морфологии и динамики береговой зоны в нашей стране и за рубежом
возникла самостоятельная научная отрасль - учение о морских берегах.
Основы его были заложены Д.Джонсоном (1919), но в разработке этого
учения в его современном виде основная заслуга принадлежит
отечественным исследователям. В 1950-80-е годы появился ряд
монографий по общей морфологии и динамике морских берегов
(В.П.Зенкович, 1952 и др.; О.К.Леонтьев с соавт., 1961; 1975;
В.В.Лонгинов, 1962; Г.А.Сафьянов, 1978 и др.), несколько справочных
изданий (Морская геоморфология, 1980 и др.). О.О.Паришев (1999) дал
геоэкологическую характеристику морских берегов Украины [77]. В
2000-е годы опубликованы новые работы [63], [78-79] и др.
В последние три десятилетия значительно возрос поток информации в
области охраны среды. ВИНИТИ реферирует около 10 тысяч работ в год,
однако основной (70?90%) поток информации посвящен пресноводным
объектам; преобладают описательные исследования, имеющие локальный
характер, активно обсуждаются вопросы мониторинга и глобального
потепления климата; очень обильны материалы конференций, симпозиумов
(но их тезисы докладов малоинформативны) и лишь небольшое число (первые
десятки) работ имеют более-менее непосредственное отношение к
рассматриваемой теме. Очень мало фундаментальных работ по вопросам
комплексной сравнительной оценки аквагенных (приуроченных к акватории
моря) и терригенных процессов и явлений, как факторов, источников и
причин загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря. Следует
учесть, что понятие <аквагенные> несколько условно, поскольку и в
акватории моря происходят постоянные контакты и взаимодействия водной
среды с атмосферой, литосферой и терригенными (приуроченными к суше и
береговому склону) обьектами.
Ниже приведены некоторые сведения по результатам
аналитического обзора по оценке аквагенных процессов и явлений как
факторов, источников и причин загрязнения и самоочищения прибрежной
акватории моря.
3.1. Краткие сведения о состоянии прибрежной
шельфовой экосистемы
Прибрежные шельфовые экосистемы моря подвержены особенно
сильному антропогенному воздействию. Сток рек несет сюда весь
возможный набор загрязнителей. Разрушительный эффект на
функционирование прибрежных сообществ оказывает эвтрофикация,
вызванная смывом с полей различных удобрений и выносом
органических веществ. Велико воздействие локальных береговых
загрязнений с ливневыми, промышленными и бытовыми стоками
населенных пунктов и рекреационных комплексов, вызывающее иногда
глубокие нарушения прибрежных сообществ. Промысловые тралы
перепахивают донные биоценозы и глубоко нарушают их нормальное
существование. Дампинг грунта и строительные отходы приводят к
замутнению воды и резкому снижению активности фитопланктона и
прибрежных макрофитов. Изменение химического состава прибрежных
вод приводит к изменению состава биоты. На аллохтонном
органическом веществе развивается бактериальная микрофлора, грибы
и простейшие, что в свою очередь резко ускоряет рециклинг биогенных
элементов и увеличивает первичную продукцию (но не урожайность)
органического вещества [58], [80]. Наиболее сильно загрязнены заливы и
бухты больших городов (Новорос-сийска, Геленджика, Сухуми, Поти,
Батуми). Например, залповые аварийные выбро-сы из переполненных
отстойников Батумского НПЗ привели к загрязнению 7 тыс. км2
акватории с превышением в 5 раз обычного уровня загрязнения [80]. Во
время аварийных разливов нефтяных углеводородов ПДК превышаются
в сотни и тысячи раз. Создаются условия для "заморов" с резким
дефицитом кислорода (25% насыщения) в придонных слоях,
вызывающих крайнюю бедность донных сообществ (12 г/м2). Влияние
локальных сбросов ограничено в пространстве; как правило, уже в
100?200м от места выпуска концентрация минеральных компонентов
стока уменьшается на 90% (т.е. в 10 раз), а органических - на 60% (т.е. в
2,5 раза), то есть убыль минеральных компонентов стока происходит
гораздо интенсивнее, чем органических. Окислительная переработка и
обезврежива-ние стоков в значительной степени осуществляются
микропланктоном, структура сообществ которого при это может
претерпевать существенные изменения. Так в Ялтинском заливе, куда с
1968г. по 1983г. выпускали стоки, роль пирофитовых в фитоценозе
увеличилась в 1,5?2 раза, а диатомовых - упала; при этом число видов
фитопланктона сократилось на 20?30%. В зонах мелководных выпусков
отмечено "цветение" воды, вызванное массовым развитием отдельных
видов фитопланктона. В зонах локальных выпусков особенно резко
увеличивается концентрация гетеротрофной сапрофитовой микрофлоры
(которая на порядок и более выше, чем в фоновой, условно чистой воде)
и прослеживается на 0,5?1 км от места выпуска. У открытого
кавказского побережья (для которого характерен узкий шельф и крутые
береговые склоны) антропогенное влияние сказывается в наименьшей
степени. В конце 1970-х годов оно отсутствовало даже в достаточно
закрытых бухтах типа Геленджикской. Но к концу 1980-х, несмотря на
активный водообмен, обеспечиваемый вдольбереговым течением,
экосистемы бухт (Новороссийской, Голубой, Геленджикской, Сухумской)
перестали справляться с эвтрофикацией, усугубленной поступлением со
стоками тажелых металлов, пестицидов и др. ядовитых веществ [80].
3.2. Воздействия гидродинамических процессов и явлений в береговой зоне
как факторов, источников и причин загрязнения и самоочищения
прибрежной акватории моря
3.2.1. Краткий анализ процессов прибрежной зоны моря
Важнейший и наиболее заметный (невооруженным глазом!) вклад в
загрязнение прибрежной акватории моря вносят взвешенные твердые
частицы наносов (муть). Дж. Ван дер Вейде с соавт. [81] выделили
следующие возможные причины эрозии берегов как фактора
образования взвеси:
I. перенос взвеси с суши: 1) реками; 2) ветром; 3) стоками с суши;
II. добыча песка и дноуглубительные работы;
III. береговые процессы: 1) гидродинамические:
а) вдольбереговой перенос: волнами, приливными течениями,
вдольбереговыми течениями; б) поперечное течение наносов: волны,
изменение уровня воды, потери наносов на дальнем прибрежье; в)
комбинированный тип;
2) геодинамические: а) оседание почвы; б) оползни, подкопы (эрозия
почвы): 1) геотехническая неустойчивость; 2) разжижение почвы.
Ниже приведены анализ и оценка процессов и явлений прибрежной
зоны моря, как факторов образования и перемещения мелкодисперсных
взвешенных частиц.
3.2.2. Воздействия гидродинамических процессов и явлений
Как следует из аналитического обзора публикаций, важнейшим
активным фактором, определяющим характер, масштабы и
интенсивность процессов образования, взмучивания, седиментации,
рассеивания и утилизации мелких частиц является взаимодействие волн
и берега. Большинство динамических факторов, действующих в бере-
говой зоне, - различные виды движения воды и важнейшие среди них -
ветровое волнение и производные от него гидрологические явления [3].
Ведущая роль морского волнения в динамике береговой зоны
несомненна. Оно возникает при воздействии движущихся масс воздуха
(ветра) на водную поверхность, при этом в поверхностном слое воды,
толщина которого определяется скоростью и длительностью ветра, дли-
ной его пути над водной поверхностью (длиной разгона), возникают
колебательные движения, наблюдаемые в виде чередующихся и
расположенных параллельно друг другу ложбин и валов. Благодаря
небольшой вязкости воды при прекращении ветра (фактора, вызвавшего
волнение) поверхность моря еще долгое время остается неспокойной.
После того, как ветер стих, происходит упорядочивание волнения:
волны интерферируют, малые волны поглощаются большими, они
приобретают симметричный поперечный профиль, упорядочиваются их
высоты, длины, период; более или менее короткие и непараллельные
ранее гребни волн выстраиваются в гряды волн большой протяженности
(волны зыби), параллельные друг другу. Некоторый вклад в
измельчение берегового материала образование взвеси могут вносить
кора-бельные волны, особенно в местах оживленного движения судов
[82]. Расчеты общей мощности потока волновой энергии к берегам
Мирового океана, выполненные Г.А.Сафьяновым [3], показали, что
минимальная её величина составляет около 3,1*109 кВт (при мощности
потока приливной энергии у берегов 2,7*109 кВт). Постоянные
океанические течения рассеивают на мелководьях около 0,2*109 кВт. Это
свидетельствует о несомненно ведущей роли морского волнения в
динамике береговой зоны и об огромных энергетических ресурсах
береговой зоны, которые используются в природных процессах и
явлениях, хотя в известном словаре-справочнике Н.Ф.Реймерса [83]
отсутствуют понятия разрушительной мощности, энергии и действий
волн на прибрежные объекты.
Всё, что происходит на поверхности моря, тем или иным образом
связано с состоянием нижележащих слоев воды, даже в тех случаях,
когда поверхностные явления возникают под прямым воздействием
атмосферы; прежде всего это справедливо в отношении аномальных
состояний поверхности (слики, пятна выглаживания, толчея;
упорядоченное чередование полос или пятен сликов, ряби, толчеи;
полосы пены и мусора; вихри, водовороты и воронки; сулой; фронты и
их видимые проявления на поверхности) [84].
3.2.1.2. Взаимодействие волн и берега
При распространении волн в открытом море под некоторым углом к
береговой линии фронт волны неодновременно вступает в пределы
мелководья, т.е. одни, ближние к берегу его участки начинают испытывать
воздействие дна раньше, чем другие, которые еще находятся над большими
глубинами моря. В результате происходит замедление скорости распростра-
нения фронта волны на участке над мелководьем, тогда как часть фронта,
находящаяся над глубоким морем, продолжает постепенный разворот фронта
волны, тем больший, чем ближе в целом фронт волны располагается по
отношению к береговой линии (это процесс рефракции волн). Если рефракция
осуществляется полностью, то фронт волны устанавливается параллельно
береговой линии, и волны подходят к берегу уже под прямым углом. Если
береговая линия извилиста, состоит из чередующихся бухт и мысов, то фронт
волны стремится стать параллельным каждому элементарному отрезку
береговой линии, что вызывает изгиб фронта волны - его контуры в
смягченной форме повторяют контуры береговой линии. Это вызывает
концентрацию волновой энергии у мысов и рассеивание ее в бухтах [3].
Считается, что глубина, на которой еще следует учитывать
воздействие волн на морское дно, составляет не более 1/2 длины волны
[3]. Волны мелководья (которые проходят над глубинами, меньшими,
чем 1/2 длины волны) испытывают воздействие морского дна, в
результате чего скорости движения частиц воды в сторону берега
становятся больше, чем в направлении от берега, что имеет очень
важное значение для динамики наносов в береговой зоне. Она определяет
разный характер движения частиц наносов в береговой зоне, имеющих
разную крупность. Более крупные частицы могут прийти в движение
лишь при больших скоростях, но эти большие скорости направлены в
сторону берега. Следовательно, крупные частицы наносов на дне в бе-
реговой зоне в общем случае имеют тенденцию к движению вверх по
склону, в сторону береговой линии. Мелкие частицы, напротив,
способны прийти в движение при очень малых скоростях, а при больших
могут оторваться от дна, перейти во взвешенное состояние и затем
оказаться во власти течений, направленных от берега. Передний склон
волны по мере уменьшения глубины (т.е. по мере приближения к берегу)
становится все круче и гребень волны, нависая над ложбиной,
обрушивается. Такое разрушение волны происходит обычно на глубине,
близкой по своему значению к 0,5?1 высоты волны h. В силу
неоднородности поля ветра волны даже при одном и том же волнении
неодинаковы, поэтому разрушение волн происходит в пределах довольно
широкой зоны, где волновое движение воды переходит в турбулентное
[85]. При разрушении волны ее гребень преобразуется в плоский поток
воды, взбегающий на берег - так называемый прибойный поток или
накат. Движение его происходит по инерции, которой обладает масса
воды, образовавшей этот поток в результате обрушения гребня. Здесь
уже колебательное движение воды практически полностью пре-
кращается и сменяется турбулентным. Если берег имеет вид обрыва или
уступа, прибойный поток ударяется об этот обрыв и гидравлически
воздействует на него, в результате чего может происходить разрушение
уступа прибоем - абразия берега. Если берег имеет вид аккумулятивной
наклонной поверхности (пляжа), то прибойный поток, взбегая вверх по
этой поверхности, теряет скорость и затем, когда она достигает нулевого
значения, происходит сток воды под действием силы тяжести, т.е. в
направлении наибольшего уклона этой поверхности (откат). Прибойный
поток (заплеск воды вверх по пляжу (накат) и сменяющий его обратный
отток (откат)) является тем фактором, который обусловливает
взвешивание, перемещение и измельчение наносов и их аккумуляцию на
берегу, то есть в пределах зоны, лежащей выше положения среднего
уровня моря при спокойных условиях. Прямой поток получает энергию
при окончательном разрушении волны, а обратный - за счет силы
тяжести. Максимум скорости прямого потока приходится на начало
потока, вверх по пути его следования она уменьшается. Градиент
скорости заплеска определяется одним параметром - уклоном
поверхности, по которой взбегает заплеск. По данным эксперимента, при
волнении, характеризующемся высотой волны на подходе к береговой
зоне 1м, максимальная скорость прибойного потока в нижнем
двухметровом (по протяжению) его отрезке составляла 4 м/с. Далее на
последующих двухметровых отрезках скорость составляла
соответственно 2,5; 2,2; 0,8; 0,6; 0,4 м/с [3]. Обратный поток наращивает
свою кинетическую энергию при движении вниз, тем самым максимум
его скорости также приходится на нижнюю часть зоны прибойного
потока. Средние скорости обратного потока всегда меньше средних
скоростей прямого. По гидродинамическим условиям вся зона
прибойного потока четко разделяется на три части: 1) ту, которая в
течение всего времени действия волнения находится под водой, 2) на
попеременно то осыхающую, то затопляемую; 3) затопляемую только
при экстремальных заплесках. Статистические характеристики волн -
средняя высота h ср и средний период ?ср при <идеальных условиях>
являются функциями следующих параметров: ускорения земного
тяготения g, температур воды и воздуха, скорости ветра V, глубин моря
(водоема) H, длины разгона X, длительности действия ветра t. Из этого
следует, что по гидродинамическим условиям береговая зона весьма
неоднородна и имеет три подзоны, неравных по ширине, площади и
объему: 1) подводного берегового склона (подзона взморья), 2) раз-
рушения волн, 3) прибойного потока.
Морская волна обладает потенциальной и кинетической энергией.
Полная мощность волны (Е) описывается формулой [3]:
Е=0,125*g*П*L*h2, (1)
где: П - плотность воды; g - ускорение силы тяжести; L - длина и h -
высота волны.
Из этой формулы видно, что важнейшее значение для
характеристики мощности волны имеет ее высота. Высота большинства
океанских волн не превышает 3,5м; волны выше 8м бывают редко, а
волны выше 15м образуются только при очень сильных штормах.
Кинетическая мощность разбивающихся о берег волн высотой 1,2м с
периодом 10с составляет 16 тыс.кВт на 1 км длины побережья [86].
Среднеквадратичная величина высоты волн (hСК) (при условии, что
разрушающая мощность прибойной волны пропорциональна квадрату
ее высоты) может быть определена по формуле:
hСК = ?i(hj2*pj)-0,5, м (2)
где ?i - знак суммации по i-м интервалам высот волн (от h=0 до
максимальных высот волн); hi - среднее значение высот волн i-го
интервала; pj - суммарная обеспеченность (в долях единицы) высот всех
волн i-го интервала.
По данным [63] и [87] (по средним многолетним значении спектра
высот волн в северо-восточном секторе Черного моря) была построена
интегральная кривая обеспеченности высот волн, по ней приняты
значения hj и pj и вычислена hСК?0,8м. Однако, суммарная
разрушительная мощность волн (?Еi) не совсем соответствует величине
?i(Кi*рi*hi2), получаемой, исходя из квадратичной зависимости мощности
волнения от высоты волн (здесь ?i - знак суммации по
продолжительности действия рi i-х волн высотой hi; Кi - коэффициент,
учитывающий плотность воды, ускорение силы тяжести и др. факторы).
Если учесть, что длина i-й волны Li пропорциональна высоте волны hi,
(то есть, Li?кi*hi)), то разрушительная мощность волн соответствует ве-
личине ?Е?i = ?i(Кi*рi*Li*hi2) или ?i(Кi1*рi*hi3), то есть, зависимость E=f(h)
является кубической, а средневзвешенную величина высоты волн (hСКуб)
следует определять по формуле:
hСКуб = ?i(hj3*pj)1/3 (3)
Вычисленное по этой формуле значение hСрКуб составляет ?1м.
В районе Новороссийска длина волн в направлении с запада на
восток может достигать 100?130м и высота - 7?8м, то есть,
экстремальные значения высоты волн могут превышать их
среднеквадратичные значения в ?10 раз, в связи с чем, их мощность
может превышать среднегодовую на три порядка. При этом
разрушительная способность экстремально высоких волн может
возрастать еще больше, поскольку под их ударами за считанные часы
одного щторма могут обрушиваться береговые блоки, на разрушение
которых при обычной абразии потребовались бы многие годы.
3.2.3. Воздействия ветрового нагона, волновых и ветровых
течений в береговой зоне моря
Волновые процессы, создавая неоднородность гидродинамического поля,
обусловливают образование в береговой зоне различных течений,
имеющих важнейшее значение, прежде всего, для литодинамических
процессов измельчения и перемещения растворенного, взвешенного и
осадочного материала (энергетические вдольбереговые, градиентные,
разрывные течения и компенсационные противотечения). Энер-
гетическое (вдольбереговое) течение представляет собой перенос воды
вдоль берега при косом подходе волн. Оно обусловлено вдольбереговой
составляющей соответствующего волнового потока энергии и может
быть выражено в любой части береговой зоны, но наиболее эффективно
в подзоне разрушения волн. Компенсационные противотечения
занимают особое место в обмене веществом между прибойной зоной и зо-
ной разрушения волн, с одной стороны, и зоной подводного берегового
склона (взморья) - с другой [3]. Постоянные течения рассеивают на
мелководьях около 3% общей (и ?6% волновой) мощности потока
энергии к берегам Мирового океана. Градиентное течение возникает в
случае наклона уровня моря вдоль берега, т.е. неоднородности
положения уровенной поверхности. Такой наклон образуется вследствие
неравномерности волнового нагона, неоднородности поля рефракции
волн или рельефа подводного берегового склона. Такое течение
прослеживается от участков с превышением уровня к участкам с по-
ниженным уровнем.
Особое место занимают компенсационные противотечения в обмене
веществом между прибойной зоной и зоной разрушения волн, с одной
стороны, и зоной подводного берегового склона (взморья) - с другой.
Причиной их возникновения является волновой нагон масс воды,
возникающий за счет нормальной к берегу составляющей волнового
переноса. Приглубые берега способствуют развитию компенсационного
оттока нагоняемых во время шторма вод, поэтому сгонно-нагонные
колебания уровня (+20?30см). а также сезонные колебания уровня в
северо-восточной зоне Черного моря незначительны [76]. В ряде случаев
компенсационный отток осуществляется разрывными течениями,
которые представляют собой также один из механизмов оттока вод от
берега в море; их образованию способствует неоднородность рельефа или
очертаний берега, а также неоднородность поля рефракции волн.
Скорость разрывного течения может превосходить 1м/с, оно захватывает
большой объем воды и способно привести во взвешенное состояние
крупные массы наносов. В <головной части> разрывного течения
происходит расширение и распластывание струи потока, скорости на
некотором расстоянии затухают, и массы воды вновь вовлекаются в
движение, направленное к берегу. Ветровые течения уступают волновым
в 3?5 раз по абсолютной величине скоростей. Если ветровое течение
непараллельно берегу, то оно неизбежно вызывает изменение уровня
моря в береговой зоне. Длительные и сильные ветры, направленные с
моря на сушу, обусловливают общее перемещение масс воды в сторону
берега, причем при малых глубинах этим движением может быть ох-
вачена вся толща воды. При длительных ветрах с моря происходит
перемещение к берегу огромных масс воды, а при противоположных
ветрах - перемещение воды от берега в море, и при этом уровень моря
также может изменяться на несколько метров. Морское волнение также
создает нагон воды к берегу; ураганный ветер скоростью 40 м/с создает
градиентное течение со скоростью 4 см/с, способное вызвать повышение
уровня около 6 см/км [3]. Чем больше длина пути ветра над водной
поверхностью, тем больше подъем уровня и, если, например, ураган
проходит над морем до берега 100 км, подъем уровня у наветренного
берега составит 6м. При этом обычно у отмелых берегов размах
колебаний уровня, связанный со сгонами и нагонами, больше, чем у
приглубых. В Черном море на сгонно-нагонные явления некоторое
влияние оказывает Керченский пролив [88]. Средние величины
ветрового нагона для внутренних морей - в пределах 0,3?0,7м, но в году
бывает немало штормов, вызывающих нагоны гораздо более высокие,
создающие большие проблемы во многих пунктах побережий.
Наибольшие сгоны и нагоны возникают зимой под влиянием сильных
ветров, связанных с прохождением циклонов. Сгонно-нагонные
колебания уровня различны в разных районах. У берегов Крыма нагоны
до 40?60 см, в Поти - до 17 см, но при штормах на Кавказе нагоны
достигают местами 1,5 м, а в С-З части - до 2м [89].
3.2.4. Воздействия приливов и других колебаний уровня моря
Все виды колебания уровня моря оказывают в основном косвенные
воздействия (вследствие расширения зоны волнового воздействия) на
разрушение берегов и истирание пляжевого материала и горных пород
берегового склона. У побережья Черного и Азовского морей бывают
колебания уровня разных типов.
1) Ежедневные колебания уровня в зависимости от приливов и
отливов. Согласно статической теории приливов И.Ньютона,
максимальная величина прилива - 0,8м, при этом она меняется в
течение месяца и суток [3]. При приливе масса воды устремляется к
берегу, а при отливе - от берега в море (это наиболее обычный вид
приливного течения, который получил название реверсивного). Важной
особенностью при этом является четко выраженное неравенство времени
и скорости прилива и отлива. Прилив менее продолжителен по времени,
чем отлив, и приливное течение имеет большую скорость, чем отливное.
В суживающихся к вершине заливах при прохождении приливной волны
нередко наблюдается резкое возрастание ее высоты. При слиянии гребня
волны с подошвой предшествовавшей волны фронт волны принимает
вид гигантского водяного вала с почти вертикальным фронтальным
склоном, с большой скоростью (до 7м/с) распространяющегося вверх по
заливу или по приустьевому участку крупной реки. В береговой зоне на
общий реверсивный характер приливных течений накладывается
влияние рельефа, очертаний берегов, наличие островов, узких проливов,
что в конечном счете обусловливает большое разнообразие величины
прилива, направления и скорости течений, образование встречных
потоков, сулоев и водоворотов [3]. Суммарная величина потока энергии
приливов, вносимой в береговую зону, лишь немного уступает потоку
волновой энергии [3].
Приливы на Черном море незначительные; они имеют
неправильный полусуточный характер, их высота не превышает 10см
даже в тех пунктах, где они наиболее выражены. Наблюдения в порту
Поти установили, что в течение суток колебания уровня воды в связи с
приливами и отливами бывают наиболее сильными в дни весеннего и
осеннего равноденствия; при новолунии и полнолунии средний размер
приливо-отливных колебаний 8,3см, а в первой и в третьей четвертях
луны - в среднем 4,3см [90].
Согласно Н.В.Есину с соавт., в Черном море приливные колебания
не возникают и практически отсутствуют, так как колебания океана
сюда не доходят из-за узости и мелководности отделяющих проливов;
сезонные колебания уровня также незначительны [76].
2) Годовые изменения уровня Черного моря - начиная с января,
уровень постепенно повышается и наибольшая высота его наступает в
июне. Затем уровень начинает понижаться и в ноябре доходит до низшей
точки. В различные годы этот годовой ход уровня колеблется от 16 до
24см, в зависимости от количества атмосферных осадков и от количества
вод, вносимых в море реками.
3) Вековые колебания уровня Черного моря в течение ряда лет.
Наблюдения в порту Поти с 1891г. по 1917г. показали, что за 26 лет,
наинизший уровень был в 1894г., а наивысший в 1897г.; в последующие
годы после 1911г. он непрерывно стремился к повышению и уровень
1915г. превышал уровень 1898г. на 37 см [90].
4) Кратковременные (в том числе суточные) колебания уровня моря
более значительны, чем среднегодовые и даже вековые. Они
определяются, прежде всего, приливо-отливными и сгонно-нагонными
явлениями.
5) Сейши - стоячие волны большого (от нескольких минут до
десятков часов) периода без распространения профиля волн по
поверхности водоема. Сейши проис-ходят по инерции после
прекращения вызвавшего их внешнего фактора (сильный ветер или
буря, резкие изменения атмосферного давления, выпадение интенсивных
осадков, сейсмические толчки и др.) [14]. Небольшие кратковременные
(обычно не более 20 минут) местные сейши с повышением уровня до 5 см
бывают в Черном море ежедневно, а большие (до 50 см) - только во
время бурь [90].
3.2.5. Абразионные процессы в береговой зоне моря
Работа волн в береговой зоне заключается в разрушении берега и
подводного берегового склона, в перемещении и истирании пляжевого
материала, в переносе осадочного материала и в создании различных
абразионных или аккумулятивных форм рельефа берега.
Разрушительную работу морских волн называют абразией. Она может
осуществляться разными способами [3].
1) Механическим способом (механическая абразия) разрушение пород,
слагающих берег, происходит под действием гидравлического удара
прибойного потока, мгнове-нной компрессии и декомпрессии воздуха в
трещинах пород в результате воздействия прибоя, а также путем
бомбардировки и истирания горной породы обломками этой же или
другой породы [3], [76].
2) Воздействием растворяющей способности воды (химическая
абразия).
3) Термическая абразия (процесс разрушения теплом воды берегов,
сложенных мерзлыми породами или льдом) и криогенные берега не
характерны для побережья Черного и Азовского морей, в связи с чем они
здесь не рассмотрены.
Механическая абразия берега возникает, если только часть энергии
волн расходуется на перенос осадочного материала; тогда свободная от
этой работы энергия волн превращается в работу по разрушению берега
и подводного берегового склона. Другой случай - волны, приходящие с
открытого моря, не успевают расхо-довать над достаточно крутым
подводным береговым склоном всей своей энергии; доносимая ими до
берега неизрасходованная энергия превращается здесь в работу по
разрушению берега. Третий случай - это концентрация энергии у мысов
в результате рефракции волн у извилистого берега. В любом случае ход
абразии в большой мере зависит и от степени податливости (или
устойчивости) породы размыву и истира-нию. О.К.Леонтьев (1961)
предложил разделить все породы по степени их сопротивляемости
абразии на пять классов [3]:
1 прочные скальные кристаллические, прочные метаморфические и
осадочные породы (известняки, граниты и некоторые гнейсы);
11 изверженные метаморфизованные, мета-морфические,
сцементированные осадоч-ные и эффузивные породы (гнейсы,
серпентиниты, сланцы, андезиты, туфо-базальты и др.);
111 выветрелые, слабопрочные осадочные и эффузивные породы,
(сильно выветрелые кристаллические породы, мергели, глинистые и
мергелистые известняки, аргиллиты, песчаники и туфы);
IV полускальные и глинистые, некоторые слабо сцементированные
осадочные породы (песчаники, конгломераты, глины, суглинки);
V рыхлые несцементированные отложения (пески, супеси, слабо
уплотненные суглинки, лесс, галечники, несцементированные
гравелиты).
Эту классификацию П.А.Каплин с соавт. дополнили еще тремя
классами [3]:
VI осадочных несцементированных пород, представляющих собой
смесь относительно мелких фракций и очень грубых обломков
(например, моренный суглинок, материал конусов выноса в горных
странах);
VII хорошо растворяющиееся породы или породы, сильно
обогащенные хорошо растворимыми компонентами; наиболее типичны
здесь химически чистые известняки, галит (каменная соль), гипсы,
сильно загипсованные или сильно засоленные глинистые и суглинистые
породы; 3) классом
VIII многолетнемерзлые осадочные породы и лед.
Механизм абразионного воздействия волн и прибоя на слагающие берег
породы весьма разнообразен. Заметную роль играет гидравлический
удар прибоя, но для пород I?IV классов она невелика, так как пределы
прочности этих пород значитель-но выше тех давлений, которые
достигаются при ударе штормового прибоя (до ~7 кг/см2, тогда как
предел прочности в гранитах и известняках в 10?15 раз больше).
Значительно эффективнее действует бомбардировка клифа (крутого,
часто отвесного или ступенчатого берегового обрыва, выработанного
прибоем в высоком коренном берегу) твердыми частицами - обломками
горных пород, а на бенче (террасе, выработанной абразией в коренных
породах у основания клифа) важную роль играет также истирание его
поверхности обломками. Н.В.Есиным с соавт. [76] было показано, что в
абразионном процессе существенную роль также играет кавитация -
явление разрыва жидкости в некоторых областях потока, где скорости
движения воды достигают максимальных критических значений. При
разрыве в жидкости образуются кавитационные полости в виде пузырей
или пузырьков, заполненных парами воды, или воздухом, или
растворенными в воде газами. При разрыве кавитационных полостей
возникает мощное ударное давление, которое прямо зависит от
величины радиуса кавитационной полости. В области опрокидывания
волны и ее разрушения кавитационные явления развиваются наиболее
бурно.
Разрушение породы, слагающей клиф, в очень большой мере
определяется также мгновенной компрессией и декомпрессией воздуха в
микротрещинах в породе. Мощное сжатие воздуха происходит при ударе
прибоя о клиф, а декомпрессия - после отката прибойной волны. В
момент удара прибойного потока в стенку клифа возникает мгновенный
(длительностью несколько миллисекунд) пик давления, в несколько раз
превышающий среднюю силу гидравлического давления при этом ударе.
Этот пик и создает огромную компрессию в трещинах, в результате чего
происходит расширение трещин, образование новых и разрушение
породы.
Обломочный материал при движении отбивает кусочки
выступающих пластов флиша, а также действует как абразив, истирая
коренные породы, подвижный и неподвижный обломочный материал и
истираясь сам [76].
Эффективность абразии в очень большой мере зависит от прочности
горных пород, слагающих берег. В одних местах на побережьях,
сложенных легко размы-ваемыми породами, профиль берега близок к
абразионному профилю равновесия, в других - находится в той или иной
степени приближения к нему, а в третьих (там, где берег сложен очень
прочными породами) сохраняется тот профиль склона, который
существовал до того, как установился современный уровень моря.
Абразии благоприятствуют конвергенция ортогоналей плана
рефракции, доста-точно крутой исходный уклон подводного берегового
склона, неполная загрузка береговой зоны осадочным материалом,
который волны должны перерабатывать и перемещать [3]. Ортогонали
при рефракции концентрируются у мысов, мысы же чаще бывают
приглубыми. Следовательно, в ходе абразионного процесса в первую
очередь должны срезаться выступы берега, т.е. происходить
выравнивание берега. Однако и здесь очень важно, какими породами
сложен берег. Таким образом, на участках, сложенных легко
размываемыми породами IV и V классов, скорость абразии велика, и
преобразование их контура волновыми абразионными процессами может
быть весьма значительным. В то же время берега, сложенные горными
поро-дами I класса, могут тысячелетиями сохранять свои
первоначальные очертания [3].
По подсчетам Г.А.Сафьянова ежегодно в океан поступает около 1
млрд. т материала абразионного происхождения [3]. Это во много раз
меньше, количества материала, поступающего за счет твердого стока
рек, но по отдельным бассейнам (например, по Азовскому морю)
абразионный материал, образующийся здесь в основном за счет размыва
суглинков и лёссов, обнажающихся в береговых обрывах, играет
основную роль в обеспечении береговой зоны обломочным материалом
[91]. Обычно в береговой зоне резко преобладают песчаные отложения,
но источники поступления песка - иные, в основном не связанные с
абразией.
При волнении (особенно во время штормов) интенсивно истираются
валуны и галька (за год истирается от 4 до 10% обломочного материала,
лежащего на пляже) [63], [76]. По сути, волноприбойная зона бухт
является мельницей, перемалывающей пляжевый материал [63].
Продукты абразии и обломочный материал, образующиеся в ходе
разрушения горных пород, слагающих берег, могут быть различного
типа - от огромных блоков и глыб, обрушивающихся с береговых
склонов и обрывов, до валунов, гальки, гравия, песка и тонких
алевритовых и пелитовых частиц. Волны и прибойный поток, разрушая
клиф, вымывают из этих пород мелкие фракции - песок, алеврит, пелит,
а валунно-глыбовый материал остается на месте или испытывает лишь
очень огра-ниченные перемещения. В результате на поверхности
разрушаемой породы на бенче или у подножия клифа накапливается
грубообломочный материал, из которого постепенно формируется броня
из валунно-глыбовой отмостки, защищающая бенч и подножия клифа от
дальнейшего размыва.
Таким образом, большинство гидродинамических факторов,
действующих в береговой зоне, - различные виды движения воды;
важнейшие среди них - ветровое волнение и производные от него
гидрологические явления. В итоге уже при умеренном волнении (и тем
более - при шторме) на пляжи с моря идут мутные валы [94].
3.3. Воздействия гидрохимических и биотических факторов
Гидрохимические характеристики могут оказывать влияние на
масштабы и интенсивность разрушения берегов и стать одной из причин
загрязнения моря. При этом они сами в некоторой степени зависят от этих
процессов. Реки приносят в Черное море больше воды (около 350
км3/год), чем испаряется с его поверхности, что обусловило
опресненность морских вод (в июле ?1,8%, а зимой ?1,9%). В
антициклонических вихрях происходит накопление вод и последующее
их опускание (вблизи материкового склона) и возникновение
квазистационарной зоны конвергенции (схождения течений), что в
штилевую погоду на внешней границе ОЧТ проявляется на поверхности
по сликам (глади) и скоплениям плавающего мусора (на расстоянии 5?7
(и менее) миль от кавказского побережья). Это предопределяет
компенсационный подъем вод по материковому склону и образование
фронтальной зоны - мощного гидрохимического барьера, к которому
приурочены максимальные концентрации Zn, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, а
также хлор- и фосфорорганических пестицидов и ПАУ [58], [95-96].
Разрушение берегов вызывает значительое загрязнение прибрежных вод
взвешенными веществами [94], а создание дамб, берегозащитных стенок,
бун, искусственных насыпных пляжей нарушает естественную
циркуляцию и перемешивание прибрежных вод, что ухудшает условия
рассеивания загрязненяющих веществ и самоочищения вод прибрежной
акватории моря [75]. По характеру возникающих последствий химические
факторы могут оказывать различные виды действия: А. непосредствен-
ным загрязнением прибрежной акватории моря при поступлении
загрязняющих веществ в море.
Б. косвенным загрязнением прибрежной акватории моря посредством:
а) процессов разрушения берегов вследствие химического
взаимодействия (химическая абразия);
б) вследствие процессов коррозии различных антропогенных
объектов;
в) вследствие воздействия на биохимические процессы.
Скорость химической абразии зависит от состава пород, слагающих
береговой склон, от свойств воды в водоеме, от температуры среды и от
гидродинамического режима. По уменьшению степени растворимости
намечается последовательный ряд горных пород: галит, гипс, известняк,
доломит. Химическая абразия наиболее распространена на берегах,
сложенных карбонатными горными породами. Чаще всего формы
химической абразии развиты на берегах, сложенных известняками, что в
первую очередь обусловлено широким распространением самих
известняков; на их поверхности возникают различные формы
выщелачивания (со скоростью 0,5?5мм в год) в виде борозд по трещинам
или выемок по наиболее податливым участкам породы. Там, где
скорость механической абразии превышает эти величины, сохранение
форм химической абразии невозможно. Скорость химической абразии
зависит от состава пород, слагающих береговой склон, от свойств воды в
водоеме, от гидродинамического режима. На скорость химической
абразии влияет температура среды, что имеет большое значение в связи
с тем, что холодная вода способна растворять большее количество СО2 и,
благодаря этому, более агрессивна по отношению к известнякам. Однако
скорость выщелачивания карбонатов определяется также скоростью
реакции образования бикарбонатов (при повышении температуры на
20°С количество растворенной углекислоты сокращается вдвое, но
скорость химической реакции образования бикарбоната возрастает
вчетверо, что ускоряет в этих условиях химическую абразию по
сравнению с условиями холодных вод). Кальций, магний, натрий, калий,
стронций, кремний, алюминий, углерод, фтор, бром, иод, бор, титан,
железо и их соединения, а также хлориды, сульфаты и некоторые др.
ионы являются постоянными компонентами (в растворенной, ионной,
коллоидной и взвешенной формах) химического состава природных
(особенно морских, где содержатся все химические элементы) вод, чему
способствует (в отличие от других компонентов) их повсеместная
распространенность в горных породах, а главными источниками их
поступления в поверхностные воды, а затем в море являются процессы
химического выветривания и растворения минералов, горных пород,
почв. Растворению способствуют микробиологические процессы
разложения органических веществ, сопровождающиеся понижением
водородного показателя (рН). Растворение усиливает интенсификация
процессов выщелачивания элементов из почв и горных пород в
результате выпадения кислотных дождей с пониженным водородным
показателем (рН) осадков. Значительные количества их поступают в
природные воды в процессе биохимического распада органических
остатков, отмирания наземных и водных растительных организмов, с
атмосферными осадками, выносятся со сточными водами предприятий,
коммунально-бытовогого и сельского хозяйства, со стоками
сельскохозяйственных и др. угодий. Однако все источники их
поступления создают в море изменения их концентраций, на несколько
порядков ниже их ПДК и обычных естественных концентраций в
морской воде, в связи с чем их, в принципе, можно не включать в список
загрязнителей моря. В то же время в результате <чисто природных>
явлений содержание тех или иных микроэлементов в морских водах
может намного превышать обычные, средние концентрации. Например,
на Камчатке после извержений вулканов с умеренными выбросами
пепла существенно возрастает биомасса фитопланктона, что вызывает
вспышку размножения циклопов и дафний - основного питания
лососевых рыб, но при больших пеплопадах гибнет много рыбы [97].
Высокие концентрации ртути отмечены в Исландии и на Гавайях, где
обнаружены аномалии и у рыб, обитающих у берегоа архипелага [98].
Многие объекты берегозащиты могут разрушаться вследствие процессов
коррозии, воздействующих на строительные конструкции и их
элементы. Коррозии в той или иной степени подвержены практически
все (за очень редкими исключениями) конструкционные и отделочные
материалы - металлы, природный и искусственный камень, древесина,
полимеры и т.д. Поэтому при проектировании, строительстве и
эксплуатации объектов берегозащиты необходимо предусмаривать
самые серьезные меры защиты от коррозии.
Биотические факторы. Бактериальное, микробное население - один
из важнейших компонентов любого водоема. Черное море можно назвать
бактериальным ввиду первостепенного значения бактериальных
процессов в формировании его современного режима. Около 80% его
водной толщи и донных отложений находятся в пределах анаэробной
зоны, лишены других форм жизни, кроме бактерий [58]. Поэтому
органическая жизнь сосредоточена главным образом в поверхностном
слое воды. В Черном море бактерии выступают не только в роли
гетеротрофов, но и редуцентов хемолитоавтотрофов - создателей
хемосинтетической продукции. Вследствие пониженной солёности
поверхностных населенных вод возникает как-бы "неритизация"
Черного моря, его сообщества обедняются по сравнению с исходными
средиземноморскими, а их экологическая (конкурентная) резистентность
(сопротивляемость) снижена. В то же время отдельные виды различных
трофических уровней получают в них массовое развитие [58].
Довольно разнообразен (более 500 видов) фитопланктон; его
биотопом служит слой воды над пикноклином, в таких случаях
"цветение" воды фитопланктоном может развиваться и в отсутствие
стратификации эвтрофированной зоны, поэтому для открытых районов
Черного моря характерно зимнее "цветение". В летний период (июнь-
сентябрь) биомасса фитопланктона меньше, чем в период весеннего
"цветения" (особенно в его конце, когда в фитопланктоне велика роль
гетеротрофных и миксотрофных видов, составляющих до 30% общей
массы фитопланктона) [58]. Незначительную роль играют
фотоавтотрофные бактерии. В прибрежных водах продукция бактерий
возрастает в ?5 раз по сравнению с верхним слоем открытых районов
Черного моря и достигает 100?270 мг/(м3*сут), что соответствует уровню
эвтрофикации. Максимум развития бактерий приходится на вторую
половину лета, минимум - на зиму.
Экологические последствия крупномасштабных нарушений (даже
кратковременных) структуры вод моря могут стать необратимыми в
результате изменения потоков вещества и энергии в биосфере.
Образовавшаяся в результате этого экосистема характеризуется значительно
более низким уровнем разнообразия и значительно упрощенной трофической
цепью. Эти временные экосистемы отличаются несбалансированностью,
обусловленной преобладанием скорости образования органического вещества
в процессе фотосинтеза фитопланктона над темпами его потребления.
Значительная часть создаваемой фотосинтетиками продукции, не
используется в трофических цепях, аккумулируясь в донных отложениях.
Изъятие огромного количества углерода из биогеохимического цикла и его
захоронение в донных отложениях - важный фактор изменения климата.
Возможно аномально бурное развитие некоторых видов планктона,
вызываемое глобальным нарушением гидрологической структуры морской
среды и приводящее к эвтрофированию (масштабному "цветению") вод.
Биотические факторы (макро- и микроорганизмы и продукты их
жизнедеятельности) могут оказывать различные виды механического и
химического действия с последствиями различного масштаба - от легких
повреждений (механических и биохимических) до полного разрушения
больших сооружений. Своими сооружениями и изделиями человек
заполнил жизненное пространство прежних обитателей, вступил с ними
в конфликтные отношения. Многие устройства людей оказались пригод-
ны для жизни или питания других живых существ [99]. И живые
организмы не только избавляют биосферу от мусора и загрязнений,
поедая отходы людей, но и разрушают или выводят из строя здания,
сооружения и т.п. изделия. Бактерии, грибы, лишайники, водоросли,
высшие растения, простейшие, кишечнополостные, черви, мшанки,
моллюски, насекомые, членистоногие (особенно термиты), иглокожие, ры-
бы, птицы, млекопитающие повреждают и разъедают материалы
(кирпич, камень, бетон, древесину, металлы, бумагу, краски, клеи, кожу,
шерсть, ткани, нефть, нефтепродукты, стекло, силикаты, пластмассы,
полимеры, резину и др.); изделия (деревянные и каменные строения,
индустриальные комплексы и сооружения, металлоизделия, водный и
надземный транспорт, машины и оборудование, трубопроводы, емкости,
дорожные покрытия, плотины, ирригационные сети и др.), памятники
культуры, музейные коллекции, архивные документы и т.д. Водоросли,
моллюски и др. организмы вызывают обрастание поверхностей судов,
каналов, водоемов, систем охлаждения воды, вызывая серьезные
нарушения их эксплуатации. Древоточцы и камнеточцы разрушают
сваи, дамбы, молы и др. деревянные и каменные строения. Бактерии
усиливают коррозию подводных и подземных труб,
металлоконструкций, гидроизоляционных, антикоррозионных и
отделочных покрытий и т.п.
Человек создает новые материалы и изделия, а биосфера создает для
них новые виды едоков - живых организмов. Поэтому, нужны
комплексные, надежные средства защиты от биоповреждений. В
некоторой степени это касается и проблемы загрязнения и самоочищения
прибрежной акватории моря. В частности, биота, выступая как фактор
защиты от разрушения и истирания горных пород (например, водоросли,
мидии и др. макроорганизмы, покрывают подводные поверхности
горных пород и строительных конструкций БЗС и БУС, защищая их от
повреждения и разрушения абразией и коррозией), уменьшают
образование взвешенных веществ. Однако и водоросли, и мидии, и др.
макроорганизмы предпочитают поселяться в тех местах, где нет
перемещения влекомых наносов и где практически не протекают
процессы механической абразии горных пород ни в целике, ни в массе
наносов. В целом весьма затруднительно вычислить долю вклада
биотических факторов в загрязнение и самоочищение прибрежной
акватории моря, но можно полагать, что она пе очень велика и, как
минимум, на 1?2 порядка меньше доли вклада прочих процессов и
явлений.
3.4. Воздействия геодинамических процессов и явлений
Следствием абразии являются разнообразные денудационные и
гравитационные геодинамические процессы и явления, как причины
загрязнения прибрежной акватории моря: эрозия, подмыв, подкоп,
оседание и оползание берегов и их оснований, подводные оползни и др.
явления. Абразия создает условия для развития оползней и интен-
сифицирует денудацию (поскольку скорость отступания склона в
результате денудации пропорциональна его уклону) и быстро
протекающие эпизодические события (обычно при сильных штормах) -
обваливание и осыпание крутых берегов и утесов, сход оползней,
размывы берегов и сооружений, чему способствует перемещение горных
пород, индуцированное и стимулированное тектоническими
движениями. В ряде случаев, в особенности когда береговой уступ очень
высок (десятки или сотни метров) и сложен очень прочными горными
породами, гравитационные процессы господствуют над всеми
остальными, в том числе и над абразией. На участке от Новороссийска
до Туапсе на берегах на протяжении многих километров над морем
высятся высокие обрывы, с которых происходит непрерывное осыпание
материала и у подножия таких обрывов образовались осыпные конусы.
Эти осыпи и поставляют основную массу обломочного материала в зону
прибоя, где он перерабатывается в прибрежно-морские наносы и взвесь.
Большую роль в отступании клифов играет физическое выветривание
пород. Время от времени на различных участках происходят обвалы, и
тогда берег сразу отступает на 1?2м. Обычно за год море успевает раста-
щить все обломки и измельчить их, а волны снова начинают подмывать
то место, где произошел обвал [76]. Своеобразно протекает абразионный
процесс в том случае, если берег сложен горными породами VI класса и
абразионный процесс сопровождается проявлениями гравитационных
процессов - обвалов, оползаний, осыпаний. Образующиеся в ходе абразии
продукты разрушения горных пород, слагающих берег (обломочный
материал), могут быть различного типа. Огромные блоки и глыбы,
обрушившиеся со стенки клифа, обычно остаются на месте обрушения и
медленно разрушаются ударами прибоя. Обломки размерами,
соответствующими валунам или гальке (более 10 см и от 1 до 10 см
соответственно), в особенности последней, активно участвуют в
дальнейшем разрушении берега как материал бомбардировки и сами
при этом также дробятся и окатываются. При дроблении получаются
сравнительно мелкие обломки, соответствующие по размерам гальке и
гравию (10?1 см и 10?1 мм), а при скатывании и истирании обломков
или истирании породы в ее коренном залегании на бенче, - тонкие
алевритовые (0,1-0,01 мм) и пелитовые (мельче 0,01 мм) частицы [3].
Волны и прибойный поток, разрушая клиф, вымывают из этих пород
мелкие фракции - песок, алеврит, пелит, а валунно-глыбовый материал
остается на месте или испытывает лишь очень ограниченные
перемещения. В результате на поверхности разрушающейся породы (на
бенче или у подножия клифа) накапливается грубообломочный
материал, из которого посте-пенно формируется броня, защищающая
бенч и подножия клифа от дальнейшего размыва; такие накопления
называют валунно-глыбовой отмосткой [3].
Сильный размыв характерен для южных гористых берегов Крыма,
экспонированных навстречу сильным ветрам и волнениям с юго-запада
и юго-востока. Разрушение берега ускоряется здесь образованием
мощных оползней в широко развитых глинистых породах [3].
Практически весь пляжеобразующий обломочный материал
поступает в береговую зону в результате разрушения пород, слагающих
сушу (то есть он является терригенным), за счет денудации береговых
склонов, обвалов, осыпей, оползней, а также в виде твердого стока рек и
временных водотоков. И лишь небольшие его количества образуются в
результате пород подводного берегового склона. По данным [71] на
1955г. в пляжевых разрушения отложениях побережья от р.Туапсе до
р.Мзымта содержалось 1963 тыс. м3 наносов аллювиального
происхождения и ?430 тыс. м3 (или ?18% наносов подвижной зоны
пляжей) приходились на выносы небольших рек и оврагов, а также на
материал, поступивший за счет разрушения берега и дна моря.
Урбанизация уменьшает эрозию и сток, но делает их более сконцен-
трированными [81]. Гидротехнические работы на реке изменяют сток
наносов, поскольку регулирование стока, особенно ограничение его
максимума, уменьшает сток наносов, а устройство дамб вызывает
отложение наносов в водохранилищах.
Ко времени стабилизации современного уровня моря большое
количество речных наносов сформировало сложные приустьевые
дельтовые выступы и мысы. Оконечности мысов пересекли узкий
шельф и часть наносов стала уходить на крутые склоны подводных
откосов, создав благоприятные условия для развития турбидитных
отложений; сильное расчленение подводного склона и обилие подводных
каньонов указывают на активные эрозионные процессы, являющиеся
характерной чертой кавказского побережья Черного моря [100]. Узкий
шельф является зоной транзита для тонких частиц взвеси. Здесь
временно аккумулируются лишь наиболее крупные минеральные
частицы, которые не подвержены вымыванию в результате воздействия
течений и штормов. Частицы, влекомые вдоль дна течением, в итоге
осаждаются в глубоководные зоны моря по дну каньонов, образуя
придонные мутьевые потоки. Попадая в спокойные гидродинамические
условия глубоководной равнины моря, взвешенный материал оседает на
дно, формируя сравнительно мощный осадочный чехол. Осадочный
материал с шельфа поступает в глубоководную часть Черного моря,
создавая как вертикальные, так и горизонтальные потоки, текущие вниз
по склону [100]. Сам поток осадочного вещества, текущий по дну
каньона, существенно не меняется на всем протяжении своего движения
как по величине, так и по составу, то есть, измельченный и безвозвратно
утерянный для пляжа материал принимает участие лишь в донном
осадкообразовании, хотя косвенно - через изменение уклонов дна и хода
деформации волн он влияет и на динамическое состояние береговой
зоны в целом. Интенсивные современные тектонические движения
способствуют развитию оползней и мощных потоков осадочного
материала вниз по склону шельфа, в подводных долинах, в их
приустьевых областях [68], [100].
Кафедрой физической географии Ростовского университета [101] в
1970?80-е годы проведено исследование галек в пробах пляжевых
отложений в различных бухтах участка побережья от Анапы до Туапсе.
Оценивали гальки по величине коэффициента сферичности (Ксф),
характеризующего степень приближения отдельной гальки к форме
идеального шара и обычно имеющего значения в пределах 0,3-0,8.
Процесс образования гальки можно представить так. Первоначально
происходит откалывание обломков от материнской породы в результате
действия экзогенных процессов. После откалывания начинается
транспортировка обломка, что и является началом изменения
первичной формы, полученной при откалывании. Галечный материал
может попасть на пляж бухты в результате транспортировки по руслу
реки или при движении по урезу воды вдоль берега. Галечные
отложения интегрально характеризуют процессы на побережье и на
территории речных водосборов. На коэффициент формы галек
оказывают влияние длина русла реки, уклон речного профиля, геоло-
гическое строение бассейна, степень его залесенности, распаханности и т.
п., наличие осыпей, обвалов, обнаженных склонов, как источников
крупнообломочного материала. Важную роль играют степень
переуглубления речных долин и мощность погребенного под дном реки
запаса рыхлых речных отложений, которые также дают поступление
материала на пляжи бухт [94]. В прибрежной зоне на форму галек суще-
ственное влияние оказывают поступление материала с береговых
обрывов и степень волновой активности, определяющая истирание и
перемещение обломочного материала. При поступлении в бухту он
может несколько изменить свои размеры в результате истирания и
раскалывания, но форма (или соотношение его трех главных осей)
остается постоянной в целом для бухты. Таким образом, начиная от
момента образования обломка породы и кончая формированием пляжа на
берегу моря, постоянно происходит измельчение горных пород (и других
материалов) с образованием взвешенныхх и растворенных загрязнителей
водной среды, причем этот процесс определяется в основном геологическими
и геоморфологическими условиями водосборного бассейна района. Значения
коэффициента сферичности галек в соседних бухтах могут значительно
различаться, но это различие будет неизменным в течение многих лет,
что говорит о некоторой устойчивости литодинамической системы в
целом.
3.5. Характеристика берегов Черного моря с точки зрения
возможности образования загрязнителей моря
При районировании побережья учитывают комплекс
взаимодействующих факторов, основными из них являются современная
морфология берега, характер геологического и тектонического строения,
интенсивность и направление волн, режим уровня, поступление наносов
с суши, антропогенные воздействия и др. Различные сочетания этих
факторов определяют облик берега и процессы его современного раз-
вития.
Берега Черного моря (длина береговой линии около 3400 км) слабо
изрезаны и мало расчленены. Здесь островов мало, имеется лишь один
крупный полуостров (Крым) и ряд небольших заливов по его периферии
и на западном побережье. Берега преимущественно крутые, гористые,
лишь на С-З - низменные, местами лиманного типа. Круты и обрывисы
южные берега Черного моря, образованные северными, часто терраси-
рованными, густо залесенными склонами Восточно- и Западно-
Понтийских гор, вытянутых субпараллельно береговой линии [3]. В
западном направлении горы постепенно понижаются и у пролива Босфор
их высота не превышает 300м. Почти на всем этом протяжении развиты
абразионные и абразионно-денудационные (на востоке) берега с
обрывистыми скалистыми клифами. Лишь в отдельных небольших
бухтах имеются маломощные песчано-галечные <карманные> пляжи [2].
Основные участки аккумуляции приурочены к устьям наиболее
крупных рек - Кызыл-Ырмак (длина 1151 км), Сакарья (длина 790 км) и
Ешиль-Ирмак (длина 416 км), Риони (длина 327 км). За счет паводковых
выносов рек в их устьевых частях формируются довольно значительные
дельты, образующие заметные выступы низменного берега, почти
достигающие края узкого здесь шельфа. Под влиянием сильных северо-
западных волнений аллювиальный материал частично отклоняется к
востоку, что сказывается в морфологии дельт и, прежде всего, в
образовании с этой стороны фланговых баров (дельты рек Кызыл-
Ырмак и Ешиль-Ирмак) [2].
Западное и С-З побережья Черного моря более низменное, к берегу
нередко подходят слабовсхолмленные равнины разного генезиса
(аллювиальные, морские и аллювиально-морские). Сюда приурочена
дельта Дуная, она имеет сложное строение, в ее состав включены не
только обычные для дельт прирусловые валы, но и хорошо
сохранившиеся в рельефе серии песчаных береговых валов,
фиксирующих стадии нарастания дельты [61]. Основной сток реки
теперь осуществляется через ее северный рукав (Килийский). Поэтому в
южной части дельты нарастание берега несколько уменьшилось, и даже
кое-где появились следы размыва. Интенсивный разбор дунайской воды
на орошение пятью странами, через территории которых проходит река,
усиливает тенденцию к размыву в южных частях дельты. Южнее и
севернее дельты Дуная протягиваются обширные участки лагунного
берега. Лагуны (или лиманы, поскольку они образовались в
подтопленных устьях рек) отделены от моря мощными песчаными
пересыпями с выровненным внешним контуром. Лагуны, чередующиеся
с абразионными участками, прослеживаются вдоль всего северо-
западного берега моря, вплоть до западного побережья Крыма. В
пределах украинского побережья аккумулятивные участки составляют
36% от общей протяженности берега, абразионные - примерно 30% [3].
Остальные участки берега относительно стабильны. Абразии во многих
случаях способствует активное оползнеобразование. Обычно средняя
скорость абразии берега колеблется в пределах 0,3?1 м/год с максимумом
до 10?12 м/год. Скорость отступания клифов, выработанных в
известняках, гораздо меньше: в окрестностях Одессы - не более 3 см/год
[73].
В настоящее время размыву подвержены и аккумулятивные
пересыпи в устьях лиманов. Песчаное тело пересыпей обычно
располагается на лагунных глинах, что свидетельствует о надвигании
аккумулятивных форм на лагуны [61]. В наше время процессы
аккумуляции в общем не характерны для этого побережья; аккумуляция
песчаного материала происходит лишь в местах разгрузки
вдольбереговых потоков наносов [10], т.е. в основном на дистальных
окончаниях пересыпей. Например, оконечность Тендровской косы
наращивается со скоростью до 1 м/год [62]. Для защиты этих берегов от
размыва, кроме бунных комплексов, успешно применяют прогрес-
сивный способ защиты - <свободные> искусственные пляжи, особенно в
пределах Одесского залива и в районе г.Одессы. Вдоль болгарских
берегов также преобладают абразионные процессы (особенно вдоль
мелкобухтовых южноболгарских берегов, которые расположены в зоне
альпийской складчатости). Здесь выделяются до 8 различных типов
подмываемых волнами береговых обрывов [2] - от простых уступов
высотой 15-20 м, сложенных однородными лёссовидными или
глинистыми отложениями, до высоких клифов неровного профиля,
достигающих 60-90м и осложненных несколькими оползневыми
ступенями. Такой берег прослеживается на участке Каварна?Балчик,
село Кранево?курорт Золотые Пески?Варна и южнее мыса Черни Нос.
Оползни, возникновению которых способствуют частые землетрясения,
значительно ускоряют процесс отступания берега. Комплексные
причины вызывают на ряде участков быстрое отступание берега.
Средние скорости абразии в различных секторах берега колеблются от 5
мм до 1 м/год (максимальные до 30 м/год), объем снесенного с клифов
материала - от 0,05 до 30 м3/(м*год). Общее количество рыхлого
материала, вынесенного волнами за счет разрушения клифов,
превышает 1,34 млн. м3/год. Материал размыва поступает на построение
пляжей, которые составляют около 28% от общей длины (378 км)
болгарских морских берегов. Современное наращивание берега со
скоростью 0,75 м/год известно у города Варна, где источником питания
пляжей являются речные выносы и частично - абразия соседних клифов.
Аналогичное выдвижение берега отмечается у устья р.Камчия.
Прекрасные песчаные пляжи имеются у известных курортов Албена,
Златни-Пясыци и Дружба, однако часть этих пляжей подвержена
размыву. Так, между мысом Черни Нос и курортным комплексом
Албена развивается почти повсеместное отступание береговой линии со
скоростью 0,12?0,63 м/год, причем величина размыва аккумулятивных
участков нарастает в направлении с юга на север. Причина размыва
нередко связана с отрицательным влиянием человеческой деятельности,
с недоучетом особенностей береговых процессов при гидротехническом
строительстве на этих участках, где четкая тенденция к аккумуляции
отсутствует [3].
В целом для Черного моря характерно преимущественное развитие
абразионных берегов, при этом в восточной и южной частях моря, где
расположены молодые горные сооружения альпийской складчатости,
преобладают высокие гористые абразионные берега, а в западной части,
где основную роль играют жесткие глыбы края древней Русской
платформы и байкальской складчатости, - выровненные аккумуля-
тивные и абразионно-аккумулятивные берега [63].
3.6. Влияние специфических особенностей Черноморского побережья
Кавказа на
возможность загрязнения и самоочищения прибрежной акватории
В связи со специфическим комплексом условий (тектонических,
геологических, геоморфологических, климатических,
гидрометеорологических, оро-гидрографических, направления и
интенсивности волн, режима уровня моря, поступления наносов с суши,
антропогенных воздействий и др.), в настоящее время свыше 80%
береговой линии подвержено абразии и испытывает размыв; процессы
аккумуляции носят подчиненный характер и за последнее столетие
аккумуляция наносов была приурочена лишь к локальным участкам,
связанным с устьями рек, разгрузкой вдольбереговых потоков наносов у
аккумулятивных выступов, с задержкой наносов в вогнутостях берега по
соседству с размываемыми клифами или с наветренной стороны
гидротехнических сооружений при одновременном усилении низового
размыва (Сочи, Очамчира и др.). Здесь преобладают валунно-галечные и
галечные пляжи. Преобладание абразии древне-аккумулятивных
прибрежно-морских форм является следствием трансгрессивного
характера развития Черноморского бассейна. Высокие флишевые
клифы разрушаются с меньшими скоростями - до первых дециметров в
год [63]. Ход процессов носит здесь импульсный характер и обусловлен
главным образом гидродинамическими факторами. Таким образом,
ведущим процессом-исполнителем (или реализатором) в образовании
взвешенных веществ можно считать абразию. Она протекает очень
неравномерно и зависит от конкретных условий: высоты клифов, ори-
ентации береговой линии, характера залегания пластов, прочности
пород, от степени трещиноватости и от относительной площади
слагающих берег мягких и твердых пород. Очень высока скорость
абразии в бухтах, где к урезу подходят глинистые или суглинистые
обрывы. Это хорошо видно на примере левого борта (взгляд на море)
Голубой бухты и особенно Геленджикской бухты, которая в плане
представляет собой правильный овал, ее берега сложены флишем,
пласты которого подходят к урезу под самыми различными углами. На
северо-западном и северо-восточном участках бухты широкое развиты
легко размываемые суглинки. В бухте до того, как ее берега одели в
бетон, в районах выхода этих толщ абразия достигала 0,5 м/год. Естествен-
ных пляжей в бухте нет, а в центральной части бухты и в районе
Толстого мыса существуют два искусственных - песчаный и галечный.
На северо-западе бухты в начале ХХ века существовал песчаный пляж,
однако, слагающий его материал был изъят французами на
строительство цементных заводов в Геленджике и Новороссийске; после
этого резко усилился размыв берега - с начала ХХ века в С-В части
бухты морем срезана почти стометровая полоса суши вместе с дубовым
лесом [63].
Берег, сложенный перемежающимися глинистыми сланцами,
песчаниками и мергелями, подвергающимися интенсивному
воздействию волн, более энергично размывается на участках выхода
менее прочных слоев глинистого сланца. Размыв приводит к
образованию ниши, сводом которой служит пласт мергеля или песчани-
ка. На участке берега с незначительным падением пластов флишевых
пород в сторону моря, несмотря на довольно мощные пласты мергеля,
возникают слаборазвитые ниши. С увеличением угла падения пластов
вероятность образования ниши уменьшается, а при угле падения около
30° она совершенно исчезает. При параллельном урезу воды
простирании наклонных пластов разрушение берега протекает в основ-
ном путем образования щелей по поверхностям напластования.
Завершающим этапом разрушения берега с параллельным урезу воды
простиранием наклонных к морю пластов является обвал внешнего
пласта мергеля или песчаника. Иной характер носит разрушение берега
при непараллельном урезу воды простирании наклонных и
вертикальных пластов, при этом образуются наклонные ниши и
гигантские щели; там, где берега сложены чередующимися пластами
мелких, легко разрушаемых глинистых сланцев и пачками плотных
песчаников и мергелей высокой прочности, во время штормов в первую
очередь разрушаются мелкие породы, а затем - более прочные, в
результате чего формируется грядовый бенч [63], [76]. На подводном
склоне приблизительно параллеллельно берегу имеются гряды высотой
до 2?3м, их гребни покрыты водорослями, а во впадинах - небольшое
количество гальки разной крупности и гравия (их абразионное
воздействие при перекатывании волнами углубляет впадины и создает
гряды) [76].
Развитию процессов абразии на востоке моря способствует также
крайне малая ширина шельфа - у Кавказского побережья край шельфа
нередко подходит непосредственно к береговой зоне, что обусловливает
появление крутых уклонов подводного склона (в пределах Пицундской
бухты иногда до 30°), что облегчает подход к берегу мощных штормовых
волн и способствует безвозвратному оттягиванию пляжевого материала
на большие глубины [63]. Расстояние от мыса Тузла (северо-западная
оконечность Таманского полуострова) до края шельфа - около 50 км, в
районе Анапского мыса - 20 км, а ширина собственно кавказского
шельфа колеблется от 20 км до нескольких километров. В юго-
восточном направлении бровка шельфа быстро поднимается и на всем
новороссийско-геленджикском шельфе располагается на глубинах около
60м, хотя ширина и не уменьшается намного, т.е. поверхность шельфа
при этом несколько выполаживается. При этом у геленджикского
шельфа, наиболее выположенной оказывается средняя часть, примерно
раза в два положе, чем его прибрежная часть. Это, в общем,
закономерность, характерная для всего кавказского шельфа. Юго-
восточнее, примерно между местами впадения крупных рек Пшада и
Вулан, начинается участок шельфа, бровка которого снова
располагается на глубинах около 100 м и шельф расширяется до 10 км.
Далее к юго-востоку (между устьями рек Шапсуго и Туапсе)
располагается небольшой участок некоторого (до 80м) уменьшения
глубины бровки и сужения (до 7?8 км) шельфа. Еще юго-восточнее
шельф расширяется до 12?13 км, а бровка его местами выходит за
пределы 100м. Такое строение шельфа прерывается только врезанным
далеко в шельф каньоном р.Шахе. Шельф к юго-востоку от каньона до
границы России (устье р.Псоу) имеет такой же характер: бровка
располагается на глубине около 100м, ширина ?12 км. В пределах
прибрежной части этого участка шельфа крупных структурных
выступов нет, хотя обычно у мысов имеет место некоторое расширение
бенчей, которое можно рассматривать тоже как структурно
обусловленный выступ в рельефе прибрежной части шельфа. Такой
выступ, например, имеется у мыса Кодош близ г.Туапсе, где его
поверхность в виде бенча прослеживается на глубинах более 20м [63],
[76]. В настоящее время Черноморские берега Кавказа испытывают
размыв на большей части своего протяжения. За последнее столетие
аккумуляция наносов была приурочена лишь к локальным участкам,
связанным с устьями рек, разгрузкой вдоль береговых потоков наносов у
аккумулятивных выступов, с задержкой наносов в вогнутостях берега по
соседству с размываемыми клифами или с наветренной стороны
гидротехнических сооружений при одновременном усилении низового
размыва (Сочи, Очамчира и др.). Здесь преобладают валунно-галечные и
галечные пляжи. В то же время многие аккумулятивные участки стали
испытывать интенсивный размыв, в отдельных местах пляжи были
полностью уничтожены волнами. Размыву подвергаются даже ак-
кумулятивные берега обширной Колхидской низменности,
приуроченной к крупному альпийскому межгорному прогибу. В районе
городов Поти, Кобулети, Адлия скорость размыва берега достигала 3
м/год, а на других участках побережья Абхазии и Аджарии - местами до
5?16 м/год [102].
Берега Кавказа между городом Анапа и устьем р.Псоу представлены
в основном абразионно-оползневыми, абразионно-денудационными и
аккумулятивны-ми типами; на северо-западе - бухтовые, а на юго-
востоке - выровненные абразионные берега в породах средней
устойчивости (флишевая толща) [63]. Берег, сложенный
перемежающимися глинистыми сланцами, песчаниками и мергелями,
подвергающимися интенсивному воздействию волн, более энергично
размывается на участках выхода менее прочных слоев глинистого
сланца. Размыв приводит к образованию ниши, сводом которой служит
пласт мергеля или песчаника. На участке берега с незначительным
падением пластов флишевых пород в сторону моря возникают
слаборазвитые ниши. При параллельном урезу воды простирании
наклонных пластов разрушение берега протекает в основном путем
образования щелей по поверхностям напластования, а завершающим
этапом становится обвал внешнего пласта мергеля или песчаника. При
простирании наклонных и вертикальных пластов непараллельно урезу
воды образуются наклонные ниши и гигантские щели. Там, где берега
сложены чередующимися пластами мелких, легко разрушаемых
глинистых сланцев и пачками плотных песчаников и мергелей высокой
прочности, во время штормов в первую очередь разрушаются мелкие
рыхлые породы, а затем - более прочные, в результате чего формируется
грядовый бенч; гребни гряд покрыты водорослями, а во впадинах между
грядами - небольшое количество гальки разной крупности и гравия (их
абразионное воздействие при перекатывании волнами углубляет
впадины и создает гряды). Скорость истирания коренных пород в
разных местах варьирует от 0 до 20 мм/год (нулевые скорости - там, где
нет обломочного материала). Скорость абразии в несколько раз больше
скорости истирания, при этом скорость разрушения слабых пластов во
много раз больше, чем прочных; средняя скорость разрушения пачки из
плотного и слабого пластов составляет 1-2 см/год. Таким образом,
структуру и литологические свойства горных пород берега можно
считать ведущими (хотя и пассивными) факторами в создании
морфологии берега [11], [66].
Отложения терригенного флиша легко выветриваются, давая как
обломки, так и суглинки и поставляя обломочный материал в
прибрежную зону, что способствует разрушению береговых обрывов [63].
Отложения известкового флиша отличаются селективным
выветриванием. Хотя известняки и мергели и самые прочные, мощность
элювиального чехла на них может достигать 2-3м, а в зонах дробления до
10м. Вдоль абразионных обрывов ширина пляжа не превышает 10м, а
иногда пляж совсем отсутствует. Как правило, пляжи носят
<прислоненный> характер и имеют наивысшую точку непосредственно
на линии примыкания к клифу [66]. Они обычно сложены галькой и
щебенкой; очень редко можно встретить пляж, сложенный крупными
глыбами, являющимися результатом разрушения коренного берега.
Значительная часть пляжевого материала и взвешенных веществ
образуется в результате разрушения клифов и морского дна. Ниже уреза
пляжи простираются недалеко и являются довольно неустойчивыми,
подмываемыми и разрушаемыми даже умеренным волнением.
Характерные уклоны подводной части пляжей от уреза до глубины 5м
составляют 0,02-0,06. Граница устойчивого заиления проходит здесь на
глубинах 25-30м, что значительно выше нижней границы береговой
зоны моря, определяемой по скоростям придонных движений воды. В
районе нет единого вдольберегового потока галечного материала;
перемещения гальки имеют местный характер, причем, большое
количество материала с абразионного берега поступает в бухты, из
которых обратно не возвращается; конечным продуктом разрушения и
истирания коренных пород залегающих здесь оказываются частички
мельчайшего фракционного состава, которые во взвешенном состоянии
уносятся в море и не участвуют в дальнейшем формировании как
профиля склона, так и береговой линии в плане [66].
Закономерностью, характерной для всего кавказского шельфа,
является то, что наиболее выположена его средняя часть, она примерно в
два раза положе, чем его прибрежная часть.
Зональность наблюдается и в распределении главных типов
осадков. Верхняя граница шельфовых илов (<иловая линия>)
располагается в зоне изобаты 30м с небольшими отклонениями в
сторону берега или в сторону моря. Краевая зона имеет явно
выраженный блоковый характер и бровка шельфа в пределах этих
блоков располагается на разных глубинах (от 80м от Туапсе до устья
р.Макопсе; около 200м - от Макопсе до далеко вдающегося в шельф
каньона р.Шахе). В соответствии с этим колеблется и ширина шельфа, а
к югу от устья р.Макопсе располагаются самые широкие его участки и
самые обширные полосы шельфовых илов на дне.
Внешний шельф, его краевая зона - это полоса однородных
глинистых илов, которая простирается и на материковый склон. Весь
шельф (вся средняя и внешняя части шельфа, а также и перегиб к
склону) покрыт плащом современных осадков (то есть, и в настоящее
время он является областью аккумуляции) и является зоной
нефелоседиментации (гравитационное оседание взвеси малой плотности
<частица за частицей>), о чем свидетельствует тот факт, что эти осадки
представлены илами, в разной степени обогащенными алевритом и
ракушей, то есть, шельф - мощный аккумулятор всего того материала,
который поступает с суши в виде взвеси, в том числе (в последние
десятилетия) и разнообразных загрязняющих веществ [11].
4. О роли природных и антропогенных процессов в
самоочищении прибрежной акватории моря
4.1. Краткие сведения о влиянии локальных сбросов
сточных вод на прибрежную акваторию моря
Воздействие локальных береговых загрязнений с ливневыми,
промышленными и бытовыми стоками населенных пунктов и
рекреационных комплексов вызывает иногда глубокие нарушения
прибрежных сообществ и экосистемы континентального шельфа Крыма
и Кавказа. Обострение ситуации в районе черноморских курортов,
вызвано, прежде всего, локальными выпусками неочищенных или слабо
очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод (ХБСВ), поставляющих
в прибрежную зону моря различные органические вещества (белки,
жиры, углеводы), минеральные и органические соединения биогенных
элементов [58], [80]. Наиболее сильно загрязнены заливы и бухты
больших городов (Новороссийска, Геленджика, Сухуми, Поти, Батуми).
Во время аварийных разливов нефтяных углеводородов ПДК
превышаются в сотни и тысячи раз [80]. Создаются условия для
"заморов" с резким дефицитом кислорода (25% насыщения) в
придонных слоях, вызывающих крайнюю бедность донных сообществ
(12 г/м2). Влияние локальных сбросов ограничено в пространстве - как
правило, уже в 100?200м от места выпуска концентрация минеральных
компонентов стока уменьшается на 90% (т.е. в 10 раз), а органических -
на 60% (т.е. в 2,5 раза), то есть убыль минеральных компонентов стока
происходит гораздо интенсивнее, чем органических. Окислительная
переработка и обезврежива-ние стоков в значительной степени
осуществляются микропланктоном, структура сообществ которого при
это может претерпевать существенные изменения. Так в Ялтинском
заливе, куда с 1968г. по 1983г. выпускали стоки, роль пирофитовых в
фитоценозе увеличилась в 1,5?2 раза, а диатомовых - упала; при этом
число видов фитопланктона сократилось на 20?30%. В зонах
мелководных выпусков отмечено "цветение" воды, вызванное массовым
развитием отдельных видов фитопланктона. В зонах локальных
выпусков особенно резко увеличивается концентрация гетеротрофной,
сапрофитовой микрофлоры (которая на порядок и более выше, чем в
фоновой, условно чистой воде) и прослеживается на 0,5?1 км от места
выпуска [58]. У открытого кавказского побережья (для которого
характерен узкий шельф и крутые береговые склоны) антропогенное
влияние сказывается в наименьшей степени. В конце 1970-х годов оно
отсутствовало даже в достаточно закрытых бухтах типа Геленджикской.
Но к концу 1980-х, несмотря на активный водообмен, обеспечивае-мый
вдольбереговым течением, экосистемы бухт (Новороссийской, Голубой,
Геленд-жикской, Сухумской) перестали справляться с эвтрофикацией,
усугубленной поступ-лением со стоками тажелых металлов, пестицидов
и др. ядовитых веществ [80]. Наиболее заметный (невооруженным
глазом!) вклад в загрязнение прибрежной акватории моря вносят взве-
шенные твердые частицы наносов (муть).
4.2. Краткий анализ процессов прибрежной зоны моря
Для решения многих задач по охране моря от загрязнения необходимо
знать, какие объемы загрязняющих веществ, поступающих в море, могут
перерабатываться и утилизироваться морской экосистемой. Современные
исследования показали, что старые представления о том, что самоочищающая
способность морских водоемов (в том числе и Черного моря) безгранична,
являются ошибочными. В Институте биологии южных морей (ИнБЮМ) НАН
Украины детально проработали одну из актуальных проблем науки об охране
морской среды - моделирование процессов самоочищения вод шельфовой
зоны моря, а также проанализировали и обобщили результаты, полученные
авторами и др. исследователями по этой проблеме [27], [103]. Процессы
самоочищения морских акваторий являются весьма сложными из-за
большого числа факторов и явлений, влияющих на их механизмы и на
интенсивность их протекания. Комплексные экологические исследования
ИнБЮМа позволили приступить к к моделированию процссов самоочищения
вод приглубой шельфовой зоны моря на примере черноморского побережья
Южного Крыма и Кавказа. При разработке модели авторы ставили целью
учесть только основные (по их мнению) факторы, влияющие на процессы пере-
носа, трансформации и утилизации загрязнителей, поступающих через сбросы
сточных вод населенных пунктов (в основном хозяйственно-бытовых). При
построении модели использовано представление о поле загрязненных вод как о
специфической морской системе, сложившейся и функционирующей под
действием ряда физико-океанологических и биологических факторов и
процессов [27]. На основании экспертных оценок, основанных на данных
многолетних наблюдений за работой выпусков хозяйственно-бытовых
сточных вод, в качестве основных приняты следующие факторы, влияющие
на процессы распространения и трансформации загрязнений: расположение и
режим действия источников, адвективный перенос, турбулентная диффузия,
биологическое окисление нестойкой органики, утилизация минеральных
компонентзагрязнений автотрофами. В качестве основных объектов модели-
рования (переменные системы) выбраны: пространственное распределение
концентраций нестойкой органики, минеральных компонент загрязнений,
биомассы бактериопланктона и фитопланктона, формирующиеся в зоне
стационарного выпуска загрязненных вод в море. Авторы монографии не
рассматривали компенсационные потоки продуктов распада и
трансформации загрязнителей ко дну и в атмосферу, которые выводят их из
водоема (этот вопрос детально освещен в работе [104]), так как процессы
деструкции, трансформации и утилизации анализируются для динамически
активного верхнего слоя моря.
Под самоочищением морской среды от загрязнений понимают
совокупность всех природных процессов, обусловливающих распад,
превращение, трансформацию и утилизацию загрязняющих веществ и
приводящих к восстановлению первоначальных свойств и состава морской
среды, либо до уровня, свойственного незагрязненному состоянию водоема,
либо до некоторого регламентированного уровня [27]. Эти механизмы
самоочищения (биохимическое окисление нестойких веществ
бактериопланктоном и утилизация минеральных компонент загрязнений
фитопланктоном) играют главную роль для условий приглубой шельфовой
зоны Черного моря и для хозяйственных сточных вод, являющихся наиболее
значительным источником загрязнения данного региона. Вклад макрофитов,
зообентоса и др. биологических механизмов самоочищения становится
существенным в определенных акваториях и слоях (в узкой прибрежной зоне,
в придонном слое и др.). Само понятие <самоочищение> еще до 1970-х гг. не
было общепринятым. По мере развития научных исследований под понятием
<самоочищение морской воды от загрязнения> стали рассматривать
совокупность всех природных процессов (физико-океанографических,
гидрохимических, гидробиологических и др.). Пока интенсивность
загрязнения была ограниченной, природные факторы самоочищения
справлялись с трансформацией загрязняющих веществ, но в последнее время
масштабы загрязнений стали значительными (и продолжают неуклонно
расти), а самоочистительная способность многих акваторий стала
недостаточной для восстановления свойств среды. Согласно Г.Г.Виндбергу
[105] процесс самоочищения представляет собой биотический круговорот,
смещенный под влиянием поступления в водоем загрязнений. Задачи
самоочищения должны ставиться как специальные инженерно-экологические,
а для их решения необходимы фундаментальные комплексные исследования
(физико-океанографические, гидрохимические, гидробиологические и др.),
однако в этом направлении достихения весьма скромные.
Сотрудники ИнБЮМа детально проработали влияние на процессы
переноса, трансформации и утилизации загрязнителей ряда природных и
антропогенных факторов [27]:
1. Расположение и режим работы источников загрязнения моря. 2.
Прибрежная циркуляция. 3. Процессы начального разбавления сброшенных
сточных вод. 4. Влияние течений на начальное разбавление. 5. Условия
затопляемости поля сточных вод. 6. Изменение гидрохимических показателей
у выпусков ХБСВ. 7. Влияние динамики морских вод и плотностной
стратификации в шельфовой зоне (циркуляция вод как фактор переноса
загрязняющих примесей; сдвиговая структура потока и её влияние на
турбулентное перемешивание и др.). 8. Основные закономерности
турбулентной диффузии в шельфовой зоне (рассеивание дискретных свободно
плавающих частиц в поверхностном слое шельфовой зоны моря, турбулентная
диффузия непрерывно распределенной - пассивной примеси и др.). 9.
Основные закономерности трансформации загрязняющих веществ в
шельфовой зоне Черного моря (собенности распределения концентрации
загрязняющих веществ в прибрежной части моря, локальная модель
биохимического окисления нестойкого органического вещества, локальная
модель утилизации минеральных компонент загрязнений фитопланктоном и
др.). 10. Разработана и апробирована (для условий приглубой шельфовой зоны
Черного моря у Крыма и Кавказа) математическая модель процесса
самоочищения в шельфовой зоне.
Таким образом, проблема выделения загрязняющих веществ и продуктов
их распада и трансформации из природных круговоротов и самоочищения
водоемов определяется комплексом процессов: физико-океанографических,
гидрохимических, гидробиологических, геохимических и др. (турбулентный
обмен, реаэрация, сорбция, взаимодействие с бентосными биоценозами и др.).
Весьма значительна роль гидродинамических процессов и явлений, благодаря
которым осуществляется перенос, турбулентный обмен, разбавление,
рассеивание, осаждение загрязняющих веществ и оздоровление прибрежной
акватории моря.
4.3. Характеристика и сравнительная оценка природных процессов и
явлений как
факторов, источников и причин загрязнения прибрежной акватории мо-
ря)
Приглубая шельфовая зона Черного моря приурочена к побережью Кавказа и
Южного Крыма - регионов, где основной приоритет отдается нуждм
рекреации и ширина зоны морского водопользования составляет 4 км. Это
значит, что сточные воды, прошедшие очистку, должны выпускаться
мористее зоны водопользования, т.е. на расстояние свыше 4 км от берега. В
перспективе, в связи с ужесточением требований к санитарной охране района
рекреации ширина зоны морского водопользования вероятно будет увеличена
и выпуски сточных вод будут располагаться в зонах с большими глубинами
(80?100м и глубже) и на более значительном удалении от берега (пример этому
- Санитарные правила и нормы [106]). Повидимому, будут ужесточены
требования к очистке сточных вод и их утилизации. При выпуске сточных вод
на глубине >=80?100м в таком резко стратифицированном море, как Черное,
их перенос и распространение будут происходить в основном в
промежуточных слоях (под термоклином или в слое термоклина). Ниже
приведен анализ и сравнительная оценка роли природных и природно-
антропогенных факторов, процессов и явлений в рассеивании загрязнителей и
самоочищении прибрежной акватории моря.
4.3.1. Процессы транспорта, седиментации, аккумуляции и трансформации
взвешенных
веществ и осадочного материала в прибрежной зоне моря
4.3.1.1. Влияние течений прибрежной зоны и открытого моря
Процессы турбулентного обмена, диффузии, разбавления, рассеивания,
осаждения загрязняющих веществ вносят весомый вклад в оздоровление
прибрежной акватории моря и в перенос загрязняющих веществ в другие
места. Например, S.Kornilios с соавт. [107], исследуя распределение
пелагической смолы, растворенных и диспергированных нефтяных
углеводородов и пластика в Эгейском море (к северу от острова Крит),
установили, что значительная часть смолы поступает из Ионического моря
(что, возможно, определяется деятельностью нефтяных терминалов и
танкерными перевозками нефти); возможны и отдаленные источники нефти -
из Ливии и др. мест, а отложение мусора на пляжах определяется сложной
структурой течений и ветров (в основном северных и северо-западных
направлений). Радионуклиды обнаружены на расстоянии 2500 км от
источников, в количесте около 45% от их объема у источников в Сев.
Атлантике [28]. Р.Сычев [56] отметил, что воды Эгейского моря, достигая
Черного моря, несут в него производственные и канализационные стоки
Западной Турции, Греции, многочисленных островов. Из Азовского в Черное
море также поступает немало загрязняющих веществ из РФ и Украины.
Несмотря на сравнительно небольшие размеры Черного моря,
пространственная изменчивость поля течений достаточно велика. На его
акватории выделены три зоны с резко различными режимами течений [58]:
зона прибрежной антициклонической завихренности течений (ПАЗ),
центральная зона циклонической завихренности течений (ЦЗ) и разделяющая
их зона стрежня ОЧТ. Циклоническое основное черноморское течение (ОЧТ)
прослеживается вокруг всего моря. В циклонических круговоротах
происходит подъем вод, а в антициклонических и на внешней периферии ОЧТ
- их опускание. В результате меандрирования ОЧТ и его бокового трения о ма-
териковый склон возникает антициклоническая завихренность течения в
прибрежной зоне у кромки шельфа, где генерируются цуги
антициклонических вихрей. Эти вихри обычно имеют эллипсовидную форму с
большой осью, ориентированной вдоль берега. В прибрежной половине вихрей
(между большой осью и берегом) орбитальное движение противоположно ОЧТ
и вдоль берега возникает перемещение вод, направленное по часовой стрелке,
что хорошо заметно по факелам выноса взвеси реками кавказского побережья.
При смешении прогретых и распресненных прибрежнных вод с более
холодными и солеными водами ОЧТ происходит уплотнение и опускание
воды. Гравитационное оседание органической и неорганической взвеси, а
также турбулентные изопикнические движения приводят к обогащению
взвесью вод вдоль материкового склона. Опускающиеся на конвергенции
прибрежные воды уносят из поверхностных слоев на глубину попадающие с
берега загрязнения и в какой-то степени изолируют открытые воды моря от
основного объема прибрежного антропогенного стока. С глубинной водой эти
загрязнения разносятся по акватории моря и их дальнейшая судьба, скорость
и широта распространения существенно зависят от района импакта. И в
поверхностных слоях изоляция вод ОЧТ от прибрежных вод относительна, а
периодически возникающие прибрежные вихри способствуют
трансфронтальному переносу. Тем не менее различие шельфовых и
открытоморских экосистем, процессов их биопродуцирования, степени и
характера антропогенных воздействий на них и возникающих в связи с этим
проблем достаточно велико.
Куполы основных циклонических круговоротов зимой оказываются
зоной черноморского апвеллинга, верхняя граница пикноклина в них
поднимается до глубины 20?40м (то есть в пределы эвтрофического
слоя). За наиболее холодный период на куполах основных круговоротов
через пикноклин поднимается в среднем 3?4 тыс. км3 (что на порядок
превышает объём речного стока) богатой биогенами воды, которая,
перемешивается с холодной поверхностной водой в отношении 1:5,
образуя холодный промежуточный слой, и обогащает эвтофическую зону
биогенными элементами. Этот подъём - один из главных факторов,
определяющих биологическую продуктивность. Здесь начинается зимнее
развитие водорослей и повсеместное "цветение" воды фитопланктоном в
марте.
Вдольбереговое течение у кавказского побережья (для которого
характерен узкий шельф и крутые береговые склоны), благодаря
активному водообмену, обеспечивает хорошие условия для переноса и
рассеивания загрязняющих веществ, в том числе и природного
происхождения.
Прибрежной циркуляции морских вод благоприятствуют: слабая
устойчивость прибрежных течений; формирование вихрей и
противотечений как у прямолинейных, так и у изрезанных берегов;
высокая повторяемость течений, направленных к берегу (под прямым
или острым углом); эффект <прилипания> потока к берегу, который
проявляется в прибрежной зоне; преобладание в шельфовой зоне
нагонного эффекта (за счет господствующей циклонической системы
вращения основного черноморского течения (в узкой прибрежной зоне
преоблалающие течения совпадают с направлением береговой черты,
причем повторяемость вдольбереговых течений в разные стороны
примерно равнозначна; повторяемость течений, направленных к берегу,
достигает в поверхностном слое 24%. В узкой прибрежной зоне (шириной
0,5-2км от берега) проявляется ряд этих негативных факторов,
способствующих загрязнению этой зоны; многие старые выпуски
сточных вод (на расстоянии 500?1500м от берега) сильно загрязняют
прибрежную зону активного водопользования для нужд рекреации,
развития марикультур и др. Эксплуатация глубоководного выпуска
вблизи Ялты свидетельствует, что перенос сточных вод происходит в
зоне, непосредственно примыкающей к ОЧТ, процессы перемешивания
и трансформации загрязненных вод протекают мористее зоны
водопользования и значительно интенсивнее, чем в узкой прибрежной
зоне.
Влияние динамики морских вод и плотностной стратификации в
шельфовой зоне, физико-океанологических факторов и, прежде всего -
циркуляция вод как фактор переноса загрязняющих примесей играют
решающую роль в переносе и распределении полей сточных вод и
определяют интенсивность перемешивания; в некоторых условиях могут
устранить загрязнение прибрежной зоны или наоборот - значительно
усилить его. оказывая существенное влияние на поведение полей
концентрации загрязняющих веществ, создавая условия, от которых
зависит интенсивность самоочищения моря. Пространственная
изменчивость поля течений (вдольбереговой перенос является
преобладающим (его повторяемость свыше 70%); устойчивость потоков
по направлению составляет 60-80%, диапазон скоростей до 60см/с имеет
обеспеченность около 90%) оказывает наибольшее влияние на процессы
распространения загрязняющих веществ. Сдвиговая структура потоков
(поперечная неоднородность течений), четко выраженная в шельфовой
зоне моря определяет интенсивность процессов горизонтального
перемещения, усиление турбулентного перемешивания и
распространения загрязняющих веществ, более интенсивное протекание
процессов самоочищения. Эффект от влияния сдвиговой структуры
потоков зависит от места и глубины выпуска стоков. При сбросе на
значительной глубине (>=50?70м), ниже термоклина всплывающий
поток сточных вод, в зависимости от степени плотностной
стратификации вод и наличия высокоградиентных слоев, может
расщепляться на ряд струй, рассредоточенных по вертикали в толще
вод; в этом случае процессы перемешивания протекают более активно.
Если стоки сбрасывают на мелководье, в однородной толще вод, они
всплывают на поверхность и распространяются по поверхности моря;
при этом перемешивание обусловлено волновыми процессами и
конвективными движениями. В примыкающей к берегу акватории моря
существенный вклад в процессы взмучивания осадочного материала и
транспорта взвешенных веществ создают волновые, энергетические
(вдольбереговые), градиентные, разрывные и ветровые течения и
компенсационные противотечения. Именно они имеют важнейшее
значение для литодинамических процессов взмучивания и перемещения
осадочного материала и перенос вдоль берега или вдоль нормали к бе-
регу [85].
4.3.1.2. Влияние процессов транспорта, седиментации, аккумуляции и
трансформации взвешенных веществ и осадочного материала
Характерной особенностью больших водоемов (морей и их заливов, озер,
водохранилищ и др.) является замедленный водообмен,
обусловливающий накопление в этих водоемах поступающих
взвешенных и влекомых наносов, и коллоидных и растворенных
веществ. Процесс накопления наиболее четко проявляется в
формировании донных отложений. При накоплении донных отложений
(заилении) изменяются морфометрические показатели водоема или его
участка, происходящие в грунтах дна и придонном слое воды
химические и биологические процессы приводят к изменениям состава
воды, ее оптических свойств (прозрачности), газового режима. Твердые
частицы, из которых формируются донные отложения, характеризуются
гранулометрическим составом (средним диаметром), плотностью,
гидравлической крупностью (скоростью осаждения - падения в
неподвижной воде, мм/с или м/с).
В горных и предгорных районах, а также в районах со
значительным твердым стоком главную роль в седиментационном
балансе играют аллохтонные компоненты (до 90% приходной части
баланса наносов), на долю же абразии берегов приходится около 9%, а на
долю продуктов размыва дна - около 1%. В зонах с незначительным
твердым стоком преобладают автохтонные компоненты (в первую
очередь - продуктов размыва берегов и дна (Rp?50?80% приходной части
баланса); для . В малых водоемах (хорошо изолированных бухтах)
значения Rp сильно варьируют - от 3 до 60%; заметную роль может
играть поступление наносов бокового и склонового притока.
Существенную долю абразионного материала в водоемах со
значительными площадями мелководий составляют наносы,
формирующиеся при размыве дна, когда сопоставимы величины
абразионного материала, поступающего от разрушения берегов и от
размыва дна. По мнению Г.И.Шапиро с соавт. (2002) на северо-
восточном шельфе Черного моря основные источники терригенных
осадков - эрозия берегов и вынос наносов рек [108]. В расходной части
седиментационного баланса преобладает аккумуляция наносов и
накопление донных отложений Ro; расход на внутриводоемные процессы
- биологического потребления и др. (Rввпр) несоизмеримо меньше Ro.
К.Baker Elaine с соавт. исследовали (с целью изучения поведения частиц,
содержащихся в сбрасываемых в океан по системе трубопроводов на глубину
80-100м обработанных стоках) характер частиц в первично обработанных
сточных водах г.Сиднея (Австралия) и установили, что 22% частиц выпадает
в осадок, 3% всплывает на поверхность, а 75% остаются во взвешенном
состоянии. Между общей массой осевших частиц и скоростью их выпадения в
осадок существует четкая (R=0,95) корреляция; между средним размером и
скоростью их выпадения связь более слабая (R=0,57) [34]. Распределение
осажденных частиц по размеру не соответствует нормальному
логарифмическому закону, что объяснимо флуктуацией частиц в более
крупные агрегаты. В осажденном материале до 90% массы составили частицы
с диаметром (d) менее 80 мкм. Хорошая корреляция (R=0,74) установлена
между общей массой и скоростью всплывания частиц, однако, между
скоростью всплывания и размером всплывших частиц (фракция мельче 52
мкм - около 95% количества всплывших частиц, 52?150 мкм - около 4% и
более 150 мкм - около 1%) соотношения более сложные. Для наиболее мелкой
фракции между размером и скоростью всплывания характерна слабая
(R=0,52) логарифмическая зависимость. Для средней фракции нет
определенной связи. Для крупных частиц установлена четкая (R=0,77)
зависимость, что объясняется высокой гомогенностью частиц, состоящих из
нефтяных и жировых образований.
4.3.1.3. Процессы аккумуляции в прибрежной зоне моря
Обычно абразионные и аккумулятивные элементы строения берега
образуют единые взаимодействующие системы, причем участки размыва
в таких системах служат источниками поступления наносов на
аккумулятивные участки. Взаимосвязь процессов абразии или
аккумуляции может привести к развороту общего направления берега и
к выравниванию береговой линии. В подобные системы нередко
включаются также устьевые участки рек, которые являются
важнейшими поставщиками наносов в береговую зону. Если берег, и в
вершинах бухт имеющий уклон исходного подводного склона достаточно
крутой как у мысов, сложен податливыми к размыву породами
(например, глинистые породы и мергели), и образующиеся при его
разрушении частицы не накапливаются в береговой зоне, создавая бы
здесь запасы наносов, то при этих условиях на всем протяжении берега
будет происходить интенсивная абразия - как на мысах, так и в бухтах.
Однако вследствие концентрации волновой энергии у мысов берега
мысов будут разрушаться быстрее, чем берега вершин бухт, где
происходят дивергенция ортогоналей и рассеивание волновой энергии.
Это должно обеспечивать постепенное выравнивание береговой линии. В
конечном счете образуется прямая или слабоволнистая береговая линия,
срезающая выступы исходного берегового контура. Если ингрессионный
берег, также имеющий крутой уклон подводного склона (т.е. приглубый)
на всем своем протяжении, сложен породами, при размыве образующими
наносы (гальку, гравий, песок), то у мысов образуются потоки наносов,
направленные от них в сторону вершин бухт. На первых порах эти
потоки будут достигать насыщения у вершин бухт и здесь за счет
отложения наносов на дне подводный склон будет выполаживаться. Тем
самым создаются условия, резко различные на мысах (которые
продолжают размываться) и в вершинах бухт, где возникает ситуация,
благоприятная для образования аккумулятивных форм. Выравнивание
береговой линии в этом случае происходит одновременно путем как
абразионного срезания мысов, так и заполнения бухт наносами или
отчленения их аккумулятивными формами. В конечном счете образуется
абразионно-аккумулятивный берег с выровненным контуром,
состоящим из чередующихся аккумулятивных и абразионных участков.
Такой же выровненный сложный берег получается и в том случае, когда
с самой начальной стадии развития берег приглуб только у мысов, а в
бухтах отмелый. Образующиеся при абразии мелкие фракции горных
пород вымываются из зоны мысов и отлагаются в бухтах и на глубине
[3].
Типы донных отложений
Частицы, попавшие в воду водоема, отлагаются в открытых частях
водоемов, а также в мелководных, защищенных от ветра участках (где в
их составе преобладает грубый детрит - остатки макрофитов), где
подвергаются сложному совокупному воздействию физических,
химических и биологических процессов, действие которых продолжается
и после осаждения наносов на дно. Поэтому состав и свойства донных от-
ложений существенно отличаются от первоначальных свойств частиц;
это различие тем больше, чем крупнее водоем или его обособленный
участок. По происхождению частицы, составляющие донные отложения,
подразделяют на: терригенные (поступающие с суши со стоком, с
ветровым переносом или от разрушения берегов), хемогенные
(образующиеся при химических процессах) и биогенные (связанные с
биологическими процессами, главным образом остатки отмерших
организмов).
По составу и структуре четко выделяются две основные группы
донных отложений (пресноводных водоемов с преобладанием
органических веществ): сапропели и торфянистые (или гуминовые) илы.
Сапропели (гнилостные илы) - отложения преимущественно биогенного
происхождения, состоящие главным образом из тонкого детрита -
остатков планктона с более или менее значительными примесями
остатков высшей водной растительности и минеральных частиц.
Минеральная часть сапропелей формируется за счет продуктов
жизнедеятельности организмов (створки диатомовых водорослей,
раковины моллюсков и др.) и за счет твердого стока. С течением
времени из погребенных под другими отложениями сапропелей
образуются биолиты - горные породы органического происхождения (уг-
ли-богхеды, битуминозные сланцы, нефть). Сапропели образуются
преимущественно в евтрофных озерах малой или средней глубины со
слабощелочной водой, расположенных в лесной зоне. Мощность их
может достигать 20?30 и даже 40м. Торфянистые (или гуминовые) илы
также образуются в озерах лесной зоны, но преимущественно в
дистрофных, лежащих в равнинной местности, питающихся стоком
малых рек или болот. Вода их бедна минеральными, в том числе и
биогенными элементами, но насыщена органическими соединениями
главным образом гуминовых веществ, не благоприятных для развития
жизни. Озера зарастают чаще всего путем образования сплавин. Донные
отложения состоят в основном из остатков сплавин, прибрежной водной
растительности, деревьев; структура их грубая, хлопьевидная,
торфянистая, минеральных частиц мало.
В увлажненных районах образуются и минеральные донные
отложения (железистые, известковистые). Известковые отложения
образуются в результате химической или биологической седиментации
углекислого кальция (СаСО3). В слабоминерализованных водоемах они
приурочены к прибрежной части котловин, соответствующей
эпилимниону, где седиментации СаСО3 благоприятствует высокая
температура воды и наличие некоторых водных растений и
представителей зообентоса, осаждающих кальций. Наиболее
распространенные известковые отложения: мел - почти чистый
углекислый кальций; мергель - известняк с примесью глин; карбонат, со-
стоящий из остатков раковин водных организмов; плотные корковые
наросты на камнях, скалах, стеблях растений. Мергель и мел
осаждаются преимущественно на литорали, ракушечник - на
сублиторали; в профундали кальция мало. Накопление мергеля и мела
наиболее интенсивно на юге лесной и в лесостепной зонах; с переходом
от увлажненной зоны к засушливой роль биологической седиментации
кальция уменьшается, а химической возрастает.
В накоплении донных отложений прослеживается периодичность,
обусловленная сезонными и многолетними колебаниями режима
водоемов. С этой периодичностью связана характерная для отложений
слоистость, выраженная достаточно четко в тех водоемах, в которых
перемешивание не достигает дна.
С жизнедеятельностью микроорганизмов (главным образом
микрофлоры) связаны сложные биохимические процессы в илах,
обусловливающие разложение органического вещества с выделением
газов, поднимающихся на поверхность водоемов. Из ила выделяется
смесь газов, отличающаяся постоянством состава: 75-95% метана,
5?15% водорода и до 3% СО2. Нефтепродукты, оседая на дно, заражают
грунт, уничтожая тем самым бентос; нефть действует и как
отравляющее вещество, и как разрушитель трофических цепей в море -
при уничтожении одних организмов гибнут и другие, питающиеся ими
[3].
Донные отложения литорали (прибрежной зоны) и профундали
(глубоководья) отличаются друг от друга и по химическому составу, в первую
очередь - по соотношению минеральных и органических компонентов.
Отложения литорали, как правило, характерны большим содержанием
минеральных, илы профундали - органических частиц. Состав, структура и
мощность донных отложений зависят от современных и предыдущих особенно-
стей гидрологического режима водоемов и природных условий их водосборов,
в связи с чем распределение отложений в общих чертах подчиняется
географической зональности. Наряду с этим такие азональные факторы, как
рельеф, геологическое строение водосборов, размеры и морфометрические
особенности прибрежной зоны оказывают существенное влияние на
формирование и свойства донных отложений, в ряде случаев изменяя их
зональные черты.
Изоляция Черного моря от влияния Мирового океана накладывает
определенную специфику на процессы седиментации. Основным
отличительным признаком черноморской среды является четкая
стратификация, разделяющая всю водную толщу на кислородный и
сероводородный слои. В большинстве районов моря шельф очень узкий,
а материковый склон крутой. На Кавказском побережье величина
перепада глубин в среднем составляет 1500?1800м на 10 км. Практически
на удалении более 15 км от береговой линии глубины моря повсеместно
превышают 1900м [110]. В Черном море дно в пределах шельфа покрыто
песком, ракушкой, илом, характерны обломочные отложения, на
глубоководных участках распространены пелитовые илы и пески [89];
прибрежное дно состоит из наносных пород, в одних местах из песка, в
других - из крупной или мелкой гальки с ракушками. Галька сверху
покрыта легким, тонким слоем прибрежного ила, а у самого берега, где
ее омывает волна, она обычно совсем чистая. Дальше от берега дно
Черного моря покрыто синевато-серым или синим илом, состоящим из
очень измельченных обломков тех горных пород, из которых сложены
его берега. Этот ил сверху обычно покрыт белым налетом извести и
лишь в некоторых местах - черным налетом сульфида железа [90].
К.Yilmaz с соавт. [21] в 1985?96гг. исследовали вдоль черноморского
побережья Турции содержание полициклических ароматических
углеводородов (ПАУ) в поверхностных слоях вод, в донных отложениях и
биоте. Несмотря на активную хозяйственную деятельность в регионе, морские
перевозки, туризм и др., содержание ПАУ (0,15?0,35 мкг/л) соответствует
уровню в незагрязненных водах Антарктики. За последние 10 лет оно
практически не изменялось. В донных отложениях за это время содержание
ПАУ изменилось с 0,51 до 4,75 мкг/г сухой массы, что вызвно сбросами
промышленных предприятий и смывом поверхностными водами (в основном
весной). Отложения с содержанием ПАУ около 0,5 мкг/г считаются умеренно
загрязненными, а свыше 10 мкг/г - сильно загрязненными (по нормам ООН).
Низкое содержание ПАУ в поверхностных слоях вод объяснимо высокой
степенью разбавления водных масс региональными течениями и осаждением
взвешенных веществ, с которыми связаны ПАУ. В биоте загрязненных
участков также повышенное содержание ПАУ, особенно у видов, обитающих
на дне.
Paola Rivaro с соавт. [109] исследовали распределение тяжелых металлов в
Эолийском заливе Южно-Тирренского моря по данным 16 станций, отбирая
пробы на глубинах до 2600м. Распределение тяжелых металлов во взвешенных
частицах определяется условиями морской среды, прежде всего -
направлением и силой течений. Содержание марганца и железа уменьшается в
направлении от берега, они концентрируются в основном в придонном слое.
Характер распределения свидетельствует об их частичном привнесении с суши
(из горных пород и водных гидротермальных проявлений), хотя их содержание
по крайней мере на порядок ниже, чем в прибрежных водах промышленных
районов. Элементы, обнаруженные в донных отложениях, имеют природное
происхождение; антропогенных металлов не обнаружено. Для цинка, свинца,
кадмия, никеля установлена высокая взаимная корреляция только с
кобальтом и никелем, что свидетельствует о о различных источниках железа и
марганца (для железа обнаружена высокая - до 95% корреляция с другими
элементами - Zn, Pb, Co, Ni, Cr, Cu, Cd).
4.3.1.4. Распределение отложений в котловине
Скорость осаждения частиц в воде зависит от их плотности, размеров и
характера движения, поэтому механический состав отложений
закономерно изменяется от уреза к центральной части котловины, а в
водохранилищах также и от верховий к плотине. На литорали, особенно
если она открыта и подвержена действию волн, отлагаются более
крупные терригенные, преимущественно минеральные частицы. От
берега к центральной части котловины крупность отложений убывает, и
на глубине отлагаются наиболее мелкие фракции - илы органического
или смешанного (органического и минерального) состава. Илы могут
накапливаться и в защищенных от волн мелководных участках. Донные
отложения литорали и профундали отличаются друг от друга и по
химическому составу, в первую очередь по соотношению минеральных и
органических компонентов. Отложения литорали, как правило,
характеризуются большим содержанием минеральных, илы профундали
- органических частиц. Состав донных отложений неодинаков и в
водоемах с различными морфометрическими показателями. В крупных
водоемах они сильно минерализованы и содержат в среднем не более
10?12% органических веществ, в мелких небольших водоемах преобла-
дают отложения с высоким содержанием органических веществ.
Отложения накапливаются в первую очередь в углублениях дна. По
мере накопления отложений неровности дна сглаживаются, водоем
мелеет, исчезают различия в режиме прибрежной и открытой части.
Илы, сформировавшиеся в профундали, перекрываются отложениями
мелководья.
Установлено, что содержание и распределение нефтяных углеводородов в
отложениях открытой части Персидского залива обусловлено
преобладающими течениями и расположением источников нефтяного
загрязнения [52]. Несмотря на существенное поступление нефти в Залив,
нефтяное загрязнение его донных отложений относительно невелико -
возможно вследствие физических процессов и биодеградации, приводящих к
удалению нефти из морской воды. Значительная часть пестицидов (ДДТ и
гамма-ГХЦГ) аккумулируются в дельтах рек [15].
4.3.1.5. Потоки наносов у берегов моря
Как уже отмечалось, мощность потока наносов у берегов моря
изменяется в связи с локальным поступлением материала в результате
абразии и эрозии берегов и выноса наносов рек и временных водотоков.
На участке берега между Цемесской бухтой и Туапсе практически нет
протяженных вдольбереговых потоков влекомых наносов и здесь нет
аккумулятивных форм, свидетельствующих об этом. На всем этом
протяжении к морю выходят флишевые мергели, весьма быстро
измельчаемые морем. На участке Геленджик-Туапсе (~110км)
расчлененность берега, непреодоли-мая для береговых галечных
наносов, образована крупными дугами с сильно выступающими мысами
(Дооб, Идокопас, Гуавга, Кодош и др.) также способствует лишь
локальным подвижкам наносов в пределах отдельных
литодинамических ячеек пляжевой гальки в бухтах и устьях рек, не
сообщающихся друг с другом. Об этом можно судить и по характеру
обломков - в бухтах галька прекрасно окатана, а на выступах берега и у
прямолинейных участков отмечается только свежий остроугольный
щебень. Большое количество материала с абразионного берега попадает
в бухты, в которых галька окатывается и уменьшается в своих размерах,
но обратно на абразионный берег она не возвращается. Бухты являются
своеобразными <мельницами>, где происходит истирание галечного
материала. Заполнение бухт происходит очень медленно. Реки приносят
малоподвижные и не очень обильные наносы, а галька, состоящая из
легко разрушаемых пород, быстро истирается и продукты ее разрушения
уносятся из береговой зоны на шельф. Истирание гальки составляет
здесь около 10?12% и до 20% в расчете на активную (т.е. находящуюся
под непрерывным воздействием волн) толщу пляжа [71]. Это приводит к
постепенному оскудению пляжа, если новых поступлений материала на
данный участок берега недостаточно. Такой берег характерен дефицитом
обломочного материала. Песчано-илистый материал в бухтах
испытывает в основном поперечное перемещение и, как правило, в
сторону моря. Эксперимент (в Голубой бухте близ Геленджика) по
определению направления и интенсивности переноса такого материала
на глубинах 10?30м показал, что на глубине 10м происходят
знакопеременные морфодинамические процессы; в зависимости от
повторяемости штормовых волнений, идет намыв или размыв дна. При
большей повторяемости волнений штормовой силы на этой глубине
происходит размыв, при меньшей - намыв. Подводный склон глубже 10м
в течение всего срока наблюдений характеризовался стабильным
процессом аккумуляции, причем ее величина уменьшается в сторону
моря. Неравномерность аккумуляции песчаного материала на
подводных полигонах Голубой бухты по профилю объясняется
различной гидродинамической активностью придонного слоя. Во время
волнений, направленных по оси бухты, возникает компенсационный
отток в виде разрывных течений, достигающих значительных скоростей
(до 1,5 м/с). Скорости разрывных течений уменьшаются в сторону моря.
В зоне затухания этих течений (на глубине >15м) происходит отложение
материала. Глубины 10?12м, в зависимости от волнений, могут
находиться в районе размыва и намыва материала на склоне. В периоды
значительной гидродинамической активности для этой зоны характерен
отрицательный баланс материала, т.е. она служит не только транзитной
зоной для наносов, идущих от берега в море, но и в определенной степени
самим источником. Полоса дна с глубинами 15?30м - зона, где
происходит устойчивая аккумуляция песчаного материала, причем с
возрастанием глубины ее величина уменьшается. Данные по
морфодинамике и произведенные на их основании подсчеты
аккумуляции (размыва) обломочного материала свидетельствуют, что в
бухтах, хорошо открытых волнам почти всех морских румбов и с
наличием маловодной реки, происходит однонаправленный перенос
песчаных и илистых наносов в море с последующей их аккумуляцией в
зоне глубин 15?20м. Этот процесс наблюдается и далее в море, но в
несколько раз слабее. Максимум аккумуляции осадков мигрирует в зоне
15?20-метровой глубины, в зависимости от режима. Безвозвратно
утерянный для пляжа материал принимает участие лишь в донном
осадкообразовании, хотя косвенно через изменение уклонов дна и хода
деформации волн он влияет и на динамическое состояние береговой
зоны в целом [63].
Ко времени стабилизации современного уровня моря большое
количество речных наносов сформировало сложные приустьевые
дельтовые выступы и мысы. Оконечности мысов пересекли узкий
шельф и часть наносов стала уходить на крутые склоны подводных
откосов, создав благоприятные условия для развития турбидитных
(мутьевых) отложений. Сильное расчленение подводного склона и
обилие подводных каньонов указывают на активные эрозионные
процессы, являющиеся характерной чертой кавказского побережья
Черного моря. Источники осадочного вещества и механизмы его
транспортировки схематично показаны на рис. 2 [63].
Рис. 2. Схема транспорта осадочного материала в береговой зоне Черного
моря
1 - ресуспензия верхнего слоя осадков в результате воздействия волн и
течений;
2 -рассеивание и транспорт взвеси вдоль пикноклина (термоклина);
3 - вдольсклоновый транспорт осадочного материала в составе взвеси
Узкий шельф кавказского побережья является зоной транзита для
тонких частиц взвеси. Здесь временно аккумулируются лишь наиболее
крупные минеральные частицы, которые не подвержены вымыванию в
результате воздействия течений и штормов. Частицы, влекомые вдоль
дна течением, в итоге осаждаются в глубоководные части моря по дну
каньонов, образуя придонные мутьевые потоки. Попадая в спокойные
гидродинамические условия глубоководной равнины моря, взвешенный
материал оседает на дно, формируя сравнительно мощный осадочный
чехол. На подобный механизм осадконакопления указывают лавинные
скорости седиментации, обнаруженные по периферии Черного моря, а
также в его отдельных центральных частях. Осадочный материал
поступает с шельфа в глубоководную часть Черного моря, создавая как
вертикальные, так и горизонтальные потоки, текущие вниз по склону.
Сам поток осадочного вещества, текущий по дну каньона, существенно
не меняется на всем протяжении своего следования как по величине, так
и по составу. Основную долю материала составляет терригенное
вещество, представленное кварцем, кальцитом и монтмориллонитом.
При удалении от береговой зоны моря начинает возрастать доля
органического вещества, а в придонных горизонтах - также аморфного
кремнезема. При этом горизонтальный транспорт осадочного материала
превышает измеренную величину потока вещества, осаждающегося в
водном столбе на глубоководной станции. Несмотря на локальный
характер распространения придонных потоков, они вполне могут
приводить к лавинным скоростям седиментации. Эти механизмы
свойственны лишь для прибрежных районов моря, в открытых частях
процессы седиментогенеза несколько иные [63]. Континентальный склон
является областью транзита осадочного материа-ла. Здесь часты
обнажения коренных пород. Весьма резкий скачок (более 90 см/тыс. лет)
в скоростях осадконакопления приурочен к подножью склона, где
развиты конусы выноса [100]. Рельеф дна материковой окраины
Черного моря сформиро-вался под сильным воздействием оползневых
процессов, которыми охвачена большая часть континентального склона.
Оползневые тела разного размера получи-ли распространение на
различных морфоструктурах континентального склона, обнаруживая
признаки передвижения и дробления. Они в значительной степени
предопределяют особенности строения мезо- и микрорельефа дна.
Осадочные потоки развиты в основном на днищах подводных долин и
каньонов, чаще всего покрывая их на всем протяжении. Лишь в
отдельных местах обнаруживаются признаки интенсивного размыва
отложений. Строение и мощности этих потоков вдоль долин изменчивы,
свидетельствуя о крайне неравномерном накоплении осадочного
материала, связанном как с неодинаковой энергией турбидитовых
потоков, так и с чередованием периодов аккумуляции и размыва
осадочного материала. Наиболее устойчивой областью аккумуляции
является подножье склона, где получили развитие конусы выноса,
которые продолжают свое формирование и на современном этапе.
Местами здесь наблюдаются включения фрагментов оползневых тел
[100].
4.3.1.6. Потоки взвеси
В реках, эстуариях и береговой зоне моря транспорт наносов
осуществляется в основном сильными течениями и ветровыми волнами.
Эти процессы достаточно хорошо изучены для глубин 0?15м. На среднем
и внешнем шельфе течения существенно слабее, а воздействие волн
значительно ослабевает при глубинах, превышающих 20м. Тем не менее,
поперечный перенос осадков на шельфе оказывает влияние на многие
важные биогеохимические процессы континентальных окраин. В
настоящее время хозяйственная деятельность человека
распространяется на шельфе до глубины многих десятков метров и
влияет на параметры донных осадков на шельфе и континентальном
склоне, а также вносит вклад в загрязнение осадков и оказывает
негативное воздействие на качество воды и функционирование
локальных экосистем [108]. Механизм перераспределения осадков на
континенталь-ных шельфах включает несколько сложных процессов,
таких как взвешивание частиц и осаждение их на морское дно,
вертикальный перенос взвешенных частиц придонной турбулентностью
и перенос взвеси горизонтальными течениями. В настоящее время
перенос вещества поперек шельфа не изучен в достаточной мере. В силу
геострофических ограничений крупномасштабные течения направлены
преимущественно вдоль изобат и мало влияют на обмен в поперечном
направлении. Более существен вклад в такой обмен других
гидродинамических процессов. Исходя из предположения, что волны
подходят по нормали к берегу и при отсутствии течений, П.А.Каплин с
соавт. (1991) сделали вывод, что перенос взвешенных осадков в
поперечном направлении определяется стоксовым переносом в сторону
берега и вынужденными длиннопериодными волнами - в сторону бровки
шельфа [3].
Источниками терригенной взвеси в С-В секторе Черного моря
являются твердый сток рек, абразия, эоловые выносы и донные осадки
шельфа. Речной сток взвешенных наносов на участке между Анапой и
Сочи составляет около 2200 тыс. т/год [111]. Некоторую долю в
формирование взвеси в регионе вносят потоки твердого вещества,
идущие со смежных участков шельфа Черного моря (например, с юго-
востока). Существенна роль взвеси, поступающей из Азовского моря
через Керченский пролив. Наиболее благоприятные зоны для
образования взвесей на шельфе - верхняя и нижняя части, а на
континентальном склоне - верхняя часть. В пределах глубин 25?80м
максимальное содержание взвешенного материала приурочено к
поверхностному слою. Исключение составляет глубина 25м, где
максимальное содержание в придонном слое. Глубже наблюдается
равномерное убывание количества взвеси от поверхности к придонному
слою [63]. Соотношение содержания взвеси на поверхности и в
придонном слое на шельфе увеличивается в сторону моря, т.е. разница
между ними становится больше с увеличением глубины. Содержание
взвеси в поверхностном слое по всей протяженности шельфа колеблется
от 1,2 до 1,66 мг/л. Максимальное содержание взвеси отмечено в
непосредственной близости от места впадения реки; с удалением в
сторону моря среднее содержание взвеси уменьшается. Измерения
напротив устья р.Шахе показали, что в штилевую погоду максимальное
содержание взвеси здесь в верхней и средней частях шельфа приурочено
к придонному слою и лишь в нижней части шельфа максимальное
содержание переходит в верхний слой (0?25м). Влияние реки Шахе (сток
взвешенных наносов 324 тыс. т/год), распространяется летом на 5?6 км
от берега до глубин 50?60м; в паводок ее влияние расширяется и может
выходить за пределы шельфа [63]. Общая тенденция в распределении
взвесей в поверхностном слое вдоль изобат состоит в возрастании их
количества в направлении увеличения твердого речного стока, т.е. на
юго-восток. Таким образом, для продольных потоков на шельфе
характерны [63]: а) протяженность потоков вдоль изобат, контролируе-
мая сложностью контура береговой линии и бровки шельфа; б) часто
встречающаяся разнонаправленность потоков взвеси в разных частях
шельфа; в) связь протяженности потока взвеси с твердым стоком рек; г)
осложнение рисунка вдольшельфовых потоков наличием каньонов и
циркуляционных вихрей. Во время волнений распределение взвесей
вдоль шельфа и рисунок трасс их переноса гораздо сложнее. Расход
(мощность) продольных потоков взвешенного осадочного материала
(определяюемый шириной шельфа, глубиной на его бровке, средними
скоростями течений, содержанием взвеси) резко различен при штилевых
и штормовых условиях. Суммарный расход продольного потока взвеси
на шельфе шириной в 40 км летом может достигать 17?18 тыс. т/сутки.
Максимальный расход вещества в этом потоке приурочен к нижней
части шельфа, минимальный - к верхней. Соотношение расходов
продольных потоков взвеси в штилевой период в верхней, средней и
нижней частях узкого (8 км) приглубого шельфа составляет 1:1,7:2,3, а на
отмелом, широком (40 км) - 1:3,5:6, соответственно. Между
интенсивностью продольного переноса осадочного материала и
скоростью осадкообразования на шельфе отмечается обратная связь.
Расход поперечных потоков взвеси, вызванных действием
циркуляционных вихрей с вертикальной осью со средней
продолжительностью жизни около 60ч, в условиях шельфа С-В Черного
моря может достигать 15?20 тыс. т (около 8 тыс. т/сутки), а на
болгарском шельфе - 65 тыс. т (около 25 тыс. т/сутки). Однако этот
материал лишь частично уходит из зоны шельфа, часть его снова тем же
вихрем возвращается на шельф [63].
Таким образом, измельченный и безвозвратно утерянный для пляжа
материал принимает участие лишь в донном осадкообразовании, хотя он
влияет на мутность воды и косвенно (через изменение уклонов дна и
хода деформации волн) на динамическое состояние береговой зоны в
целом.
4.3.2. Влияние расположения и режим работы источников загрязнения
моря (устройств сброса сточных вод в море)
На перенос и трансформацию загрязняющих веществ и самоочищение
прибрежной акватории моря существенно влияет расположение и режим
работы устройств сброса сточных вод в море. Вдоль кавказского побережья
расположено большое количество выпусков сточных вод в море. Часть из них
размещена у крупных приморских городов, другая часть принадлежит
курортным зонам среднего типа. Имеются также много мелких выпусков,
которые построены вблизи отдельных приморских здравниц, поселков, турбаз.
Даже в пределах крупных приморских городов, помимо 1-2 основных
выпусков сточных вод, имеется ряд мелких. Теперь в районах строительства
крупных глубоководных выпусков наблюдается тенденция к ликвидации
мелких выпусков и подключение их к 1 или 2 крупным с современными очист-
ными сооружениями. Преобладает сброс хозяйственно-бытовых сточных вод.
Все сбросы по составу сточных вод можно подразделить на 3 категории [27]:
1) Сбросы чисто хозяйственно-бытовых сточных вод; доля промышленных
стоков (предприятий пищевой промышленности местного значения) мал в
общем балансе стоков - не более 10?20%. Такие сбросы характерны для
преобладающего числа курортных районовв кавказского побережья. В
перспективе на основе решений Правительства приоритет в развитии этих
районов отводят рекреации и в этих регионах будут развивать только отрасли,
обслуживающие нужды курортов.
2) Сбросы смешанных сточных вод, содержащих хозяйственно-бытовые и
промышленные стоки. Доля промышленных стоков в общем балансе сточных
вод не превышает 20?30% и они не содержат токсичных веществ. Это стоки
предприятий пищевой и легкой промышленности местного значения и
предприятий, обслуживающие нужды и потребности курортов.
3) Сбросы специальных сточных вод, в которых доля промышленных
стоков в общем балансе возрастает до 50% и более. Увеличение их доли
происходит за счет различных предприятий (деревообрабатывающих,
кожевенных и др.).
Выпуски сточных вод расположены весьма неравномерно. Наибольшее
их количество относится к категории мелких (среднесуточный расход до 5
тыс.м3) и средних (5?50 тыс.м3/сут). Относительно крупные выпуски сточных
вод с расходом 50?100 тыс.м3/сут большей частью расположены только в
районах Большого Сочи, Новороссийска, Геленджика. На перспективу
намечены выпуски со среднесуточным расходом >200 тыс.м3/сут, при-
уроченные к крупным приморским городам [112]. Структура сточных вод с
преобладанием категорий 1) и 2) сохранится и в дальнейшем, так как
приоритет в развитии прибрежных районов отдается рекреации. Ожидается
значительный рост населения и отдыхающих, что может увеличить и
экологический ущерб от загрязнения морской воды, пляжей и прилегающей
территории.
При сбросе сточных вод на мелководъе в зоне глубин 10?20м они
быстро всплывают на поверхность моря и распространяются в
сравнительно тонком поверхностном слое. При глубинах заложения
оголовков выпусков 10?16м и удаленности от берега 200?300м выход
факелов сточных вод на поверхность моря отмечается почти всегда.
Поле рассеивания сточных вод лишь иногда оказывается затопленным в
промежуточном слое, да и то лишь при малых расходах сточных вод и
бывает лишь кратковременно - от нескольких часов до нескольких
суток [103]. Явление выхода поля сточных вод на поверхность во все
сезоны года при расположении оголовков выпусков на глубинах до 20м
вполне объяснимо, учитывая то, что толща вод на глубине 10?20м почти
всегда однородна по плотности во все сезоны года (за исключением
периода весеннего прогрева воды, когда и на мелководье формируется
кратковременная стратификация) и плотность сточных вод меньше
плотности морских. В районе Ялты при наличии хорошо выраженной
стратификации и сбросе стоков при помощи точечного и рассеивающего
оголовков в зоне с глубинами выпуска 39м удалось затопить струю
сточных вод, которая перемещалась в слое 13?20м от дна [103]. Толща
вод на глубине 40м стратифицирована по плотности 6 месяцев (май-
октябрь); в остальные месяцы за счет осенне-зимней конвекции
стратификация ослабляется и толща вод становится однородной.
Исчезновение стратификации летом (при штормах нагонного характера
верхний квазиоднородный слой у приглубых побережий может
<утолщаться> до 50?55м) поле сточных вод затоплено, а с октября по
апрель поле сточных вод может выйти на поверхность. Если толща вод
однородна, то даже при сбросе сточных вод на глубину 65м
всплывающий факел иногда выходил на поверхность моря. При
точечном выпуске сточных вод из оголовка на глубине 75м при
неблагоприятных ситуациях (слабая стратификация вод (завершение
процесса эимней вертикальной конвекции) и сброс из точечного
источника) в 2 случаях из 8 было полное затопление поля сточных вод; в
6 случаях из 8 основная масса стоков была затоплена, но 5?10% потока
выходила в поверхностный слой; поток сточных вод состоял из 2?3
струй, распределенных по вертикали в слое глубиной 15?60м. При сбросе
на глубинах 75?86м и глубже (обязательно с помощью рассеивающих
оголовков, которые приводят к активному начальному разбавлению, а
степень плотностной стратификации достаточна для устойчивого
затопления поля сточных вод) при сочетании этих факторов даже во
время сгонных явлений (ослабляющих стратификацию вод верхнего
слоя и способствующих подъему факела в поверхностные слои) поле
сточных вод будет устойчиво затопленным.
Начальное разбавление сточных вод при их сбросе в море (Nнач)
обусловлено в основном действием инерционных сил выброса. На
процессы начального разбавления сброшенных сточных вод влияет ряд
факторов: тип выпуска (точечный, линейный или др.), расход сточных
вод, динамические условия приемной среды, разность плотностей
морских и сточных вод, инерционные силы выброса стоков, турбулент-
ная диффузия и др. Если плотность окружающих морских вод больше,
чем сточных вод, то сточные воды выходят на поверхность.
Интенсивность начального разбавления (Nнач) существенно зависит от
этих факторов, она определяет требуемую глубину затопления поля
сточных вод, степень их суммарного перемешивания, интенсивность
процессов самоочищения.
Горизонтальное разбавление (Nгор) обусловлено в основном
действием турбулентной диффузии; его интенсивность (при
соизмеримых длинах пути смешения) значительно меньше Nнач.
На начальное разбавление (Nнач) существенно влияют течения. При
отношении Н/do=10 Nнач нелинейно зависит от скорости течения (U)
как при фиксированной глубине (Н), так и при изменении отношения Н
к диаметру (do) выпуска (Н/do). Эффект влияния U усиливается при
увеличении Н/do.
При увеличении U от 25 до 38 см/с при Н/do=20 Nнач возрастает с 13
до 40, а при Н/do=80 Nн возрастает со 100 до 1050.
На горизонтальное разбавление затопленной струи (Nгор)
существенно влияет расстояние от места сброса (Х) и интенсивность
турбулентного перемешивания (ИТП): в зависимости от ИТП, Nгор
изменяется в 5?10 раз; абсолютные значения Nгор значительно меньше
Nнач; максимальная концентрация загрязняющих веществ См~Х-n. При
Х<=1 км Nгор~X0,5; при Х=1?4 км Nгор~X1,2.
На перенос и рассеивание загрязняющих веществ существенно
влияет соблюдение условия затопляемости поля сточных вод. Критерием
оценки затопляемости поля сточных вод служит высота подъема
всплывающего факела сточных вод в стратифицированном море. При
выпуске сточных вод на глубине >=80?100м в таком резко
стратифицированном море, как Черное, их перенос и распространение бу-
дут происходить в основном в промежуточных слоях (под термоклином
или в слое термоклина). При точечном выпуске в неподвижную среду
высота факела (Нф) описывается зависимостью [27]:
Нф=6340*Q*(Пм-Пс)/g0,5(?Пz/?Z)3/2, (4)
а высота факела Нфт, определяемая с учетом влияния средней скорости
течений (Uср): Нфт=Yu*Нф, где Yu=1-0,93*Uср-0,4.
(5)
На изменение гидрохимических показателей у выпусков ХБСВ
влияют условия работы выпуска, его параметры (глубины сброса и
удаленность от берега), расход сточных вод, способы и качество их
очистки, время суток и сезон года (последние влияют на
неравномерность сброса сточных вод: минимальные значения обьема
сбросов - ночью (2?4ч) и в январе); они во многом влияют на степень
загрязнения морской акватории в зоне выпуска сточных вод.
Максимальные концентрации органических и минеральных азота,
углерода и фосфора отмечены в мае и августе и на выпусках в зонах
малых глубин (0?3м) и вблизи от берега.
4.3.3. Влияние турбулентной диффузии
Двумерный характер процесса рассеивания дискретных свободно
плавающих частиц удачно отражает динамику реальных морских
потоков. Основные закономерности турбулентной диффузии в
шельфовой зоне проявляются как влияние масштаба явления (LЯв):
отражая динамику реальных морских потоков, горизонтальные
масштабы (в масштабах ширины шельфа) и интенсивность
перемешивания в которых превалирует над вертикальными
компонентами, на эффективный коэффициент диффузии (КДэф)
рассеивания дискретных свободно плавающих частиц имеет вид:
КДэф~LЯвn. В интервале масштабов от LЯв=0,05 до LЯв=15 км n=1.
Кусочная аппроксимация данных дала значения "n"в диапазоне
масштабов: при LЯв=0,05?0,3 км - n=0,7; при LЯв=0,3?1,5 км - n=1,3; при
LЯв=1,5?15 км - n=0,5. Величина "n" - функция по крайней мере двух
аргументов: ширины шельфовой зоны и расстояния от берега.
Турбулентная диффузия непрерывно распределенной (пассивной)
примеси проявляются как влияние масштаба явления: LЯв влияет на КДу
(9,1<=КДу<=910 см2/с при 10<=LЯв<=100м; за меру масштаба принято
LЯв=3*?D2). Коэффициент горизонтальной диффузии: КДу~LЯвж (ж
изменяется от 0 до 4/3 - для мелководного шельфа ж выше (ж >=1), чем
для приглубого шельфа). КДу~1/КДz; КДу больше для приглубого шельфа.
На основной фазе (инерции и плавучести) примесь заглубляется от
поверхности моря до максимальной глубины hм.
4.3.4. Основные закономерности трансформации
загрязняющих веществ в шельфовой зоне
В лабораторных экспериментах установлено [27], что процессы
биохимического окисления бытовых сточных вод идут в соответствии с
законом мономолекулярных реакций (график логарифма убывающей
концентрации загрязняющих веществ во времени имеет вид прямой). При
значительной степени загрязнения и максимуме микроорганизмов закон мо-
номолекулярности не выполняется. При разбавлении сточных вод возникают
лучшие условия для более полного использования содержащихся в них
органических веществ. Уже определены оптимальные условия интенсивной
деструкции нестойкого органического вещества сточных вод, что учтено в
модельных условиях (температуры, концентрации). Осредненные данные
ИнБЮМа [27] по химическому составу трансформированных сточных вод,
поступающих в поверхностный слой морских вод приведены ниже в таблице.
Таблица 3
Компонен
ты стоков
Минеральные составляющие стоков
(66% от общего стока)
Органические составляющие
стоков (34% от общего стока)
С (СО2)
N
(NН3+NО2+NО3)
Р
С
N
Р
%
8
81
11
94,6
4,9
0,5
Как видно из таблицы, в минеральной составляющей загрязняющих
веществ сточных вод превалирует азот (81%), а в органической - углерод
(94,6%). В районах мелководных выпусков ХБСВ абсолютные значения
минерального азота на два порядка превосходят фоновые концентрации,
органического углерода - на порядок. Формы азота в водоемах
разнообразны и в общем виде могут быть сгруппированы так: мо-
лекулярный азот (N2), неорганические соединения (нитраты, нитриты,
аммонийный азот), органические формы - высокомолекулярные
соединения (протеины, полипептиды и др.), низкомолекулярные
соединения (аминокислоты, мочевина, амиды, амины и др.). Все эти
соединения постоянно преобразуются, переходят из взвешенной формы в
коллоидную и растворенную, снова сорбируются частицами взвесей и т.
д. Повышенное количество азота в природных водах в виде
органических соединений или в аммонийной форме свидетельствует о
загрязнении сточными водами. В районах моря, прилегающих к сбросам
сточных вод, фосфаты являются лимитирующим биогеном для развития
фитопланктона, о чем свидетельствует повышение стехиометрического
отношения N/Р до 80 на расстоянии 100?300м от выпуска. Наиболее
градиентная зона - в ?50м от выпуска, тут уменьшается концентрации
органического вещества на 60%, а минеральных компонентов стока на
90%; далее происходит их постепенное снижение - менее 1% на каждые
10м удаления от выпуска стоков. Константы скорости окисления
находятся в прямой зависимости от степени загрязнения и температуры
морской воды. Большая часть легкоокисляемого органического ве-
щества убывает вблизи источников загрязнения, наиболее быстро
падают концентрации углеродсодержащих органических соединений. В
зоне выпуска распад фосфор-содержащих органических соединений
происходит быстрее, чем азотсодержащих; более интенсивно снижается
концентрация органического фосфора, чем органического азота.
Снижение содержания минеральных компонент стока интенсивнее, чем
органических, несмотря на их образование в результате деструкции
органического вещества сточных вод. Фосфора минерализуется в 2,1
раза больше, чем азота. В 50м от выпуска интенсивное перемешивание и
разбавление чистыми морскими водами уменьшает концентрацию
органического вещества. В 40м от источника загрязнения содержание
неорганических азота и фосфора уменьшается в ?10 раз. Менее ин-
тенсивную убыль органического вещества можно объяснить
образованием органического вещества за счет выделений организмов и
детрита при утилизации биогенных элементов фито- и
бактериопланктоном. Самоочищение моря от подобного органического
загрязнения растянуто во времени и в нем преобладает анаэробный тип
организмов. Ведущая роль в химическом окислении загрязняющих
примесей принадлежит гетеротрофным бактериям. Окисление
минеральных соединений (аммонийного азота в нитриты и нитраты)
производят нитрофицирующие бактерии, являющиеся хемоавтотрофом
и использующие СО2 в качестве единственного источника углерода.
Значительная роль в интенсификации процесса разложения
органического вещества может принадлежать простейшим организмам,
которые утилизируют бактерии и являются фактором поддержания
бактерий в состоянии непрерывного размножения ("физиологической
молодости").
Под действием потока загрязненных вод в центральных частях
струй возникают зоны интенсификации потребления органического
вещества (ЗИП), формируется (в течение до полутора суток) зона с
повышенным значением биомассы бактериопланктона (ЗПБ). Обычно
ЗПБ располагаются вне ЗИП (вследствие адвективного переноса
биомассы бактериопланктона), на значительном удалении от источника
загрязнений и простираются до границы акватории [27]. Увеличение
коэффициента диффузии КД на порядок уменьшает масштабы ЗПБ на
4?8 км, а рост обьема стоков Q на порядок приводит к росту масштабов
ЗПБ на 10?15 км. Если ныне зоны сильных воздействий на водные
сообщества имеют небольшие масштабы, то в перспективе положение
может измениться; попытки интенсифицировать процесс самоочищения
путем размещения выпусков в зонах с наибольшей турбулентной
активностью не дадут существенных результатов. Масштабы ЗИП
значительно меньше масштабов полей загрязненных вод, но могут быть
значительными - от сотен м до десятков км. Масштабы ЗИП
уменьшаются с ростом коэффициента турбулентной диффузии, но
особенно сильно они зависят от расхода сбросов Q. При увеличении Q на
порядок масштабы ЗИП могут возрасти на порядок и даже больше.
Максимальная интенсивность потребления (VПотр) органического
вещества в ЗИП слабо зависит от интенсивности турбулентного
перемешивания, но значительно изменяется с ростом Q: лри Q=106 м3/сут
VПотр в ЗИПе достигает практически максимально возможных значений
(VСрПотр?1).
4.3.5. Взаимодействие биологических и океанологических
факторов в процессе самоочищения
Для масштабов до LЯв=10 км процесс механического переноса
загрязнений во внешнюю область превалирует над процессом
биохимического окисления [27]. Масса органики, подвергшейся
биохимическому окислению, составляет от 1% до нескольких % от
массы, вынесенной за пределы бассейна. Для участка акватории с
масштабами LЯв?50 км при расходах, характерных для современных
выпусков, участок шельфовой зоны М=50 км является зоной
самоочищения. Но если Q увеличить на порядок, то даже район М=50 км
не сможет быть зоной самоочищения. С ростом КД эффективность
самоочищения падает, но незначительно и не меняет общей
положительной оценки последствий размещения выпусков в зоне с
повышенной турбулентной активностью.
4.3.6. Основные особенности процесса самоочищения
загрязненных вод от минеральных компонентов
При Q=105 м3/сут и 106 м3/сут, степени начального разбавления 100,
концентрации минеральных форм азота 3 мг/л, КД = 103, 104 и 105 см2/с
области загрязненных вод - продольные масштабы струй меняются от
нескольких км до десятков км, а поперечные - от сотен м до нескольких
км [27]. Увеличение Q на порядок увеличивает продольные масштабы
струй до размеров участков акватории М=50км, а поперечных - в 2?10
раз. Увеличение КД на два порядка при Q=105м3/сут уменьшает масштаб
более чем на порядок. При Q=106м3/сут перемещение струй в более
динамически активную зону не дает заметного уменьшения масштабов
струи.
4.3.7. Влияние загрязнений на распространение
и функционирование фитопланктона
Размеры ЗИП практически совпадают с масштабом области
загрязненных вод и подвержены тем же закономерностям при изменении
Q, КДх и КДу [27].
Интенсивность потребления загрязнений-биогенов возрастает при
увеличении Q и почти вся ЗИП характеризуется максимальными
значениями VСрПотр (0,9?1). Расчетные концентрации фитопланктона не
превышали фоновых.
Процесс формирования поля примеси подчиняется чисто
диффузионым закономерностям, то есть биологические процессы
практически не оказывают влияния на распределение концентраций
загрязняющих веществ. Поэтому, по распределению концентраций
примеси в струях нельзя судить о ходе и интенсивности самоочищения
[27]. Пространственные масштабы ЗИП определяются главным образом
динамическими процессами.
4.3.8. Взаимодействие биохимических и гидрофизических
факторов в процессах самоочищения
Для акваторий с пространственными масштабами 50 км выделяются две
фазы [27]. В течение первой фазы формируется струя загрязненных вод.
Вторая фаза характерна резким увеличением роли процесса потребления
биогенов. Процессы механического переноса загрязнений во внешнюю
область значительно преобладают над процессами потребления
загрязнений фитопланктоном. При современных объемах сбросов даже
участки шельфовой зоны с масштабами порядка 40?50 км не могут быть
достаточными по величине зонами самоочищения.
Биотические характеристики моря могут оказывать существенное
влияние на масштабы и интенсивность аквагенных процессов и явлений
как загрязнения, так и самоочищения прибрежной акватории моря. При
этом они и сами в значительной степени подвержены влиянию со
стороны процессов загрязнения и самоочищения. Например, действие
токсикантов на планктонные и донные организмы (являющиеся
естественными фильтраторами, очищающими среду обитания от
загрязнений) снижает способность прибрежной экосистемы к
самоочищению и тем усиливает влияние эвтрофикации, приводящей к
накоплению в воде бактерий (в том числе - патогенных) и простейших
организмов. Среди нефтеокисляющих бактерий выявлены формы,
обладающие явно выраженным генотоксическим и ДНК-повреждающим
эффектом, что обуславливает их потенциальную опасность не только для
гидробионтов, но и для человека. Следствием такого вторичного
органического загрязнения оказывается стойкое ухудшение качества
воды, кислородного режима и в результате - рыбозапасов и
рекреационной ценности водоема. Это одна из основных причин
снижения запасов шпрота, ставриды, камбалы и др. рыб,
наблюдавшегося с 1980-х годов, а снижение общей численности
популяций рыб явилось основной причиной резкого возрастания
количества медуз-аурелий, занявших экологическую нишу
планктоноядных рыб, и способствовало вспышке развития гребневика-
мнемиопсиса [58].
4.3.9. Процессы трансформации и переноса нефти и нефтепродуктов
Исследования показали, что даже в Арктике нефтяные пленки в море
подвержены сильному воздействию механизма естественного
самоочищения [4]. Главную роль в этом механизме играют процессы
испарения, фотоокисления и биологической утилизации нефтяных
углеводородов. Статистическая обработка данных наблюдений по-
зволяет оценить роль процессов испарения нефтепродуктов в атмосферу
как доминирующую (50?60% интегрально трансформации
углеводородов в весенне-летние сезоны и 80?90% зимой). Вклад
фотоокисления в полярный день составляет 15?30%, биологическая
утилизация углеводородов - всего 2?7%.
Испарение нефтяных пленок происходит значительно быстрее, чем
воды. Вода имеет более высокую теплоту парообразования из-за большей
поляризации молекул и является малолетучим веществом по отношению
к нефтяным пленкам. Силы молекулярных соединений и
поверхностного натяжения пленок слабее, чем у воды. Особенно
интенсивно испарение нефтяных пленок происходит при скорости ветра
более 5 м/с, который ускоряет массопередачу углеводородов в воздух.
Фотоокисление пленок нефтяных углеводородов обусловлено
физико-химическими процессами в море и атмосфере, главную роль
играет солнечная - ультрафиолетовая радиация. Фотоокисление
органических веществ нефтяных соединений играет меньшую роль в
механизме самоочищения (15-35% от общего вклада процессов
самоочищения). При высокой прозрачности воздуха, малой облачности,
долго незаходящем солнце фотоокисление органических веществ
нефтяных соединений происходит в 1,5 раза быстрее. Комплекс этих
факторов, повидимому, и определяет чистоту воздушных масс и верхних
слоев морских вод на Севере. Вклад микрофлоры в механизм
естественного самоочищения поверхностных вод весной и летом невелик
- не более 5?7%.
Из-за меньшей плотности, чем у воды, нефтепродукты, растекаясь в виде
линз и пленок, сосредоточиваются на границе раздела вода-воздух. В периоды
отрицательных температур плотность и вязкость нефти постепенно
увеличивается, а суммарное поверхностное натяжение убывает, что приводит
к прекращению растекания пленки. Ветер и горизонтальная турбулентная
диффузия увеличивают площадь распространения пятна и уменьшают тол-
щину пленки вплоть до мономолекулярного слоя. В связи с интенсивным
процессом испарения, а также из-за частичного растворения нефтяных
соединений, плотность и вязкость нефти увеличивается, а при отсутствии
ветра растекание замедляется. Лед способен захватывать нефть в количествах
до 25% собственной массы льда, выполняя функцию "промокашки" [4].
Аккумуляция нефти льдами обусловлена тремя процессами: захват
нефтепродуктов из воды при ледообразовании; сорбция и миграция их к
границе раздела лед-воздух. Миграция нефтяных линз во льду по капиллярам
и пустотам после весеннего сброса солей из льда в воду происходит в весенне-
летний период со скоростью от 1 до 49 см/сут при среднесуточной 8 см/сут.
Миграция нефти во льду вызывается действием сил гидростатического
давления, поверхностного натяжения и градиентом температур в системе вода-
лед-воздух. Нефть, аккумулированная льдом толщиной 1,2м, появилась на его
поверхности через месяц. При дрейфе льды способны очищать район
загрязнения и загрязнять гидросферу вторично в районе ледотаяния, перенося
нефтепродукты на большое расстояние от места их сброса (даже в тысячах км
от очага появления нефтезагрязнений) [4]. Пятна нефти нарушают
термическое состояние ледового покрова. Пленки нефтепродуктов уменьшают
теплообмен воды с атмосферой. Температуропроводность многих сортов
нефти в 3-6 раз меньше, чем у воды, коэффициент теплопроводности тяжелых
сортов нефти бывает на порядок выше, чем у легких. Некоторые сорта нефти
застывают при -6оС; мазут, нефтяное топливо для газовых турбин, масло - при
-14оС; дизтопливо - при -60оС. При наличии пленки дизтоплива толщиной 5
мкм на поверхности морской воды образование льда происходит в среднем в
1,5 раза медленнее, чем на поверхности чистой воды, а под пленкой сырой
нефти толщиной 5 мкм - в 1,9?2,7 раза медленнее. Нарастание льда в пресной
воде происходит в 1,3?1,7 раза быстрее, чем в морской, так как скорость роста
кристаллов льда в морской воде медленнее, чем в пресной и определяется
отдачей тепла на кристаллизацию [4].
В условиях Черного моря процесс переноса нефтепродуктов
дрейфующими льдинами может играть заметную роль в северных районах
моря; в условиях его С-В сектора это может иметь место только в очень
холодные зимы (вынос из Азовского моря). В Персидском заливе пятна нефти
медленно мигрируют из приливной части побережья вдоль берегов и на
длительное время задерживаются в поверхностных слоях донных отложений,
поддерживая постоянный уровень загрязненнности [52]. Содержание и
распределение нефтяных углеводородов в отложениях открытой части Залива
обусловлено преобладающими течениями и расположением источников
нефтяного загрязнения. Несмотря на существенное поступление нефти,
нефтяное загрязнение его донных отложений относительно невелико -
возможно вследствие физических процессов и биодеградации, приводящих к
удалению нефти из морской воды. Значительных корреляций между
содержанием углеводородов, органического вещества, илистых частиц,
песчанистых частиц и гравия не выявлено.
4.3.10. Итоговые выводы по самоочищению
прибрежной акватории моря [27]
1) Формирование локальной области загрязнения, примыкающей к
действующим источникам, типично для всех выпусков сточных вод,
поскольку при существующей практике все выпуски фиксированы в
пространстве. Масштабы этой локальной области могут существенно
варьировать за счет флуктуаций гидродинамических и биохимических
факторов, неравномерности работы источника и др. Резкое ослабление
течений и перемешивания в сочетании с увеличением расходов сточных
вод (что наблюдается в летние месяцы) может увеличить масштабы
локальных областей загрязнений.
2) Сочетание различных неблагоприятных океанологических условий
не только изменяет масштабы локальных областей загрязнений, но и
может привести к ослаблению интенсивности процессов самоочищения
на более значительных акваториях. В то же время на соседних
акваториях (например, с удалением от берега и приближением к
стрежню основного потока черноморского течения) имеются
благоприятные условия переноса, перемешивания и др. При
определенных океанологических ситуациях самоочищающие
способности локальных акваторий будут истощаться, в то время как
потенциальные способности соседних акваторий к самоочищению могут
быть значительными. Если поток сточных вод последовательно
перемещать в пространстве, то можно управлять интенсивностью
процессов самоочищения и на определенные промежутки времени
устранить данную локальную зону загрязнений. Этого можно добиться
следующими мерами: а) за счет размещения на одном трубопроводе
серии оголовков, вводимых в действие последовательно; б) размещением
оголовков выпусков на двух разных трубопроводах. Такое перемещение
потока сточных вод в пространстве полезно еще и тем, что позволяет
распределять нагрузку на значительно больших по масштабу
акваториях; кроме того, выключив на какое-то время оголовок, можно
оздоровить прилегающую акваторию.
5. Сравнительная оценка аквагенных источников
загрязненияприбрежной акватории моря
В работе [2] приведена оценка (по комплексу 4 показате-лей: вред для
живых ресурсов моря, опасность для здоровья человека, препятствие
деятельности человека в море, ухудшение эстетического эффекта)
сравнительной опасности для морской среды 12 видов загрязняющих
веществ. Уровни оценки: О - нет настораживающих данных, 1 -
неопределенная опасность, 2 - незначительная, 3 - значительная, 4 -
большая опасность). В целом наиболее тяжелые последствия вызывает
сброс в море коммунальных сточных вод, средний балл негативных
последствий которого (3,5) значительно опережает любой из всех
остальных комплексных загрязнителей моря, в том числе твердый мусор
(средний балл негативных последствий 2,5), органические отходы, нефть,
отвалы грунта и инертные отходы, тяжелые металлы, включая ртуть
(средний балл негативных последствий 2-2,1). Сравнительно низкий
средний балл негативных последствий получили отходы военной
промышленности, армии и флота (0,5), детергенты и моющие средства,
радиоактивные материалы, нагретые воды (0,75). По нашему мнению
для условий прибрежных зон, ориентированных на рекреацию, к
приведенным в таблице 2 загрязняющим веществам следует добавить
еще взвешенные вещества, поскольку на самых популярных пляжах
Черного и Азовского морей именно взвешенные вещества являются
основным и, самое главное, - самым заметным (даже "невооруженным"
глазом) загрязнителем самой посещаемой зоны моря, в которой бултыхаются
большинство купальщиков (особенно детей и их родных). А заметность
"невооруженным глазом") загрязнителя оказывает сильное психологическое
воздействие, резко снижая эстетическую привлекательность мест, где вода на
пляже быстро мутнеет даже при небольшом волнении. Да и для здоровья
людей муть может представлять и вред, и опасность.
Большая часть загрязняющих веществ поступает в море с берега.
Практически все виды источников загрязнения, приведенные в работе [2],
имеют непосредственную связь с берегом или сушей, хотя некоторые из них
могут иметь и морское происхождение. Например, Р.Szefer [113], исследуя
загрязнение тяжелыми металлами поверхностных слоев донных отложений в
южной части Балтийского моря в пределах акватории Польши, установил
положительную связь между содержанием Co, Ni, Cs, Rb, Fe, Mg, Li, K и
содержанием Аl; фактор обогащения для первых близок к единице, что
свидетельствует об их приуроченности к глинистой фракции отложений, а их
источником можно считать горные породы, слагающие площадь водосборных
бассейнов впадающих в залив рек. Для Zn, Cd, Pb, Ag и P фактор обогащения
намного больше 1, что характерно для антропогенных загрязнений,
Концентрация химических элементов во многом определяется
гранулометрическим составом отложений: для большинства элементов их
содержание повышается с увеличением доли тонкой фракции (мельче 80 мкм).
Определенных закономерностей в распределении тяжелых металлов в
отложениях по мере удаления от береговой линии не установлено, однако
статистический анализ по R-фактору показал, что наиболее загрязнены
отложения прибрежных вод, особенно вблизи устьев рек. Установлено, что
часть тяжелых металлов привнесена в поверхностные слои донных отложений
атмосферными осадками.
Ориентировочные данные (по нашей оценке) по определению массы
взвешенных веществ, образующихся при абразии коренных пород и
истирании пляжевого материала (на участке побережья между мысами
Дооб и Кодош)_ приведены в таблице 4. Здесь приняты условные
обозначения:
Ме - масса мелких фракций взвеси, образующейся на е-том участке
побережья;
Lе - длина е-го участка берега, км;
Jе - средний уклон дна прибойной зоны на е-том участке берега;
hВе - средняя высота волн; значение hВе для открытых (вне бухт)
участков определено как среднекубическая величина, учитывая, что
истирающая мощность прибойной волны пропорциональна кубу ее
высоты;
Ше - ширина (м) волноприбойной зоны е-го участка берега, в
которой происходит абразия коренных пород и истирание пляжевого
материала (валунного, галечного, гравийного);
?е - скорость абразии коренных пород и истирание пляжевого
материала, м/год;
Ке - коэффициент учета поверхности абразии коренных пород и
истирания пляжевого материала по сравнению с площадью проекции
дна (Lе*Ше). Его величина для процесса истирания пляжевого материала
определена из выражения:
Ке =[2*(4*?/3)/(?/4)]-0,5?3,3, (6)
где 2 - значение Ке для истирания плоского камня по плоскому дну, а
выражение (4*?/3)/( ?/4) - значение Ке для истирания между собой
круглых форм (Ке?5,3).
Таблица 4
Участок побережья
Lе,
км
SinJе
Ке
?е, м
hВе,
м
Ше
, м
Ме при
Lе=1км,
т/год
Ме,
т/год
Абразия активных
клифов и мысов
8
0,03
0,8
43
3490
28000
Истирание пляжевого
материала: мыс Дооб-
Голубая Бухта
7
0,15
3,3
0,047
0,8
11
1130
3200
То же: Голубая Бухта
1
0,12
3,3
0,003
4
0,6
10
300
300
То же: Геленджикская
бухта
5
0,06
3,3
0,002
3
0,4
13
270
1300
То же: Голубая Бухта-
мыс Тонкий
5
0,12
3,3
0,003
1
0,8
13
360
1800
То же мыс Толстый-
мыс Идокопас
20
0,14
3,3
0,003
2
0,8
12
340
6800
То же: мыс Идокопас-
мыс Чугавкопас
15
0,15
3,3
0,001
3
0,8
11
126
1900
То же: бухты Архипо-
Осиповки-Инал
28
0,075
3,3
0,001
0,8
21
186
5200
То же: бухта Инал-мыс
Гуавга
25
0,064
3,3
0,001
0,8
25
220
5500
То же: мыс Гуавга-мыс
Грязнова
10
0,14
3,3
0,001
0,8
12
110
1100
То же: мыс Грязнова-
мыс Кодош
18
0,13
3,3
0,002
0,8
13
230
4100
Итого
142
(150
)
70000
Прочие гидродинамические и гидробиохимические процессы и явления
обуславливают перенос, седиментацию, взмучивание взвеси, но не
создают новых ее количеств и, поэтому, не являются источниками
поступления загрязняющих веществ в прибрежную акваторию моря.
Ниже в таблице 5 приведены ориентировочные данные (по нашей
оценке) о доле вклада основных аквагенных источников образования
взвешенных веществ (на примере участка побережья между мысами
Дооб (в ?10 км к югу от г.Новороссийска) и Кодош (к С-З от г.Туапсе) (в
% к общей массе стока взвешенных веществ в море).
Таблица 5
Процессы, явления,
источники
поступления взвешенных
веществ
в море
Натуральная
масса вещества,
т/год
В % ко всему
поступлению
в море
1
2
3
Всего
790000
100
в том числе за счет
естественных процессов
600000
76
в том числе:
1. Абразия коренных пород и
истирание галечного
материала в прибойной зоне
моря
70000
9
2. Оседание аэрозолей из
атмосферы непосредственно в
прибрежную акваторию моря
80000
10
3. Выветривание горных
пород прибрежной зоны
150000
19
4. Сток в море взвешенных
наносов рек и временных
водотоков - всего
490000
62
в том числе за счет:
А. Естественных процессов -
всего
340000
43
Б. Совместных естественных и
антропогенных процессов -
всего
150000
19
Как видно из таблицы 5, абразия коренных пород и истирание
галечного материала в прибойной зоне моря создают около 9% общего
поступления взвешенных веществ в море или около 6,3% от общей
приведенной массы всех загрязнителей, поступающих в море. По нашим
данным ([114]), аквагенные антропогенные источники дают заметные
поступления нефтепродуктов (с судов - ?0,14% от общей приведенной
массы всех загрязнителей), бенз/а/пирена (с выхлопными газами судовых
двигателей и дизель-генераторов - ?0,88% общей приведенной массы
всех загрязнителей), азота аммонийного и др. органики (с хоз-бытовыми
стоками судов).
Выполненный нами [114] количественный анализ вклада
различных процессов, явлений, источников и веществ в загрязнение
прибрежной акватории моря исследуемого района показал также, что, в
отличие от общепринятого мнения, весьма невелика доля вклада
нефтепродуктов (0,84% от общей, приведенной к ПДК=1 мг/л, массы всех
загрязнителей, поступающих в море), в том числе 82% - поступления со
стоком рек и временных водотоков. Еще меньше доля вклада ртути
(0,02%), считающейся одним из наиболее опасных загрязнителей среды
обитания людей.
ВЫВОДЫ
1. При всей важности глобальных событий, определяющих положение
уровня Мирового океана (похолодания и потепления климата Земли,
тектонические процессы и др.), их нельзя назвать уникальными, поскольку
они случались неоднократно. Событием, не имевшим аналогов в истории
Земли, стало появление человека с его осмысленной деятельностью, вы-
звавшей глубочайшие изменения на Земле, в том числе - в Океане и морях.
Одним из наиболее ощутимых и заметных последствий взаимодействий
человека с морем является загрязнение его вод. Возросли масштабы
использования шельфовой и береговой зон моря в различных целях.
Интенсивное и широкое развитие рекреации также усиливает воздействие
человека на загрязнение моря, особенно его береговой зоны. Поэтому теперь
масштабы антропогенных последствий не только соизмеримы, но и нередко
превосходят природные. Поэтому, анализ, сравнительную оценку, учет и
оптимизацию аквагенных процессов и явлений (как факторов, источников и
причин загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря) следует
вести по направлениям:
а) воздействия деятельности человека в море;
б) воздействия гидродинамических факторов (волноприбойных, волновых и
ветровых течений и ветрового нагона, приливов и отливов);
в) взаимодействия волн и берега;
г) воздействия абразионных процессов размыва и разрушения берегов
моря;
д) образования, обработки и перемещения наносов в береговой зоне;
е) воздействия ветрового нагона, приливов, отливов и других колебаний
уровня моря;
ж) воздействия гидрохимических и биотических факторов и процессов;
з) воздействия геодинамических процессов и явлений;
и) воздействия процессов и явлений рассеивания загрязнителей и
самоочищения прибрежной акватории моря:
- седиментации и трансформации загрязняющих веществ в море;
- расположения и режима работы источников загрязнения моря (устройств
сброса сточных вод в море);
- прибрежной циркуляции морских вод;
- начального разбавления сброшенных сточных вод;
- влияния течений на начальное разбавление сброшенных в море сточных
вод;
- горизонтального разбавления затопленных струй;
- условий затопляемости поля сточных вод;
- изменения гидрохимических показателей у выпусков хозяйственно-
бытовых сточных вод;
- динамики морских вод и плотностной стратификации в шельфовой зоне;
- турбулентной диффузии в шельфовой зоне;
- трансформации загрязняющих веществ в шельфовой зоне Черного моря;
- трансформации и переноса нефти и нефтепродуктов;
- транспорта взвешенных веществ и осадочного материала;
- влияния течений прибрежной зоны и открытого моря;
- влияния потоков наносов у берегов моря
- влияния потоков взвеси;
к) влияния специфических особенностей побережья (в данном случае -
Черноморского побережья Кавказа) с точки зрения возможностей
загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря:
- тектоники, геологического строения и рельефа побережья и шельфа;
- климата, волнения и повышения уровня Мирового океана;
- течений и потоков наносов в прибрежной зоне моря.
л) количественная сравнительная оценка доли вклада различных
природных и антропогенных факторов в загрязнение конкретного
участка прибрежной акватории.
2. Из аналитического обзора по возлействию природных аквагенных
факторов вытекают следующие выводы.
1) Береговая зона связывает прибрежные пространства суши с
подводной окраиной материка, ближайшей к суше частью которой
является шельф. Действующие здесь энергии, процессы, явления,
факторы (формы рельефа, характер образующихся отложений, формы
экономического использования берегов и др.) весьма своеобразны и
могут служить источниками и причинами загрязнения и самоочищения
моря.
2) Важнейшими физическими процессами, обуславливающими загрязнение
и самоочищение прибрежной акватории моря, являются трансформация и
рассеивание механической, и тепловой энергии морских волн при их
взаимодействии с литосферой, определяемые знергией и силой волнения,
уклоном подводного берегового склона, прочностью пород, слагающих берег,
составом рыхлых отложений и балансом наносов береговой зоны. Наряду с
энергией морского волнения в береговой зоне и в зависимости от скорости
течений, уклона дна и количества наносов, здесь происходит трансформация
энергии течений, в первую очередь волновых и приливных, а также ветровых
(дрейфовых), из которых наиболее значительны нагонные течения. На это
наслаивается действие множества других природных процессов - биогенных,
химических, обусловленных деятельностью рек, ветра, гравитации и др., что
создает различные формы рельефа (обвальные, осыпные, оползневые,
карстовые и др.) и определяет характер, масштабы и интенсивность процессов
загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря. При этом влияние
всех факторов, включая и волнение, приобретает определенную специфику в
тех или иных физико-географических зонах, т.е. береговые процессы в целом
подчинены общим закономерностям физико-географической зональности (что
не исключает воздействия азональных факторов).
3) Закон широтной зональности береговых процессов проявляется,
прежде всего, в зональном распределении процессов абразии и
аккумуляции, что обусловлено параметрами и повторяемостью волн в
разных физико-географических зонах, а также количеством и
крупностью обломочного материала, поступающего в береговую зону. На
все зональные проявления накладываются азональные влияния,
которые определяются, прежде всего, геологическим строением
(литологическим и петрографическим составом пород, тектонической
структурой, движением земной коры), но они не могут полностью
стереть действие зональных факторов, которые, в сочетании с ними,
определяют характер, масштабы и интенсивность процессов загрязнения
и самоочищения прибрежной акватории в различных климатических и
географических зонах.
4) Из азональных факторов наиболее существенны геологические,
однако они в основном создают те или иные условия проявления
процессов загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря.
Горные породы, слагающие берег, в зависимости от прочности, быстрее
или медленнее поддаются размыву; состав пород определяет состав и
свойства продуктов их разрушения, что определяет интенсивность по-
ступления обломочных и загрязняющих материалов в береговую зону и
на аккумулятивные процессы. Это относится и к алювию, и ко всем
выносам рек, образующим основную массу исходного материала, из
которого формируются морские наносы и большая часть загрязнения
моря.
5) Важнейшими азональными факторами являются тектоническое
погружение или поднятие берегов, а также изменение уровня Мирового
океана; они активизируют или, наоборот, ослабляют интенсивность
абразивно-аккумулятивных процессов, создают предпосылки для
развития берега, а следовательно, направленность, масштабы и
интенсивность загрязнения и самоочищения прибрежной акватории моря
по тому или иному пути, обуславливая их однонаправленные или
ритмичные изменения.
6) Cовременая динамика береговой зоны зависит, прежде всего, от
интенсивности волнения, его направления относительно линии берега,
от уклона прибрежного дна и от баланса наносов в береговой зоне.
Региональный материал подтверждает справедливость разделения
береговой зоны на три подзоны: а) колебательных движений воды; б)
разрушения волн; в) действия прибойного потока. Каждая из этих подзон
отличается характером траекторий потоков воды и частиц обломочного
материала наносов. Взаимодействие асимметричных волновых
колебаний воды, стоковых течений и силы тяжести в условиях
поперечного перемещения обломочных частиц приводит к тому, что
перемещение частиц разной крупности (а, следовательно, и загряющих
веществ) происходит с разной скоростью и нередко - в противоположных
направлениях. В условиях крутого подводного берегового склона (уклон
>0,03) наносы под действием силы тяжести оттягиваются на дно, к
основанию подводного склона. При малых уклонах (<0,03) материал
крупностью более 0,1?0,05мм выбрасывается на берег. В ходе этого
процесса происходит дифференциация наносов по гранулометрическому
составу, и крупные частицы создают пляжи надводных аккумулятивных
террас, баров и других береговых аккумулятивных форм, а мелкие
уходят на подводный береговой склон, приобретая здесь характерную
волновую сортировку.
7) Пляжи, как элементарные аккумулятивные формы, дают начало
всем членам сложного семейства береговых аккумулятивных форм. На
абразионных берегах пляжи, даже если они временные, служат
гасителями энергии волн и при умеренном волнении надежно защищают
берег от прибоя. Именно по этой причине все активные способы защиты
берегов, в конечном счете сводятся к тому, чтобы создать условия для
формирования пляжа вдоль разрушаемого берега.
8) При подходе волн под острым углом к берегу происходит
продольное перемещение наносов (а, следовательно, и загрязняющих
веществ), причем, наряду с собственно волнением, энергетическим
фактором такого перемещения является и вдольбереговое волновое
течение. Под совместным действием волновых колебаний воды и вол-
нового течения значительные массы наносов и загрязняющих веществ
перемещаются вдоль берега, образуя вдольбереговой поток.
9) Обычно абразионные и аккумулятивные элементы строения берега
образуют единые взаимодействующие системы, причем участки размыва
в таких системах служат источниками поступления наносов на
аккумулятивные участки. Взаимосвязь процессов абразии и
аккумуляции может привести к развороту общего направления берега и
к выравниванию береговой линии. В подобные системы нередко
включаются также устьевые участки рек, которые являются
важнейшими поставщиками наносов в береговую зону. Если берег, и в
вершинах бухт имеющий уклон исходного подводного склона достаточно
крутой - как у мысов, сложен податливыми к размыву породами
(например, глинистые породы и мергели), и образующиеся при его
разрушении частицы не накапливаются в береговой зоне, создавая бы
здесь запасы наносов, то при этих условиях на всем протяжении берега
будет происходить интенсивная абразия - как на мысах, так и в бухтах.
3. По происхождению частицы-загрязнители моря подразделяют на: 1)
терригенные (поступающие с суши со стоком, с ветровым переносом или
от разрушения берегов), 2) хемогенные (образующиеся при химических
процессах) и 3) биогенные (связанные с биологическими процессами,
главным образом остатки отмерших организмов). С точки зрения
образования терригенной взвеси (мути), как наиболее заметного
загрязнителя воды в пляжевой зоне, большинство гидродинамических
факторов, действующих в береговой зоне, - различные виды движения
воды; важнейшие среди них - ветровое волнение и производные от него
гидрологические явления. В примыкающей к берегу акватории моря
существенный вклад в процессы взмучивания осадочного материала и
транспорта взвешенных веществ создают волновые, энергетические
(вдольбереговые), градиентные, разрывные и ветровые течения и
компенсационные противотечения. Они имеют важнейшее значение для
литодинамических процессов измельчения порол, взмучивания и
перемещения осадочного материала и перенос вдоль берега или вдоль
нормали к берегу. Ниже приведены результаты нашей оценки по доле
вклада в абразионное разрушение берегов Черного и Азовского морей.
1) Ветровое волнение является главным, активным, почти постоянно
действующим фактором, определяющим взаимодействие волн и берега;
им обусловлены не менее ?80% абразионного разрушения берегов.
2) Зыбь (одно из последствий ветрового волнения) также является
одним из активных факторов, но действующим менее продолжительно, в
течение времени затихания ветрового волнения; им определены
примерно несколько процентов абразионного разрушения берегов.
3) Стоячие волны (сейши) оказывают мало заметные косвенные
последствия через расширение зоны волнового воздействия на берега и
сооружения.
4) Приливо-отливные колебания уровня моря невелики (до ?+10см) и
оказывают мало заметные косвенные последствия через изменения
уровня воды и расширение зоны волнового воздействия на коренные
породы берегов и на пляжевый материал.
5) Сгонно-нагонные колебания уровня моря более значительны
(+20?30см, при штормах до 1,5м), чем приливо-отливные; они оказывают
мало заметные косвенные последствия через изменения уровня воды и
расширение зоны волнового воздействия на коренные породы берегов,
на пляжевый материал и сооружения.
6) Внутригодовые сезонные изменения уровня до 16?24см, в
зависимости от стока рек и количества осадков; они оказывают мало
заметные косвенные последствия через изменения уровня воды и
расширение зоны волнового воздействия на коренные породы берегов,
на пляжевый материал и сооружения.
7) Вековые колебания уровня моря (относительного повышения
уровня моря). За 150 лет наблюдений обнаружено повышение уровня
Черного моря на 1?3 мм в год на разных участках (максимум - 9,7
мм/год) на фоне роста температуры (0,6оС) и количества атмосферных
осадков (1,6 мм/год). Скорости абразии берегов почти не зависят от
повышения уровня с обнаруженными скоростями, а зависят от
колебания волновой энергии, физико-механических свойств пород,
запаса наносов, энергетического потенциала береговой зоны [91?93].
8) Цунами - результат воздействия тектонических и сейсмических
процессов; действует очень кратковременно и эпизодически, только
после сильных толчков; для нашего района его последствия в
разрушении берегов и в образовании взвеси несоизмеримо (на несколько
порядков) меньше, чем от ветрового волнения.
9) Постоянные океанические течения рассеивают на мелководьях
около 3% общей (и ?6% волновой) мощности потока энергии к берегам
Мирового океана. Рассеивание энергии постоянных течений (ОЧТ и его
вихрей) на мелководьях исчезающе малы, поэтому, его воздействие в
виде абразионного разрушения берегов незаметны на фоне более
энергичных воздействий других факторов.
10) Прибойный поток (накат), сменяющий его обратный отток (откат)
и волновые течения, помимо прибойного абразионного разрушения
берегов и истирания пляжевого материала, обусловливают образование
в береговой зоне различных течений, определяющих литодинамические
процессы измельчения и перемещения осадочного материала
(энергетические, вдольбереговые, градиентные, разрывные течения и
компенсационные противотечения). Примерно 0,15 общей энергии волн
переходит в волновое энергетическое течение [85]. Если в такой же доле
проявляется и его берегоразрушающее воздействие, то его вклад
составит около 10?12% абразионного разрушения берегов, а оно само
является вторым (после ветрового волнения) по важности активным,
довольно часто (во время вдольбереговых волнений) действующим
фактором, определяющим взаимодействие волн и берега.
11) Ветровые течения уступают волновым в 3?5 раз, их энергия идет в
основном на подъем уровня - ветрового нагона (до ?0,3?0,7м и выше при
штормах); они оказывают мало заметные косвенные воздействия через
изменения уровня воды и расширение зоны волнового воздействия на
коренные породы и пляжевый материал.
12) Стоковые течения рек мало влияют на абразию берегов, но у
отдельных рек сваливают свои наносы на глубину моря, чем косвенно
вызывают дефицит наносов и вызванный этим размыв берегов.
13) В регионе нет единого вдольберегового потока наносов, поэтому
прибрежные течения оказывают второстепенное влияние на абразию, на
образование взвеси, на формирование береговой линии и профиля
берега.
14) Ветровые волны высотой до 0,5м, имея обеспеченность ?60%,
дают лишь ?1% вклада в истирание валунов и гальки; волны высотой
до 1м, имея обеспеченность ?85%, дают около 11% вклада в истирание
гальки. Волны высотой от 1 до 3 м, имея обеспеченность менее 15%,
дают ?84% вклада в истирание пляжевого материала. Волны высотой
более 3м, имея обеспеченность ?0,1%, дают около 5% вклада в истирание
гальки, зато именно они вызывают наибольшие разрушения берегов и
объектов на них, а также перемещение материала на пляже. В итоге, при
ливнях и паводках с суши в море смывается всякий мусор и муть, а с
моря на пляжи уже при умеренном волнении (и тем более - при шторме)
идут мутные валы.
4. Мощность потока мутьевых (взвешенных) наносов у берегов моря
изменяется в связи с локальным поступлением материала в результате
абразии и эрозии берегов и выноса наносов рек и временных водотоков.
Источниками терригенной взвеси в С-В секторе Черного моря являются
твердый сток рек, абразия, эоловые выносы и донные осадки шельфа.
Речной сток взвешенных наносов на участке между Анапой и Сочи
составляет около 2,2 млн. т/год. Некоторую долю в формирование взвеси
в регионе вносят потоки твердого вещества, идущие со смежных
участков шельфа Черного моря (с юго-востока). Существенна роль
взвеси, поступающей из Азовского моря через Керченский пролив.
Наиболее благоприятные зоны для образования взвесей на шельфе -
верхняя и нижняя части. Влияние реки Шахе (сток взвешенных наносов
324 тыс. т/год), распространяется летом на 5?6 км от берега до глубин
50?60м; в паводок ее влияние расширяется и может выходить за пределы
шельфа. Общая тенденция в распределении взвесей в поверхностном
слое вдоль изобат состоит в возрастании их количества в направлении
увеличения твердого речного стока, т.е. на юго-восток. Таким образом,
для продольных потоков на шельфе характерны: а) протяженность
потоков вдоль изобат, контролируемая сложностью контура береговой ли-
нии и бровки шельфа; б) часто встречающаяся разнонаправленность
потоков взвеси в разных частях шельфа; в) связь протяженности потока
взвеси с твердым стоком рек; г) осложнение рисунка вдольшельфовых
потоков наличием каньонов и циркуляционных вихрей. Во время
волнений распределение взвесей вдоль шельфа и трасс их переноса
гораздо сложнее.
5. В образовании аквагенных взвешенных веществ ведущим
процессом-исполнителем (или реализатором) можно считать абразию.
Она протекает очень неравномерно и зависит от конкретных условий: от
высоты, рельефа и ориентации берегов, характера залегания пластов,
прочности пород, от степени трещиноватости и от относительной
площади слагающих берег мягких и твердых пород. Очень высока
скорость абразии в бухтах, где к урезу подходят глинистые или
суглинистые обрывы.
Следствием абразии являются разнообразные денудационные и
гравитационные геодинамические процессы и явления, приводящие к
загрязнению прибрежной акватории моря: эрозия, подмыв, подкоп,
оседание и оползание берегов и их оснований, подводные оползни и др.
явления. Абразия создает условия для развития оползней и интен-
сифицирует денудацию (поскольку скорость отступания склона в
результате денудации пропорциональна его уклону) и быстро
протекающие эпизодические события (обычно при сильных штормах) -
обваливание и осыпание крутых берегов и утесов, сход оползней,
размывы берегов и сооружений, чему способствует перемещение горных
пород, индуцированное и стимулированное тектоническими
движениями. В результате дробления горных пород в прибое получаются
сравнительно мелкие обломки, соответствующие по размерам гальке и
гравию (10?1 см и 10?1 мм), а при окатывании и истирании обломков и
при истирании породы в ее коренном залегании на бенче, образуются
тонкие алевритовые (0,1?0,01 мм) и пелитовые (мельче 0,01 мм)
частицы. Волны и прибойный поток, разрушая клиф, вымывают из этих
пород мелкие фракции - песок, алеврит, пелит, а валунно-глыбовый
материал остается на месте или испытывает лишь очень ограниченные
перемещения.
6. В целом для Черного моря характерно преимущественное развитие
абразионных берегов, при этом в восточной и южной частях моря, где
расположены молодые горные сооружения альпийской складчатости,
преобладают высокие гористые абразионные берега, а в западной части -
выровненные аккумулятивные и абразионно-аккумулятивные берега. В
связи со специфическим комплексом условий (тектонических,
геологических, геоморфоло-гических, климатических, гидрометеоро-
логических, оро-гидрографических, направления и интенсивности волн,
режима уровня моря, поступления наносов с суши, антропогенных
воздействий и др.), в настоящее время свыше 80% береговой линии
черноморского побережья Кавказа подвержено абразии и испытывает
размыв; процессы аккумуляции носят подчиненный характер и за
последнее столетие аккумуляция наносов была приурочена лишь к
локальным участкам, связанным с устьями рек, разгрузкой
вдольбереговых потоков наносов у аккумулятивных выступов, с
задержкой наносов в вогнутостях берега по соседству с размываемыми
клифами или с наветренной стороны гидротехнических сооружений, при
одновременном усилении низового размыва. Развитию процессов
абразии на востоке моря способствует также малая ширина шельфа (у
Кавказского побережья край шельфа нередко подходит непосредственно
к береговой зоне), что обусловило крутизну уклонов подводного склона,
что облегчает подход к берегу мощных штормовых волн и способствует
абразии. Ход процессов разрушения берегов носит импульсный характер
и обусловлен главным образом гидродинамическими факторами;
ведущим активным процессом-реализатором в создании облика берегов
можно считать абразию, причем образование того или иного типа берега
определяется конкретными условиями: высотой клифа, прочностью
пород, ориентацией береговой линии. Разрушение берегов протекает
очень неравномерно и зависит от характера залегания пластов, от
степени трещиноватости и от относительной площади слагающих берег
мягких и твердых пород. Очень высока скорость абразии в бухтах, где к
урезу подходят глинистые или суглинистые обрывы.
7. Частицы, попавшие в воду водоема, отлагаются в открытых частях
водоема, а также в мелководных, защищенных от ветра участках (где в
их составе преобладает грубый детрит - остатки макрофитов), где
подвергаются сложному совокупному воздействию физических,
химических и биологических процессов, действие которых продолжается
и после осаждения наносов на дно. Поэтому состав и свойства донных
отложений существенно отличаются от первоначальных свойств частиц;
это различие тем больше, чем крупнее водоем или его обособленный
участок. Большое количество материала с абразионного берега попадает
в бухты, в которых галька окатывается и уменьшается в своих размерах,
но обратно на абразионный берег она не возвращается. Бухты являются
своеобразными <мельницами>, где происходит истирание галечного
материала. Заполнение бухт происходит очень медленно. Реки приносят
малоподвижные и не очень обильные наносы, а галька, состоящая из
легко разрушаемых пород, быстро истирается и продукты ее разрушения
уносятся из береговой зоны на шельф. Истирание гальки составляет
здесь около 10?12% или до 20% в расчете на активную (т.е. находящуюся
под непрерывным воздействием волн) толщу пляжа. Это приводит к
постепенному оскудению пляжа, если новых поступлений материала на
данный участок берега недостаточно.
8. Если природными процессами обусловлено в основном только
помутнение воды, то антропогенные процессы создают необъятный
<букет> из десятков тысяч загрязняющих веществ, многих из которых
ранее не было в природе. Значительными <аквагенными> источниками
и причинами непосредственных загрязнений моря стали судоходство:
сброс с судов (во время рейсов, стоянок, аварий, ремонтов) и захоронение
в море жидких и твердых отходов, мусора и многих других веществ (в
том числе высокотоксичных, заразных, радиоактивных). Развитие
судоходства требует создания и реконструкции портов. Патогенные
компоненты материалов, используемых для покраски и ремонта судов,
поступают в море и аккумулируются в различных частях его экосистем.
Источниками сверхопасных диоксинов стали сбросы продуктов
деятельности портов и транспорта, работающего на бензине и дизельном
топливе. Комплексы перевалки нефти, химикатов и др. грузов, их
причальные сооружения, эстакады, склады, резервуары, станция налива
нефтепродуктов в автоцистерны, насосные, мастерские, транспорт
являются источниками загрязнения.
9. В ХХ веке резко возросли масштабы использования шельфовой и
береговой зон моря для геологоразведки и добычи в море полезных
ископаемых. Морская добыча нефти и газа, выбросы в море
углеводородов с промыслов и судов представляют собой очень опасный
источник загрязнения морской среды. Добыча полезных ископаемых на
шельфе и берегах морей связана с перемещениями больших масс рыхлой
породы, что не только полностью нарушает сложившийся природный
материальный баланс, но и создает высокий уровень загрязнения
прибрежных вод взвешенными веществами (особенно при
гидромониторных способах). При добыче стройматериалов на подводном
береговом склоне степень загрязняющего воздействия на прибрежную
акваторию моря значительно меньше, чем при добыче у берега.
10. Дампинг грунта, дноуглубительные, строительные, буровые и им
подобные работы, как правило, являются одними из наиболее острых
видов вмешательства в естественные процессы и связаны со
значительным загрязнением окружающей среды. Сооружение и
эксплуатация портов, молов, волноломов практически всегда оказывают
то или иное (чаще - отрицательное) воздействие на режим береговой
зоны, вызывая загрязнение акватории порта, прилегающих к нему
участков дна и береговой зоны разнообразным строительным и бытовым
мусором, отходами, взмучиванием донного илового материала и т.д.
11. Производство работ по защите берегов и созданию защищенных от
волнения акваторий способами искусственного (путем галечно-
гравийной отсыпки в прибойной зоне) отсыпки пляжей (которые сами
же, по мере своего формирования, становятся средством защиты берега
от размыва), искусственного расчленения контуров берегов, создания
кос и перейм и т.п. Это связано с привносом в прибойную зону зна-
чительных количеств сыпучих материалов с большим содержанием
мелких фракций, которые затем в течение длительного времени
вымываются волнами и, помимо обычного волноприбойного истирания
пляжеобразующих материалов, из всех материалов, используемых для
подпитки пляжей, волноприбойные процессы вымывают мелкие
фракции, вызывая высокий уровень мутности морской воды в зоне
отсыпок и далее по ходу течений.
Искусственные бухты (как один из вариантов повышения социальной
ценности побережья), ограниченные двумя соседними переймами,
находящиеся под защитой молов, обладая всеми положительными
качествами аналогичных природных форм берега: резко сокращают
вдольбереговой угон пляжеобразующих наносов, размыв береговых
уступов, повышают устойчивость подводного склона, что создает благо-
приятные условия для возобновления подводной флоры и фауны и, как
правило, благодаря уменьшению размыва берегов, несколько
уменьшают загрязнение прибрежной акватории моря взвешенными
веществами. В то же время, вследствие увеличения объема пляжевых
материалов (валунов, гальки, гравия, песка), возрастает их волнопри-
бойное истирание и образование взвешенных веществ. Поэтому создание
свободных полнопрофильных пляжей бывает иногда нецелесообразным
и тогда применяют ряд мер: пляжи укороченного профиля,
прислоненные к продольным берегозащитным сооружениям;
пляжеудерживающие сооружения (буны, сквозные стены, искусственные
рифы, подводные траншеи, острова). Интенсивность размыва пляжа при
образовании искусственных кос и удлиненных акваторий замедляется в
2?2,5 раза.
Берега, сложенные легко разрушаемыми материалами (глина,
суглинок и т.п.), целесообразно укреплять не вертикальной, а
слабонаклоненной стенкой, прикрывающей часть бенча и надводного
склона, что будет способствовать развитию аккумулятивных процессов.
Изъятие из береговой зоны ранее накопленного обломочного материала
выключает основной механизм абразии и образования взвеси - удары и
истирание берегового склона галечным материалом.
12. К началу третьего тысячелетия нарушено устойчивое состояние
экосистем континентального шельфа Крыма и Кавказа. Связанное с
этим обострение ситуации в районе черноморских курортов, вызвано
прежде всего локальными выпусками бытовых неочищенных или слабо
очищенных сточных вод, поставляющих в прибрежную зону моря
различные органические вещества (белки, жиры, углеводы),
минеральные и органические соединения биогенных элементов.
Наиболее сильно загрязнены заливы, бухты и акватории больших
городов. Гидробиохимические факторы могут оказывать влияние на
масштабы и интенсивность загрязнения моря, при этом они сами в
некоторой степени зависят от этих процессов. Воздействие локальных
береговых загрязнений с ливневыми, промышленными и бытовыми
стоками населенных пунктов и рекреационных комплексов вызывает
иногда глубокие нарушения прибрежных сообществ и экосистемы
континентального шельфа Крыма и Кавказа. Обострение ситуации в
районе черноморских курортов, вызвано, прежде всего, локальными
выпусками неочищенных или слабо очищенных хозяйственно-бытовых
сточных вод (ХБСВ), поставляющих в прибрежную зону моря различные
органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные и
органические соединения биогенных элементов. Разрушение берегов
вызывает значительое загрязнение прибрежных вод взвешенными
веществами [94], а создание дамб, берегозащитных стенок, бун,
искусственных насыпных пляжей нарушает естественную циркуляцию и
перемешивание прибрежных вод, что ухудшает условия рассеивания
загрязненяющих веществ и самоочищения вод прибрежной акватории мо-
ря. В зонах мелководных выпусков отмечено "цветение" воды,
вызванное массовым развитием отдельных видов фитопланктона. В
зонах локальных выпусков особенно резко увеличивается концентрация
гетеротрофной, сапрофитовой микрофлоры (которая на порядок и более
выше, чем в фоновой, условно чистой воде) и прослеживается на 0,5?1
км от места выпуска
13. Процессы турбулентного обмена, диффузии, разбавления,
рассеивания, осаждения загрязняющих веществ вносят весомый вклад в
оздоровление прибрежной акватории моря и в перенос загрязняющих
веществ в другие места. Значительная часть загрязнителей поступает из
других районов моря - возможны и отдаленные источники (отстоящие на
сотни и тысячи км), а отложение мусора на пляжах определяется
сложной структурой течений и ветров. Из Азовского моря в Черное
поступает множествоо загрязняющих веществ из РФ и Украины, а воды
Эгейского моря несут в него стоки Западной Турции, Греции,
многочисленных островов.
14. Механизм взмучивания и перераспределения осадков в пляжевой
зоне включает несколько сложных процессов, таких как взвешивание
частиц и осаждение их на дно, вертикальный перенос взвешенных
частиц придонной турбулентностью и перенос взвеси горизонтальными
потоками. В реках, эстуариях и береговой зоне моря транспорт наносов
осуществляется в основном сильными течениями и ветровыми волнами.
На среднем и внешнем шельфе течения существенно слабее, а
воздействие волн значительно ослабевает при глубинах, превышающих
20м. Тем не менее, поперечный перенос осадков на шельфе оказывает
влияние на многие важные биогеохимические процессы
континентальных окраин. В настоящее время хозяйственная
деятельность человека распространяется на шельфе до глубины многих
десятков метров и влияет на параметры донных осадков на шельфе и
континентальном склоне, а также вносит вклад в загрязнение осадков и
оказывает негативное воздействие на качество воды и
функционирование локальных экосистем.
Расход (мощность) продольных потоков взвешенного осадочного
материала (определяемый шириной шельфа, глубиной на его бровке,
средними скоростями течений, содержанием взвеси) резко различен при
штилевых и штормовых условиях. Суммарный расход продольного
потока взвеси на С-В шельфе Черного моря шириной в 40 км летом
может достигать 17?18 тыс. т/сутки. Максимальный расход вещества в
этом потоке приурочен к нижней части шельфа, минимальный - к
верхней. Соотношение расходов продольных потоков взвеси в штилевой
период в верхней, средней и нижней частях узкого (8 км) приглубого
шельфа составляет 1:1,7:2,3, а на отмелом, широком (40 км) - 1:3,5:6,
соответственно. Между интенсивностью продольного переноса
осадочного материала и скоростью осадкообразования на шельфе
отмечена обратная связь. Расход поперечных потоков взвеси, вызванных
действием циркуляционных вихрей (с вертикальной осью со средней
продолжительностью жизни около 60ч), в условиях шельфа С-В Черного
моря может достигать 15?20 тыс. т (около 8 тыс. т/сутки), а на
болгарском шельфе - 65 тыс. т (около 25 тыс. т/сутки). Однако этот
материал лишь частично уходит из зоны шельфа, часть его снова тем же
вихрем возвращается на шельф. Таким образом, измельченный и
безвозвратно утерянный для пляжей материал принимает участие лишь
в донном осадкообразовании, хотя он влияет на мутность воды и
косвенно (через изменение уклонов дна и хода деформации волн) влияет
на динамическое состояние береговой зоны в целом.
15. В бухтах песчано-илистый материал испытывает в основном
поперечное перемещение и, как правило, в сторону моря. На глубине 10м
происходят знакопеременные морфодинамические процессы; в
зависимости от повторяемости штормовых волнений, идет намыв или
размыв дна. При большей повторяемости волнений штормовой силы на
этой глубине происходит размыв, при меньшей - намыв. Подводный
склон глубже 10м в течение всего срока наблюдений характеризовался
стабильным процессом аккумуляции, причем ее величина уменьшается
в сторону моря. Неравномерность аккумуляции песчаного материала
объяснима различной гидродинамической активностью придонного
слоя. Во время волнений, направленных по оси бухты, возникает
компенсационный отток в виде разрывных течений, достигающих
значительных скоростей (до 1,5м/с). Скорости разрывных течений
уменьшаются в сторону моря. В зоне затухания этих течений (на глубине
>15м) происходит отложение материала. Глубины 10?12м, в зависимости
от волнений, могут находиться в районе размыва и намыва материала на
склоне. В периоды значительной гидродинамической активности для
этой зоны характерен отрицательный баланс материала, т.е. она служит
не только транзитной зоной для наносов, идущих от берега в море, но и в
определенной степени самим источником. Полоса дна с глубинами
15?30м - зона, где происходит устойчивая аккумуляция песчаного
материала, причем с возрастанием глубины ее величина уменьшается.
Данные по морфодинамике и произведенные на их основании подсчеты
аккумуляции (размыва) обломочного материала свидетельствуют, что в
бухтах, хорошо открытых волнам почти всех морских румбов и с
наличием маловодной реки, происходит однонаправленный перенос
песчаных и илистых наносов в море с последующей их аккумуляцией в
зоне глубин 15?20м. Этот процесс наблюдается и далее в море, но в
несколько раз слабее. Максимум аккумуляции осадков мигрирует в зоне
15?20-метровой глубины, в зависимости от режима.
16. Влияние динамики морских вод и плотностной стратификации в
шельфовой зоне, физико-океанологических факторов и, прежде всего -
циркуляция вод как фактор переноса загрязняющих примесей играют
решающую роль в переносе и распределении полей сточных вод и
определяют интенсивность перемешивания; в некоторых условиях могут
устранить загрязнение прибрежной зоны или наоборот - значительно
усилить его. оказывая существенное влияние на поведение полей
концентрации загрязняющих веществ, создавая условия, от которых
зависит интенсивность самоочищения моря. У открытого кавказского
побережья (для которого характерен узкий шельф и крутые береговые
склоны) антропогенное влияние сказывается в наименьшей степени, т.к.
вдольбереговое течение обеспечивает хорошие условия для переноса и
рассеивания загрязняющих веществ, в том числе и природного
происхождения.
17. Влияние динамики морских вод и плотностной стратификации в
шельфовой зоне, физико-океанологических факторов и, прежде всего -
циркуляция вод как фактор переноса загрязняющих примесей играют
решающую роль в переносе и распределении полей сточных вод и
определяют интенсивность перемешивания; в некоторых условиях могут
устранить загрязнение прибрежной зоны или, наоборот - значительно
усилить его. оказывая существенное влияние на поведение полей
концентрации загрязняющих веществ, создавая условия, от которых
зависит интенсивность самоочищения моря.
Прибрежной циркуляции морских вод (и накоплению в них
загрязнителей) благоприятствуют: слабая устойчивость прибрежных
течений; формирование вихрей и противотечений как у прямолинейных,
так и у изрезанных берегов; высокая повторяемость течений,
направленных к берегу (под прямым или острым углом); эффект
<прилипания> потока к берегу, который проявляется в прибрежной зоне;
преобладание в шельфовой зоне нагонного эффекта (за счет
господствующей циклонической системы вращения основного
черноморского течения (в узкой прибрежной зоне преоблалающие
течения совпадают с направлением береговой черты, причем повторяе-
мость вдольбереговых течений в разные стороны примерно
равнозначна; повторяемость течений, направленных к берегу, достигает
в поверхностном слое 24%. В узкой прибрежной зоне (шириной 0,5?2км
от берега) проявляется ряд этих негативных факторов, способствующих
загрязнению этой зоны; многие старые выпуски сточных вод (на
расстоянии 500?1500м от берега) сильно загрязняют прибрежную зону
активного водопользования для нужд рекреации, развития марикультур
и др. Наиболее сильно загрязнены заливы и бухты больших городов.
Эксплуатация глубоководного выпуска вблизи Ялты свидетельствует,
что перенос сточных вод происходит в зоне, непосредственно
примыкающей к ОЧТ, процессы перемешивания и трансформации
загрязненных вод протекают мористее зоны водопользования и
значительно интенсивнее, чем в узкой прибрежной зоне.
18. На перенос и трансформацию загрязняющих веществ и
самоочищение прибрежной акватории моря существенно влияет
расположение и режим работы устройств сброса сточных вод в море.
Начальное разбавление сточных вод при их сбросе в море (Nнач)
обусловлено в основном действием инерционных сил выброса; сущест-
венно влияют течения. На процессы начального разбавления
сброшенных сточных вод влияет ряд факторов: тип выпуска (точечный,
линейный или др.), расход сточных вод, динамические условия приемной
среды, разность плотностей морских и сточных вод, инерционные силы
выброса стоков, турбулентная диффузия и др. Если плотность
окружающих морских вод больше, чем сточных вод, то сточные воды вы-
ходят на поверхность. Интенсивность начального разбавления (Nнач)
существенно зависит от этих факторов, она определяет требуемую
глубину затопления поля сточных вод, степень их суммарного
перемешивания, интенсивность процессов самоочищения.
Горизонтальное разбавление (Nгор) обусловлено в основном действием
турбулентной диффузии; его интенсивность (при соизмеримых длинах
пути смешения) значительно меньше Nнач.
19. На перенос и рассеивание загрязняющих веществ существенно
влияет соблюдение условия затопляемости поля сточных вод. Критерием
оценки затопляемости поля сточных вод служит высота подъема
всплывающего факела сточных вод в стратифицированном море. При
выпуске сточных вод на глубине >=80?100м в таком резко
стратифицированном море, как Черное, их перенос и распространение бу-
дут происходить в основном в промежуточных слоях (под термоклином
или в слое термоклина).
На изменение гидрохимических показателей у выпусков ХБСВ влияют
условия работы выпуска, его параметры (глубины сброса и удаленность
от берега), расход сточных вод, способы и качество их очистки, время
суток и сезон года (последние влияют на неравномерность сброса
сточных вод: минимальные значения обьема сбросов - ночью (2?4ч) и в
январе); они во многом влияют на степень загрязнения морской
акватории в зоне выпуска сточных вод. Максимальные концентрации
органических и минеральных азота, углерода и фосфора отмечены в мае
и августе и на выпусках в зонах малых глубин (0?3м) и вблизи от берега.
20. При разбавлении сточных вод возникают лучшие условия для
более полного использования содержащихся в них органических
веществ. Уже определены оптимальные условия интенсивной
деструкции нестойкого органического вещества сточных вод. В 50м от
выпуска интенсивное перемешивание и разбавление чистыми морскими
водами уменьшает концентрацию органического вещества. В 40м от
источника загрязнения содержание неорганических азота и фосфора
уменьшается в ?10 раз. Менее интенсивную убыль органического
вещества можно объяснить образованием органического вещества за
счет выделений организмов и детрита при утилизации биогенных
элементов фито- и бактериопланктоном. Самоочищение моря от подобно-
го органического загрязнения растянуто во времени и в нем преобладает
анаэробный тип организмов. Ведущая роль в химическом окислении
загрязняющих примесей принадлежит гетеротрофным бактериям.
Окисление минеральных соединений (аммонийного азота в нитриты и
нитраты) производят нитрофицирующие бактерии, являющиеся
хемоавтотрофом и использующие СО2 в качестве единственного источни-
ка углерода. Значительная роль в интенсификации процесса разложения
органического вещества может принадлежать простейшим организмам,
которые утилизируют бактерии и являются фактором поддержания
бактерий в состоянии непрерывного размножения ("физиологической
молодости").
21. Под действием потока загрязненных вод в центральных частях
струй возникают зоны интенсификации потребления органического
вещества (ЗИП), формируется (в течение до полутора суток) зона с
повышенным значением биомассы бактериопланктона (ЗПБ). Обычно
ЗПБ располагаются вне ЗИП (вследствие адвективного переноса
биомассы бактериопланктона), на значительном удалении от источника
загрязнений и простираются до границы акватории. Увеличение
коэффициента диффузии КД на порядок уменьшает масштабы ЗПБ на
4?8 км, а рост обьема стоков Q на порядок приводит к росту масштабов
ЗПБ на 10?15 км.
Для масштабов до LЯв=10 км процесс механического переноса
загрязнений во внешнюю область превалирует над процессом
биохимического окисления [27]. Масса органики, подвергшейся
биохимическому окислению, составляет от 1% до нескольких % от
массы, вынесенной за пределы бассейна. Для участка акватории с
масштабами LЯв?50 км при расходах, характерных для современных
выпусков, участок шельфовой зоны М=50 км является зоной
самоочищения. Но если Q увеличить на порядок, то даже район М=50 км
не сможет быть зоной самоочищения. С ростом КД эффективность
самоочищения падает, но незначительно и не меняет общей положи-
тельной оценки последствий размещения выпусков в зоне с повышенной
турбулентной активностью.
Процесс формирования поля примеси подчиняется чисто
диффузионым закономерностям, то есть биологические процессы
практически не оказывают влияния на распределение концентраций
загрязняющих веществ. Поэтому, по распределению концентраций
примеси в струях нельзя судить о ходе и интенсивности самоочищения
[27].
22. Выполненные нами расчеты показали, что абразия коренных пород
и истирание галечного материала в прибойной зоне моря создают около
9% общего поступления взвешенных веществ в море или около 6,3% от
общей приведенной массы всех загрязнителей, поступающих в море.
Аквагенные источники дают заметные поступления нефтепродуктов,
бенз/а/пирена (с выхлопными газами судовых двигателей и дизель-
генераторов), азота и органических веществ (с хоз-бытовыми стоками
судов).
Прочие гидродинамические и гидробиохимические процессы и
явления обуславливают седиментацию, взмучивание, перенос,
утилизацию взвеси, но не создают новых ее количеств и, поэтому, их
можно не считать источниками поступления загрязняющих веществ в
прибрежную акваторию моря.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аннан Кофи А. Послание Генерального секретаря ООН по случаю
Всемирного дня окружающей среды //Наша планета. -1998. -9. -№5. -
с.16.
2. Экономическая география Мирового океана. -Л.: Гидрометеоиздат,
1979. -576с.
3. Каплин П.А., Леонтьев О.К., Лукьянова С.А., Никифоров Л.Г.
Берега. -М.: Мысль, 1991. -480с.
4. Измайлов В.В. Трансформация нефтяных пленок в системе: океан-
лед-атмосфера //Пробл. хим. загр. вод Мир. океана. Том 9. -Л.:
Гидрометеоиздат, 1988. -145с.
5. Mandravel Jana The Black Sea threatened by nature and civilization
//An. Univ. Bucuresti Chim. -1996. -5. -с.93-107.
6. Сапожников В.И. и др. Охрана морской среды (правовые и
экономические аспекты). -Киев: Наукова думка, 1984. -179с.
7. Крыленко В.В., Дзагания Е.В. Анализ терригенных источников
загрязнения прибрежной акватории моря / Деп. рук.. -Донецк: ООО
<Экотехнология>, 2006. -137с.: -Деп. в ГНТБ Украины.
8. Макаров Э.В. и др. Загрязнение прибрежных акваторий северо-
восточной части Черного моря//Тез. докл. Междунар. симпоз. по
марикультуре. -Краснодар-Небут. 24-27 сент. 1995. -М., 1995. -с. 34-35.
9. Лапшин О.М., Жмур Н.С. Смягчение антропогенной нагрузки в
прибрежных районах северо-восточной части Черного моря //Тез. докл.
Междунар. симп. по марикультуре. -КраснодарНебут. 24-27 сент. 1995. -
М., 1995. -с. 30-33.
10. Шапоренко С.И. Загрязнение прибрежных морских вод России
//Вод. ресурсы. -1997. -24, №3. -с.320-327.
11. Кривошея В.Г., Прокопов О.И. Исследование северо-восточной
части Черного моря по международным проектам //Океанология. -1997.
-37, №2. -с. 315-316.
12. Александрова З.В., Ромова М.Г. Качественные показатели
органического веществаводы и донных отложений Азовского моря //В сб.
"Рац. использ. и охр. природ. ресурсов бас-в Чер. и Азов. морей". -
Ростов: РостГУ, 1988. -с.29-33.
13. Осокина Н.П. Оценка влияния пестицидов на экологическое
состояние Азово-Черноморского бассейна (на примере северо-западного
шельфа Черного моря). -Киев: Знание, 1997. -57с.
14. Ежегодник качества поверхностных вод Российской Федерации в
1995г. -Обнинск: Федер. служба РФ по гидрометеорол. и мониторингу
окр. ср. Гидрохим. ин-т. -1996. -661с.
15. Симов В.Г., Клименко Н.П. Пестициды в устьях рек Днепра и
Южного Буга //Деп. рук. в ГНТБ Украины. -№244-Ук97, 1997. -14с.
16. Чаленко Л.А., Прокопцева Л.В., Шевцова Н.Т. Хлор- и
фосфорорганические пестициды в донных отложениях прибрежной зоны
Черного моря //Геол.-экол. исслед. и охр. недр. -1997, №4. с.20-25.
17. Андреев О.А. и др. Опыт использования математических моделей
для оценки состояния и возможных изменений экологических условий
Финского залива Гидрометеорол.: наука и практ. Тез. докл. Междунар.
симпоз.. -С-Пб., 1997. -с.73-75.
18. Mashera K. и др. Определение пентахлорфенола в донных
отложениях пролива Юж. Эвбоик - Греция // Рос. реф. журн. Сер.72. -
1997, №8. -Реф. 8.72.252. -с.34.
19. Fattore Elena и др. Patterns and Sоurces of polichlorinated dibenzo-p-
dioxins and dibenzofurans in sediments from the Venice Lagoon, Italy
//Environ Sci. and Technol. 1997. -31,№6. -с.1777-1784.
20. Klaschka Ursula Оценка экологической опасности токсичных
веществ в морской среде - чему учит опыт пресных вод? -Мат. конф. в
Гамбурге 27-28 мая 1997г.// Deutsch hydrogr. Z. -1997, №7. -с.63-70.
21. Yilmaz К. и др. Polynuclean aromatic hidrocarbons (PAH) in the
lastern mediterranean Sea //Mar. Pollut. Bull.-1998. -36. №11. -с.922-925.
22. Белых Л.И. и др. Бенз/а/пирен в воде и донных отложениях Ангары,
Байкала и их притоков //Вод. ресурсы. -1997. -24, №6. -с.734-739.
23. Bigford G.P. //Mar. Pollut. Bull.-1996. -33, №7-12. -с.168-181.
24. Cui Xian-Zhon, Cui Hang Determination of trace benzene hidrocarbons
in Jiaorhold Bay by chromatography capillary column gas enrichment and
Limnol //Zhongguo haivang huzhao xuebao = Chin. J. Оceanol. and Limnol. -
1996. -14, №2. -с.148-153.
25. FerreiraV. и др. Akkumulation of nutriens and heavy metals in Surface
sediments hear Macao // Mar. Pollut. Bull. -1996, 32, №5. -с.420-425.
26. Al-Аbdula Abu Abdulrahman Содержание нитратов в источниках
питьевого водоснабжения г.Эр-Рияд //Рос. реф. журн. Сер.72. -1998, №4. -
Реф. 4.72.238. -с.28.
27. В.И.Зац, Г.А.Гольдберг, Ж.М.Ациховская и др. Опыт
теоретических и экспериментальных исследований глубоководного
сброса сточных вод на примере района Ялты. -Киев: Наукова думка,
1991. -274с.
28. Hamilton Eric J. Marine environmental radioaktivity - the missing
scince? //Mar. Pollut. Bull. -1998, 36, №1. -с.8-18.
29. Chandramonli S. Radioactivity in the off shore marine evironment
Tarapur //BARC (Rept.). -1994.№001. -с.1-2.
30. Scwarzec Bogdan Polonium, uranium and plutonium in southern Baltic
Sea //AMBIO. -1997. -26, №2. -с.113-117.
31. Swarzenski P. W., McKee Brent A. Sea zonal uranium distributions in
the coastal waters off the Amazon and Mississippi rivers //Estuaries. -1998. -
21, №3. -с. 379-390.
32. De Groote J., Dumon G. Environmental monitoring of dredging
operations in the Belgian nearshore zone //Terra et aqwa. -1998. №70. -с.21-
25.
33. Рубцова С.И. К методике экспериментальной оценки скорости
осаждения иловых частиц морских донных осадков //Экология моря: Сб.
науч. тр. -Севастополь, 2000. -Вып. 50. -с.109-110.
34. Baker Elaine K. и др. Phisical properties of sewage partiles in seawater
// Mar. Pollut. Bull. -1995, 30, №4. -с.247-252.
35. Кукурудза С._., К_птач Ф.Я. До методики оц_нювання екоситуац_ї в
ландшафтних системах за зм_стом важких метал_в //Укр. геогр. ж. -2000,
№4. -с.35-39.
36. Перельман А.И. Геохимия природных вод. -М.: Наука, 1989.
37. Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Охрана почв. -М.: МГУ, 1985. -
224с.
38. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах:
контроль и ограничение влияния. -М.: Мир, 1987. -288с.
39. Leermacers М. и др. Determinantion of atmospheric mercury during
the North Sea experiment //Water, A[r and Soil Pollut. -1997. -97, №3. -с.257-
263.
40. Amyot Marc Образование и улетучивание растворенной
газообразной ртути в прибрежных морских водах //Рос. реф. журн.
Сер.72. -1998, №8. -Реф. 8.72.260. -с.33.
41. Santosa Sri Juari и др. Поведение мышьяка и германия в морской
воде //Рос. реф. журн. Сер.72. -1997, №8. -Реф. 8.72.250. -с.33.
42. Harino Hiroya и др. Degradation of the tributiltin compounds by the
microorganisms in water and desimentcollec //Environt. Pollut. -1997. -98,
№2. -с.163-167.
43. Юровский Ю.Г., Байсарович _.М. Принципи _ критер_ї оц_нки
еколог_чного стану геолог_чного середовища прибережної зони моря
//Геол. журн. 2000, №2. -с.75-78.
44. Gran Leigh A. Metal contamenation of sediments associated with
deepwater ocean sewage outfalls, Sydney, Australia //Mar. Pollut. Bull. -1996.
-33, №7-12. -с.182-189.
45. Хрущов Д.П. та _нш_ В_дновлення тер_тор_й в_йськових об"єкт_в
//Геолог. журн. 2000. -№2. -с.43-49.
46. Щипцов А.А. и др. Риск-анализ техногенных катастроф в Азово-
Черноморском бассейне: общий подход, оптимальное управление,
приложение к нефтяным загрязнениям //Допов_д_ НАН України. -1999. -
№1. -с.203-209.
47. Kyozuka Y., Yokoyama K. Изменение морской среды в результате
размещения прибрежного аэропорта в районе залива Ариана (Япония)
//Рос. реф. журн. Сер.72. -19948, №4. -Реф. 4.72.246. -с.29.
48. Kornilios S., Drakopoulos P.G., Dounas C. Pelagictar dessolved
(dispersed) petroleum hydrocarbons and plastic distribution in the Cretan Sea
//Mar. Pollut. Bull. -1998, 36, №12. -с.989-993.
49. Орадовский С.А. и др. Оценка тенденций изменений уровня
химической загрязненности российских акваторий Каспийского,
Черного и Азовского морей за период 1980-1995гг. //Океанология. -1997.
-37, №6. -с.862-867.
50. Круглякова Р.П., Прокопцева Л.В., Прокопцев Г.Н. Оценка
техногенного загрязнения нефтепродуктами прибрежной зоны
российского сектора Черного моря //Геохим. иссл. и охр. недр. 1997, №4. -
с.12-19; 47.
51. Сripps G.C., Chears S.J. The fate in the marine environmentof a minor
diesel fuelom an Ataretic research station //Environ Monit. and Assess. -1997.
-46, №3. -с.221-232.
52. Al-Lihaibi Sultan, Al-Omran Laiba Petroleum hidrocarbons in offshore
sediments from the Gulf // Mar. Pollut. Bull. -1996, 32, №1. -с.65-69.
53. Massoud M.S., Al-Abdali F., Al-Ghadban A.N. The status of oil
pollution in the Arabian Gulf //Environ. Int. -1998. -24, №1-2. -с.11-22.
54. Взаимодействие океана с окружающей средой. -М.: МГУ, 1983. -
214с.
55. Долуханов П.М. История средиземных морей. -М.: Наука, 1988. -
141с.
56. Сычев Р. Черное море: необходимы срочные меры //Экос-Информ.
1997. -№6. -с.41-47.
57. Программа Новороссийского транспортного производственного
перегрузоч-ного комплекса. Том 2. Экологическое обоснование. -
Новороссийск: ЗАО АК НТППК, 1998. -59с.
58. Виноградов М.Е., Сапожников В.В, Шушкина Э.А. Экосистема
Черного моря. -М.: Наука, 1992. -112с.
59. Безносов В.Н. Крупномасштабные нарушения гидрологической
структуры океана как стартовое событие биотического кризиса //Докл.
РАН. -1998. -361, №4. -с.562-563.
60. Сорокин Ю.А. Черное море. -М.: Наука, 1982. -217с.
61. Микробиология загрязненных вод. -М.: Медицина, 1976. -320с.
62. Хайлов К.М., Парчевский В.П. Иерархическая регуляция
структуры и функции морских растений. -Киев: Наука, 1983. -256с.
63. Геоэкология шельфа и берегов морей России (под ред.
Н.А.Айбулатова). -М.: Ноосфера, 2001. -428с.
64. Симпозиум 11-14 июля 1995г. в Аргусе // Рос. рефератив. журн.
Сер.72. -1998, №9. -Реф. 9.72.261. -с.31.
65. Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. - М.:
Мысль, 1987. -325с.
66. Пешков В.М., Мишеладзе Ш.П., Папашвили И.Г. Первые итоги
берегозащитных работ в Грузии путем создания искусственных
галечных пляжей // В сб. "Рац. использ. и охр. природ. ресурсов бас-в
Чер. и Азов. морей". -Ростов: РостГУ, 1988. -с.115-120.
67. Геловани И.П., Зенкович В.П., Пешков В.М. Вдольбереговой поток
наносов Западной Абхазии //Тез. докл. 1 сьезда советских океанологов . -
М., 1977. Вып.3.
68. Сафьянов Г.А. Подводные каньоны, их динамика и взаимодействие
с береговой зоной. Автореф. дисс. докт. геогр. наук. -М.: МГУ, 1975. -60с.
69. Гречищев Е. К. Научные основы морской берегозащиты // В сб.
"Рац. использ. и охр. природ. ресурсов бас-в Черн. и Азов. морей". -
Ростов: РостГУ, 1988. -с.103-107.
70. Хомицкий В.В., Онуфриенко А.Л., Цайтц Е.С. Природоохранные
проблемы освоения береговой зоны и технология оптимизации
берегоукреплений // В сб. "Рац. использ. и охрана природ. ресурсов
бассейнов Черного и Азовского морей". -Ростов: РостГУ, 1988. -с.97-103.
71. Жданов А.М. Волновые нагрузки, действующие на морские
берегоукрепительные сооружения. -М.:1958.
72. Зенкович В.П. Берега Черного и Азовского морей. -М.: Изд. геогр.
лит., 1958. -374с.
73. Зенкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов. -М.:
Изд. геогр. лит., 1962. -450с.
74. Сокольников Ю. Н. Отторжение акваторий в прибрежной зоне. -
Киев: Техн_ка, 1979. -224с.
75. Макаров К.Н., Макарова И.Л., Абакумов О.Л. Перспективные
направления берегозащитных мероприятий на берегах Черного и
Азовского морей в пределах Краснодарского края. //Сб. тр. Международ.
конф. в С.Петербурге, Россия 26-29 сент. 2000г. "Комплекс. управл.
прибреж. зонами и его интеграция с морскими науками" -С.Птб., 2003.-
с.119-125.
76. Есин Н.В., Савин М.Т., Жиляев А.П. Абразионный процесс на
морском берегу. -Гидрометеоиздат, 1980. -283с.
77. Паришев О.О. Геоеколог_чна характеристика морських берег_в
України. Автореф. дис. канд. геолог_ч. наук /Київ: НАН України.
В_дд_лення мор. геолог_ї, 1999. -16с.
78. Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря
/Отв. ред. А.Г.Зацепин, М.В.Флинт. - М.: Наука, 2002. - 475с.
79. Комплексное управление прибрежными зонами и его интеграция с
морскими науками. -С.Птб.: ГМИ, 2003.
80. Экологические проблемы Черного моря. Сб. науч. статей. -Одесса:
Одес. Фил. Ин-та юж. морей, 1999. -330с.
81. Ван дер Вейде Дж., де Врег Х., Саньянг Ф. Основные принципы
управления береговой эрозией //Сб. тр. Международ. конф. в
С.Петербурге, Россия 26-29 сент. 2000г. "Комплекс. управл. прибреж.
зонами и его интеграция с морскими науками" -С.Птб., 2003. -с.35-49.
82. Триккер Р. Бор, прибой, волнение и корабельные волны. -
Ленинград: Гидрометеоиздат, 1969. -286с.
83. Реймерс Н.Ф. Природопользование. -М.: Мысль, 1990. -637с.
84. Федоров К.Н., Гинзбург А.И., Приповерхностный слой океана. -Л.:
Гидрометеоиздат, 1988. -303с.
85. Шадрин И.Ф. Прибрежные ветровые и градиентные течения
береговой зоны моря. -М.: Наука, 1981. -158с.
86. Дубах Г., Табер Р. Сто вопросов об океане. -Л.: Гидрометеоиздат,
1972. -87с.
87. Морской энциклопедический словарь. -М.: Совет. энциклопедия, 1989.
88. Коновалов А.В., Манилюк Ю.В., Черкесов Л.В. Исследование
влияния Керченского пролива на сгонно-нагонные явления в Черном
море //Доп. НАН Укр. -2000, №12. -с.138-143.
89. Богуславский С.Г., Высоцкий А.Ф. Черное море. -Киев: Укр. совет.
энцикл. Т.12., 1985. -с.228.
90. Тарский С. Что такое Черное море? //Всемирный турист. -М., 1928.
-№5. -с.144-150.
91. Ероз_я берег_в Чорного та Азовського мор_в /НАН України. _н-т
геол. Наук. _н-т прикладних проблем геоф_зики та геох_м_ї /Ред.
Ю.Д.Шуйський. -Київ, 1999. -100с.
92. Шуйський Ю.Д. та _нш_ Вплив в_дносного п_двищення р_вня на
швидк_сть абраз_ї берег_в Чорного моря //Укр. географ_ч. журн. -1998. -
№4. -с.27-30.
93. Шуйский Е.Д. Распределение наносов вдоль морского края
Кинбурнского полуострова (Черное море) //Допов_д_ НАН Укр. -1999. -
№8. -с. 119-123.
94. Островский А.В. О строении переуглубленных речных долин на
Черноморском побережье Кавказа //Докл. АН СССР. -М., 1966. -Т. 167,
№6. -с.13-62.
95. Глумов И.Ф., Кочетков М.В. Техногенное загрязнение и процессы
естественного самоочищения прикавказской зоны Черного моря. -М.:
Недра, 1996. -502с.
96. Техногенное загрязнение окружающей среды. М.: ЭКОС, 2001. 321с.
97. Бондарев Л.Г. Микроэлементы - благо и зло. -М.: Знание, 1984. -
145с.
98. Ковальский В.В. Геохимическая экология. -М.: Наука, 1974.
99. Ильичев В.Д. Биологические проблемы техники // Энергия,
экономика, техника, экология. -1987, № 9. -с.40-43.
100. Шимкус К.М., Москаленко В.Н., Евсюков Ю.Д., Лобковский Л.И.,
Мерклин Л.Р., Торгунаков А.В. О роли неотектоники, оползневых и
эрозионно-аккумулятивных процессов в формировании Прикавказской
материковой окраины //Компл. иссл. сев.-вост. части Черного моря. -М.:
Наука, 2002. -с.402-408.
101. Широков С.В. Морфометрический критерий устойчивости
литодинамической системы //В сб. "Рац. использ. и охр. природ. ресурсов
бас-в Чер. и Азов. морей". -Ростов: РостГУ, 1988. -с.141-144.
102. Кикнадзе А.Г., Меладзе Ф.Г., Сакварелидзе В.В. Защита
Черноморского побережья Грузии от размыва морем //Обзорная инф.,
Сер. 7. -Тбилиси, 1984. 47с.
103. Зац В.И. Об устойчивости затопления сточных вод в
промежуточном слое стратифицированного моря // Вод. ресурсы. -1975,
№1. -с.180-191.
104. Самоочищение и диффузия во внутренних водоемах. -
Новосибирск: Наука, 1980. -186с.
105. Виндберг Г.Г. Фитопланктон как агент самоочищения
загрязненных вод //Тр. Всесоюз. гидробиол. об-ва. -1956. -Т.7. -с.5-23.
Общегидробиологическая основа санитарно-гидробиологических
исследований //Биологическое самоочищение и формирование качества
воды. -М., 1975. -с.5-9.
106. Санитарные правила и нормы охраны прибрежных вод морей от
загрязнения в местах водопользования населения. СанПиН, №4631-88. -
М.: Минздрав СССР, 1988. -16с.
107. Kornilios S., Drakopoulos P.G., Dounas C. Pelagictar dessolved
(dispersed) petroleum hydrocarbons and plastic distribution in the Cretan Sea
//Mar. Pollut. Bull. -1998, 36, №12. -с.989-993.
108. Шапиро Г.И., Акивис Т.М., Пыхов Н.В. Моделирование переноса
тонкодисперсных осадков вихрями и течениями на Кавказском шельфе
Черного моря //Компл. иссл. сев.-вост. части Черного моря. -М.: Наука,
2002. -с.339-357.
109. Rivaro Paola и др. Heavy metals distribution in the eolian basin (South
Tyrrenian Sea) //Mar. Pollut. Bull. -1998, 36, №11. с.880-886.
110. Русаков В.Ю., Зернова В .В., Исаева А.Б., Серова В.В., Анохина
Л.Л. Исследования потоков осадочного вещества в районе Кавказского
побережья с помощью седиментациоонных ловушек //Компл. иссл. сев.-
вост. части Черного моря. -М.: Наука, 2002. -с.322-327.
111. Хмаладзе Г.Н. Выносы наносов реками Черноморского побережья
Кавказа. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. -167с.
112. Степанов В.Н., Андреев В.И. Черное море. Ресурсы и проблемы. -
Л.: Гидрометеоиздат, 1981. -157с.
113. Szefer P. Heavy-metal pollution in surficial sediments from the
southern Baltic Sea off Poland //J. Environ. Sci. and Healtn A. -1996. -31,
№10. -с.2723-2754.
114. Крыленко В.В. О методике сравнительной оценки источников
загрязнения прибрежной акватории моря / Деп. рук. -Донецк: ООО
<Экотехнология>, 2006. -64с.: -Деп. в ГНТБ Украины.
1
Примечание: Оригиналы материалов данной статьи и приложений к ней
(в формате DOC) можно получить:
1) В ГОСУДАРСТВЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКЕ
УКРАИНЫ (03680, МСП м.Київ-150, вул.Антоновича (Горького), 180,
ДНТБУкр, Вiддiл депонування наукових робiт);
2) У меня (VIKrylenko):
Крыленко Владимир Иванович
vikrylenko@gmail.com
Телефон по УКРАИНе 0 62 2959895
VIKrylenko 16 октября 2010
StAqagenIstZagrMora.txt
Анализ аквагенных источников загрязнения моря
© Copyright: Владимир Крыленко, 2011
Свидетельство о публикации №211101400750
Свидетельство о публикации №211101400750
Рецензии