Собирая статистику и исследуя похожие факты, происходящие на территории России, можно сделать вывод, что истинная причина данного явления так и не была установлена.
Тем не менее, вопросы, по какой причине происходит гибель водных биологических ресурсов (ВБР), и какой вред, при этом наносится окружающей среде, несомненно, достойны внимания.
Так что давайте разбираться.
БОЛЕЕ 150 СЛУЧАЕВ ЗА ЛЕТО
Только за последний 2016 год в РФ было зафиксировано более 150 случаев гибели рыбы, практически все они произошли в течение июля-августа и были отмечены в нескольких областях и республиках РФ: в том числе в Ярославской области, Татарстане, на территории Смоленской и Брянской областей.
Сообщения об этих фактах местные активисты размещали в социальных сетях, сигнализировали надзорным органам и местной власти. Описание в этот момент водоемов, где погибла рыба, схожи - в реках наблюдалось наличие маслянистых пятен, а вода имела более темный, чем обычно цвет, при этом где-то вдобавок отмечалось наличие бурой пены.
Так летом прошлого года на Днепре, где на всей протяженности течения реки от Смоленска до Орши (вдоль реки это около 150 км) и далее – до Могилева (еще 50 км далее по течению) в июле-августе 2016 года наблюдался массовый замор рыбы.
Первое, что приходит в голову рассмотреть и сравнить это погодные факторы, схожесть которых бросается в глаза практически сразу при начале изучения данных вопросов.
В частности, представитель Рыбнадзора по Смоленской области, в комментариях по местному ТВ, сообщил о больших разливах Днепра в условиях аномально жаркой погоды.
Интересно, что одно из первых видео на эту тему датируется 17 июля 2016 года, т.е. примерно за две недели до происшествия в Брянской и Смоленской областях - https://ok.ru/video/11858806158, причем уже тогда в комментариях говорится об Орше и Могилеве, которые находятся ниже по течению Днепра.
При этом комментарии представителя Рыбнадзора https://ok.ru/video/11975198073 относятся уже к 9 августа.
Очевидно, что погода на территории как минимум двух - Смоленской и граничной с ней Брянской - областей стояла одинаковая – аномально жаркая и дождливая. Как видно из записи, об эпизодах гибели рыбы здесь сообщали не только любители природы в своих роликах, размещенных в интернете, но и вполне серьезные ведомства – от Росрыбнадзора до Росгидромета.
Большинство этих эпизодов, не стали предметом разбирательства природоохранной прокуратуры – виновного или «крайнего» найти не удалось, причем не из-за удаленности данных эпизодов от больших городов и начальства, а по вполне рациональной причине – процесс имел естественное происхождение.
Таким образом, вопрос кто виноват, фактически теряет смысл. Однако остается другой, не менее, а скорее более важный вопрос… Что является причиной замора и как предотвратить данные явления в дальнейшем, значительно снизив ущерб, наносимый экологии?
РЫБЕ НУЖЕН КИСЛОРОД
На примере брянской экологической катастрофы, о которой больше всего писали в прессе – это гибель летом 2016 года рыбы в реке Сев, снабжающей водой старинный русский городок Севск, расположенный в Брянской области – попробуем рассмотреть наиболее существенные параметры происшествия.
Река Сев длиной всего 89 км, однако, это самый значительный левый приток реки Нерусса, левого притока Десны, которая, в свою очередь, представляет самый длинный из притоков Днепра.
В жаркие и дождливые дни середины лета прошлого (2016) года, на так называемых «городских пляжах» и песчаных отмелях на крутом изгибе реки, начала гибнуть рыба. Вялое течение наглядно представляло глазам безрадостную картину вплывшей кверху белым брюхом крупной и мелкой рыбешки, «заснувшей» в реке.
Впечатление усиливало и то, что замор рыбы наблюдался при входе речной воды в город, с той стороны, где в пойме реки, у села Юрасов Хутор расположен большой источник питьевой воды, многие десятилетия снабжающий Севск качественной водой.
Все вместе это вызвало большой резонанс в городе – местная пресса, блоги и экологические активисты писали об этом несколько недель. Буквально на следующий день после сообщений о гибели рыбы представители лаборатории ЦЛАТИ совместно со специалистами Росприроднадзора взяли анализы в реке Сев.
Данные замеров показали значительно сниженный уровень кислорода - 2.9 (в месте входа реки на городскую территорию) и 3.6 мг/литр (в месте расположения городских пляжей) - тогда как минимальная норма должна быть на уровне почти в два раза выше - 6 мг/л.
Рыбы дышат кислородом, который получают из речной воды, процеживая ее через жабры. При недостатке кислорода – падении уровня ниже 2 мг/л, рыба гибнет – задыхается без кислорода.
Уровень кислорода в воде определяется в «приходной» части растворением из воздуха и выделением его донными водорослями и цианобактериями, перерабатывающими другой растворенный газ – СО2, а в расходной части – затратами на разложение биомассы, расходом на дыхание водорослей, других живых существ – в том числе и рыб.
Поэтому ночью, когда фотосинтез останавливается, количество кислорода в реке падает, рыба перед восходом солнца «гуляет» - подходит к поверхности, где кислорода больше.
Растворимость атмосферного кислорода в воде зависит от температуры, солености и атмосферного давления, и составляет 14 мг/л при температуре воды около нуля градусов по Цельсию.
Ход температурной зависимости, показанный на рисунке ниже, неравномерен – например, очень резкое изменение – почти на 20%, имеет место при изменении температуры воды от 15° С до 18° С, когда растворимость падает от 11 до 9 мг/л.
При этом далее – при увеличении температуры выше 20° С, зависимость становится более пологой (см. Рис), но по достижении 30° С растворимость уже не превышает 7,5 мг/л.
Фактическое измерение концентрации кислорода в реке Сев в дни экологического бедствия показало, что количество растворенного в воде кислорода находилось в пределах 2,9 - 3,6 мг/л.
При этом по данным температурных наблюдений, ночная температура, дающая основной временной тренд, во все дни июля составляла 16° С и только накануне рыбной катастрофы – 31 июля выросла до 18° С, тем самым еще на 20% снизив предел растворимости кислорода.
Это означало, что еще на 20% снизились возможности дополнительного насыщения уже и так обедненной по кислороду воды, за счет подмешивания насыщенных воздухом стоков с берегов или действием естественного перемешивания водоема под действием солнечных лучей.
Надо сказать, что обмен кислородом между водной средой и атмосферой носит динамичный характер и состоит из двух процессов: инвазии - поступления кислорода в воду из воздуха и эвазии - термина, означающего переход кислорода в атмосферу при перенасыщении им поверхностного слоя воды.
Отношение инвазии к эвазии меняется в зависимости от времени суток – днем водоросли и цианобактерии используют фотосинтез для выработки кислорода и с поверхности может идти эвазия, тогда как ночью растворенный кислород активно расходуется на дыхание тех же водорослей и других обитателей водоема и кислород поступает в водоем только путем инвазии – например, за счет естественной «работы» течения реки по перемешиванию водоема.
Уровень кислорода во многом связаны с характеристиками перемешивания водоема, которые определяются соотношением течения и глубины. Дожди увеличивают инвазию, так как падение капель «внедряет» в верхний слой воды воздух, «прилипающий» к поверхности самих капель и ведет к перемешиванию верхнего слоя, т.е. насыщению его кислородом.
Поверхностный сток – в виде ручьев и стоков производит аналогичный эффект перемешивания, однако они приносят в реку еще и биоматериал – ветви, смытую траву и просто почву, вместе с ее обитателями – бактериями и дождевыми червями.
Очень важны и другие свойства дождей – они могут принести с собой издалека и какие-то выбросы – например, с дождем часто могут выпадать серные аэрозоли, которые «закисляют» воду - образуя серную кислоту.
Надо сказать, что в пользу наличия серных бактерий в воде, говорят наблюдения автора видеролика https://ok.ru/video/11975198073, который отмечает в воде «белесую дымку, похожую на туман» (отметка воспроизведения 01.07 мин.).
Это наблюдение можно объяснить так – в воде наблюдается белый слой серобактерий. Белый цвет они приобретают из-за неполного окисления сероводорода в серу, капли которой и дают белую окраску.
Это подробно описал микробиолог Г.А.Заварзин, когда-то написавший статью «Экономика природы» для журнала «Экология и жизнь».
В статье он рассказал о циклах превращений, которые проходят элементы в экосистемах, причем если в первой части статьи речь идет о цикле углерода, то во второй он описал тесно связанные циклы серы, железа и кислорода, плотно, как своеобразные «шестеренки», примыкающие к углероду:
Бактерии цикла серы очень разнообразны и получили название сульфуреты.
В этом сообществе присутствуют сульфат-редукторы, отвечающие за разложение органического вещества до углекислоты. Они могут образовать сероводород, который может окисляться химически кислородом воздуха, при этом окисление сероводорода ведут три группы бактерий: анаэробные серные фототрофы, бесцветные серобактерии и тионовые бактерии.
Однако на свету сероводород может окисляться пурпурными и зелеными анаэробными бактериями. Пурпурные бактерии вместе с зелеными и придают бурую окраску воде, отмеченную в Днепре.
При этом «черная вода» на поверхности говорит о присутствии сульфида железа, а над ним – пурпурно-зеленый слой "любителей" света. Если же дело происходит на глубине, где свет уже не работает так эффективно, но куда еще доходит кислород, то там и появляется белый слой серобактерий, похожий на туманное облачко.
Происходящее в ролике запечатлело события, происходящие на расстоянии около 400 км от реки Сев – в течении Днепра у Смоленска, но «симптомы», которые описывают очевидцы, очень схожие.
Однако почему же погибла рыба? Ведь главный яд – сероводород должны были съесть серобактерии? Видимо съели, но далеко не весь, чем и объясняется характерный «гнилостный запах» воды и гибель рыбы.
Действительно, возвращаясь к результатам замера кислорода в реке Сев, отметим, что уровень кислорода не превышающий 3,6 мг/л – это конечно низкий показатель, но все же не фатальный – он почти в полтора раза превышает нижний порог уровня кислорода, составляющий 2 мг/л, при котором рыба начинает массово гибнуть.
Остается предположить, что снижение уровня кислорода было лишь побочным эффектом, связанным с активным его расходованием в метаболизме серобактерий, перерабатывающих органику.
При этом сдвиг концентрации кислорода связан и с изменением pH-показателя воды при появлении в ней серной кислоты. Появление кислоты сдвигает ионное равновесие воды, от которого очень сильно зависит растворимость в воде кислорода.
На рисунке ниже (см. источник) сплошная линия показывает, что растворимость максимальна не в дистиллировано-чистой воде, для которой показатель pH равен 7, а в воде слегка подщелоченной – до значения pH=8,35.
А также то, что он резко падает при отклонении от этого значения при отклонении как в сторону щелочи, так и в сторону кислоты – т.е. в любую сторону. Серная кислота, имеющая большую «силу» чем показанная на рисунке угольная НСО3, значительно сильнее уменьшает pH воды – и тем самым обедняет ее по кислороду.
Таким образом, становится понятно, почему в жаркие летние дни часто происходит резкое снижение насыщенности воды кислородом – это может быть связанно не только с усиленным окислением органических веществ, но и со сдвигом pH -раствора вследствие выработки кислот в микробиологических циклах. В этом смысле добавление щелочных растворов (например - моющих средств, которые в незначительном количестве присутствуют в стоках промышленных предприятий) может оказывать нейтрализующее действие на показатель pH и тем самым – оказывать благотворное влияние на уровень кислорода.
Иными словами, если бы стоки с какого-то промышленного предприятия на тот момент действительно попали в реку, это повысило бы уровень кислорода в ней и, возможно, сократило количество «заснувшей» рыбы, а не наоборот.
Наиболее вероятным реальным виновником гибели рыб при описанной «симптоматике» следует признать сероводород, образующийся в цикле, осуществляемом серобактериями, который даже в микроконцентрациях в растворе ядовит для всего живого – ярким примером этого являются лишенные жизни глубины Черного моря.
Что же послужило спусковым крючком для раскручивания пружины серного цикла? Были ли это дожди «смывшие» из атмосферы аэрозоли серы – надо выяснять, откуда они могли образоваться в ходе отдельного расследования или этот цикл «запустился» от другого «стартера» – предстоит выяснять с пристрастием – т.е. на основе инструментальных измерений и в тесном содружестве микробиологов со специалистами других специальностей.
Ясно лишь одно – вопрос гораздо сложнее, чем это пытались представить в Севске. Надо сказать, что без сильного колебания уровня кислорода между ночью и днем вообще не обходится практически ни один день жизни водоема.
Острый дефицит кислорода может наблюдаться и в водоемах с большими площадями зарослей высших водных растений или при разливах рек после дождей, когда эти растения оказываются под водой, а также при «цветении» воды вследствие массового развития водорослей.
Как мы уже говорили, в ночные часы резко тормозится фотосинтетическая деятельность, но продолжается интенсивное дыхание растений и водных животных. Зимой, когда кислород расходуется на окисление отмерших и дыхание живых организмов, а инвазия его резко ограничена из-за наличия ледяного покрова водоемов, дефицит кислорода может достичь критического уровня и вызвать массовую гибель рыб и других водных организмов.
Такие явления довольно часто наблюдаются в подледный период на Киевском водохранилище, когда из Припяти и верхнего Днепра поступают воды с низким содержанием кислорода. Зарегистрированы неединичные случаи снижения концентрации кислорода в зимний период в этом водохранилище до 0,4—1,3 мг/л, или 3—9% насыщения.
Особенно ухудшаются кислородные условия во время продолжительного ледостава – рыбе нужен кислород и поэтому та рыба, которая не впала в спячку, буквально атакует лунки любителей зимней рыбной ловли на льду водоемов.
Возможно, если бы гидроэнергетики знали об этом, то пускали ли бы часть ночной энергии своих ГЭС на насыщение воды верхних створов водохранилищ воздухом (например, с помощью промышленных барботеров, напоминающих аквариумные компрессоры, только намного больше размером), то они могли бы вернуть природе часть долгов, не давая умереть большой доле рыбного населения водоемов.
«РАЗБОР ПОЛЕТА»
Сценарий случившихся в Смоленской и Брянской областях катастрофы мог быть следующим – поступление биологических веществ в реку вызывает активацию цикла серных бактерий и сопутствующее снижение уровня кислорода, но надо понимать, что это процесс далеко не мгновенный.
Прежде всего, биологический материал, как мы уже говорили, массово попадает в реку в результате дождей, а происшествию во многих случаях как раз предшествовали дожди, которые продолжались и в дни «рыбной катастрофы» – тем самым у
