РОЛЬ ЭКОСИСТЕМНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ВЕТВИ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В МОРЯХ РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ
1, 1, 1,2
1Государственное учреждение Институт глобального климата и экологии Росгидромети и РАН, E-mail: *****@***ru
2Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. РАН
Хозяйственная деятельность человека оказывает негативное влияние на окружающую среду на огромных пространствах и приводит к ухудшению качества жизни на суше и в Мировом океане.
Настоящая работа выполнена на основе обобщения многолетних комплексных исследований в Беринговом, Чукотском и Восточно-Сибирском морях. Цель проведенных исследования состояла в изучении современных процессов формирующих океаническую ветвь биогеохимических циклов органических загрязняющих веществ в экосистемах морей Восточной Арктики. В ходе работ изучена изменчивость состояния и функционирования морских экосистем в условиях антропогенного загрязнения морской среды, выполнена оценке процессов микробной трансформации и удаления химических загрязняющих веществ из деятельного слоя в потоке биогенной седиментации.
Для комплексного анализа основных экосистемных процессов использованы данные, характеризующие распространение опасных химических загрязняющих веществ (полихлорированных бифенилов - ПХБ и полициклических ароматических углеводородов - ПАУ) в различных компонентах морской среды, интенсивность продукционно-деструкционных процессов, состояние планктонных сообществ, включая бактериальное население. Экспериментально оценена потенциальная способность природных сообществ микроорганизмов трансформировать органические загрязняющие вещества ряда ПАУ и ПХБ.
Проведенные в морях Восточной Арктики исследования подтвердили широкое распространение полихлорированных и полиароматических углеводородов во всех компонентах экосистем. Содержание бенз(а)пирена (БП) – индикатора канцерогенных соединений ряда ПАУ - в водах арктических морей по маршруту Северного морского пути в 2000-02 гг. находилось в пределах 0,5 - 1.0 нг/л и составляло на горизонте 0,5 метров в среднем 0,8±0,1.нг/л. Основной ряд значений концентрации растворенных форм ПХБр (по сумме 12 конгерентов) соответствовал 0,05 – 0,70 нг/л (в среднем 0,31 нг/л), однако, в отдельных случаях содержание ПХБр достигало 0,9 – 1,3 нг/л. В водах юго-западной части Чукотского моря содержание БП за последние десять лет практически не изменилось, соответствовало минимальному уровню 1-3 нг/л, а в ряде районов оказалось ниже методического предела обнаружения. Севернее, на акватории банки Геральда содержание БП достигало 10 нг/л. Максимумы БП обнаружены и в южной части – зоне распространения беринговоморских вод.
Несмотря на заметное снижение загрязнения отдельных акватории Чукотского моря БП, высокий биодеградационный потенциал бактериопланктона в этих локальных зонах сохраняется до настоящего времени. Максимальная активность экспериментально зарегистрирована в районе Колючинской губы и в Беринговом проливе - 52%, минимальная (12%) - в водах центральной части моря. Микрофлора поверхностных вод Чукотского моря обладала потенциальной способностью к трансформации от 4 до 50% от массы экспериментально вносимого ПХБ. Наиболее высокий биодеградационный потенциал локальных популяций ПХБ-трансформирующих бактерий был определен для акваторий восточнее о. Геральд и к северу от п-ова Дауркина. Минимальная интенсивность процесса микробной трансформации БП зарегистрирована в водах Восточно-Сибирского моря.
В условиях снижение содержания БП, микрофлора Анадырского залива сохранила способностью к трансформации от 20% до 60% экспериментально вносимого БП (в среднем - 40%), в то время как в Чукотском море потенциал бактериопланктона обеспечивал элиминацию в среднем - 29% БП. Можно полагать, что изменение химического режима вод морей Восточной Арктики обусловленное поступлением антропогенных загрязняющих веществ первоначально вызывает не структурные, а функциональные изменения сообществ микроорганизмов. Таким образом БП-трансформирующие микроорганизы можно рассматривать в качестве биомаркеров хронического присутствия в морской воде антропогенных ПАУ, а уровень их деградационного потенциала может свидетельствовать о степени загрязнения вод ПАУ.
Учитывая роль биогенной седиментации в распределении загрязняющих веществ в пределах морской экосистемы рассчитаны относительные величины потоков БП, отражающие долю от общего содержания БП, выносимую в процессе биоседиментации из верхнего слоя водной толщи. В Беринговом море потоки ПХБ из верхнего (0-40 м) слоя водной толщи были на максимально высоком для всего Арктического региона уровне (до 2,57 мкг/м2 сут).
Для Анадырского залива Берингова моря к 2002 г. отмечено значительное увеличение НВЧ гетеротрофных сапрофитных бактерий, их плотность была максимальной в зоне влияния стока р. Анадырь. Численность ПХБ-трансформирующих бактерий в Анадырском заливе продолжает снижаться. В Чукотском море уровень развития и плотность бактериального населения в последнее десятилетие возросли в 1,5-2,2 раза, при этом практически повсеместное распространение ПХБ-трансформирующих бактерий свидетельствует о хроническом присутствии в морской среде соединений ПХБ.
В ходе изучения состояния бактериоценозов Берингова и Чукотского морей изучены их реакций на химическое загрязнение. Прослежена достаточно четкая взаимосвязь между повышением уровня загрязнения вод поверхностного горизонта Анадырского залива бенз(а)пиреном и увеличением НВЧ гетеротрофных сапрофитных бактерий, отдельные группы которых способны разрушать ПХБ и ПАУ. На примере бактериопланктона арктических вод показаны эффекты воздействия химическом загрязнении на численность микроорганизмов, стабильность их естественных сообществ, изменение соотношение между их основными эколого-физиологическими группами.
На основе оценок уровней современного загрязнения Чукотского и Берингова морей выполнен анализ последствий такого рода антропогенного воздействия и сделана попытка выявления патобиологических эффектов, к числу которых следует отнести: биодеградационный потенциал бактериопланктона по отношению к органическим ЗВ, изменчивость структуры бактериоценозов и численности индикаторных групп микроорганизмов, распростанение мертвых форм и возникновение опухолеподобных аномалий у зоопланктона.
