Как океан переживает техногенные катастрофы

Массовая гибель морских животных в Авачинском заливе на Камчатке произошла из-за токсичных водорослей, считают эксперты РАН. Но есть и признаки технического загрязнения – повышенные концентрации нефтепродуктов и тяжелых металлов в воде. После естественных катастроф океан восстанавливается сам. А чем чреваты техногенные?

Большую часть своей истории человечество относилось к океану скорее потребительски. Лишь в последние десятилетия начало формироваться новое понимание: океан — не просто ресурс, но и сердце всей планеты. Его биение ощущается везде и во всем. Течения влияют на климат, принося с собой холод или жару. Вода, испаряясь с поверхности, образует облака. Сине-зеленые водоросли, живущие в океане, производят практически весь кислород на планете.

Сегодня мы более чувствительны к сообщениям об экологических катастрофах. Вид нефтяных разливов, мертвых животных и мусорных островов шокирует. С каждым разом образ «умирающего океана» укрепляется. Но если обратиться к фактам, а не картинкам — насколько разрушительны техногенные происшествия на большой воде?

Аннушка уже разлила… нефть

Среди всех загрязнений нефтью и нефтепродуктами большинство связано с повседневными утечками. Аварии составляют небольшую часть — всего 6%, а их число сокращается. В 1970-х годах страны ввели жесткие требования к танкерным судам и ограничения на места перевозки. Мировой танкерный флот также постепенно обновляется. Новые суда оснащают двойным корпусом для защиты от пробоин, а также спутниковой навигацией, чтобы обходить мели.

Сложнее обстоит дело с авариями на буровых платформах. По мнению Петера Бургхерра, специалиста по оценке технологических рисков в Институте Пауля Шеррера, риски будут только возрастать: «Это связано, во-первых, с углублением скважин, а во-вторых, с расширением добычи в зонах с экстремальными условиями — например, в Арктике». Ограничения на глубоководное бурение у берегов приняты, например, в США, но крупный бизнес борется с ними.

Чем же опасны разливы? Прежде всего массовой гибелью жизни. В открытом море и океане нефть может быстро захватывать огромные пространства. Так, всего 100–200 л покрывают квадратный километр акватории. А во время катастрофы на буровой платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе оказалось заражено 180 тыс. кв. км — площадь, сопоставимая с территорией Белоруссии (207 тыс.).

Пожар на буровой платформе Deepwater Horizon, 2010 год
© U.S. Coast Guard via Getty Images

Поскольку нефть легче воды, она остается на поверхности в виде сплошной пленки. Представьте полиэтиленовый пакет, надетый на голову. Несмотря на маленькую толщину стенок, они не пропускают воздух, и человек может задохнуться. Нефтяная пленка действует так же. В результате могут образовываться «мертвые зоны» — бедные кислородом области, где жизнь почти вымирает.

Последствия таких катастроф могут быть прямыми — скажем, контакт нефти с глазами животных мешает нормально ориентироваться в воде — и отсроченными. Отсроченные включают повреждение ДНК, нарушение производства белков, дисбаланс гормонов, повреждение клеток иммунной системы, воспаление. Как результат — замедленный рост, снижение приспособляемости и фертильности, повышенная смертность.

© AP Photo/Charlie Riedel

Количество разлившейся нефти не всегда пропорционально вреду, который она наносит. Многое зависит от условий. Даже небольшой разлив, если он пришелся на сезон размножения рыбы и случился на нерестовом участке, может навредить сильнее, чем большой — но вне сезона размножения. В теплых морях последствия разливов устраняются быстрее, чем в холодных, за счет скорости протекания процессов.

Устранение аварии начинают с локализации — для этого используются специальные ограничительные боны. Это плавучие заграждения высотой 50–100 см из специальной ткани, устойчивой к токсичному воздействию. Затем приходит черед водных «пылесосов» — скиммеров. Они создают вакуум, под действием которого нефтяная пленка засасывается вместе с водой. Это самый безопасный способ, но главный его минус в том, что аппараты-сборщики эффективны только для небольших разливов. В воде все равно остается до 80% всей нефти.

Так как нефть хорошо горит, логичным решением кажется поджечь ее. Этот способ считается самым простым. Обычно пятно поджигают с вертолета или корабля. При благоприятных условиях (толстая пленка, слабый ветер, высокое содержание легких фракций) удается уничтожить до 80–90% всего загрязнения. Но делать это нужно как можно быстрее — дальше нефть образует смесь с водой (эмульсию) и горит плохо. К тому же само сжигание переводит загрязнение из воды в воздух. По мнению руководителя программы по экологической ответственности бизнеса WWF России Алексея Книжникова, этот вариант несет в себе больше рисков.

Контролируемый поджог нефти в Мексиканском заливе, 2010 год
© AP Photo/Gerald Herbert

То же касается и использования диспергентов — веществ, которые связывают нефтепродукты, а затем опускаются в толщу воды. Это довольно популярный способ, который используют регулярно при масштабных разливах, когда есть задача не дать нефти добраться до побережья. Однако диспергенты токсичны сами по себе. Ученые подсчитали, что их смесь с нефтью становится в 52 раза более токсичной, чем одна только нефть.

Стопроцентно эффективных и безопасных способов собрать или уничтожить разлитую нефть нет. Но хорошая новость в том, что нефтепродукты относятся к органике и постепенно разлагаются бактериями. А благодаря процессам микроэволюции в местах разлива становится больше именно тех организмов, которые лучше всего справляются с этой задачей. Например, после катастрофы Deepwater Horizon ученые обнаружили резкий рост числа гамма-протеобактерий, которые ускоряют распад нефтепродуктов.

Не самый мирный атом

Еще одна часть океанических катастроф связана с радиацией. С наступлением «атомного века» океан стал удобной площадкой для испытаний. С середины сороковых годов в открытом море было проведено более 250 подрывов ядерных бомб. Большинство, кстати, организованы не двумя главными соперниками в гонке вооружений, а Францией — во Французской Полинезии. На втором месте США с площадкой в центральной части Тихого океана.

Испытание французской атомной бомбы на атолле Муруроа, 1971 год
© Galerie Bilderwelt/Getty Images

После окончательного запрета испытаний в 1996 году главным источником поступления радиации в океан стали аварии на атомных электростанциях и выбросы с заводов по переработке ядерных отходов. Например, после Чернобыльской аварии Балтийское море оказалось на первом месте в мире по концентрации цезия-137 и на третьем — по концентрации стронция-90. Хотя осадки выпали над сушей, значительная часть с дождями и речной водой попала в моря. В 2011 году во время аварии на АЭС «Фукусима-1» из разрушенного реактора было выброшено значительное количество цезия-137 и стронция-90. К концу 2014 года изотопы цезия-137 распространились по всей северо-западной части Тихого океана.

АЭС «Фукусима» после аварии, 2011 год
© DigitalGlobe via Getty Images via Getty Images

Большая часть радиоактивных элементов — металлы (в том числе цезий, стронций и плутоний). Они не растворяются в воде, а находятся в ней до тех пор, пока не наступит период полураспада. Для разных изотопов он разный: например, у йода-131 он составляет всего восемь дней, у стронция-90 и цезия-137 — три десятилетия, а у плутония-239 — больше 24 тыс. лет. Опаснее всего именно изотопы цезия, плутония, стронция и йода. Они накапливаются в тканях живых организмов, создавая опасность лучевой болезни и онкологии. Например, цезий-137 ответственен за большую часть облучения, полученного людьми во время испытаний и аварий.

Все это звучит очень тревожно. Но сейчас в научном мире скорее есть тенденция к пересмотру ранних опасений о радиационной опасности. Например, по данным исследователей Колумбийского университета, в 2019 году содержание плутония в некоторых частях Маршалловых островов в 1000 раз превышало его содержание в пробах вблизи Чернобыльской АЭC. Но несмотря на такую высокую концентрацию, нет свидетельств значимого воздействия на здоровье, которое помешало бы нам, скажем, есть морепродукты из Тихого океана. В целом влияние радионуклидов техногенного происхождения на природу незначительное.

После аварии на «Фукусиме-1» прошло больше девяти лет. Сегодня главный вопрос, который беспокоит специалистов, — что делать с радиоактивной водой, которую использовали для охлаждения топлива в разрушенных энергоблоках. К 2017 году большую часть воды изолировали в огромных цистернах на берегу. При этом грунтовые воды, которые соприкасаются с зоной заражения, тоже подвергаются заражению. Ее собирают с помощью насосов и дренажных колодцев, а затем очищают с помощью веществ-абсорбентов на основе углерода.

Резервуары для хранения радиоактивной воды с АЭС «Фукусима», 2019 год
© REUTERS/Issei Kato

Но один элемент все же не поддается такой очистке — это тритий, и вокруг него сегодня ломается больше всего копий. Запасы пространства для хранения воды на территории АЭС будут исчерпаны к лету 2022 года. Эксперты рассматривают несколько вариантов, что делать с этой водой: выпарить в атмосферу, захоронить или сбросить в океан. Последний вариант сегодня признан самым оправданным — и технологически, и с точки зрения последствий для природы.

С одной стороны, воздействие трития на организм еще плохо изучено. Какую концентрацию считать безопасной, точно не знает никто. Например, в Австралии нормативы его содержания в питьевой воде — 740 Бк/л, а в США — 76 Бк/л. С другой стороны, для здоровья человека тритий представляет угрозу только в очень больших дозах. Период его полувыведения из организма — от 7 до 14 дней. Получить значительную дозу за это время практически невозможно.

Еще одна проблема, которую некоторые эксперты считают бомбой замедленного действия, — бочки с отходами переработки ядерного топлива, захороненные в основном в Северной Атлантике, большая часть которых находится к северу от России или у берегов Западной Европы. Время и морская вода «съедают» металл, и в будущем загрязнение может усилиться, считает доцент Московского инженерно-физического института Владимир Решетов. Кроме того, вода из бассейнов-хранилищ отработанного топлива и отходы переработки ядерного топлива могут попадать в сточные воды, а из них — в океан.

Бомба замедленного действия

Химические производства представляют большую угрозу для сообществ водных живых существ. Особенно опасны для них такие металлы, как ртуть, свинец и кадмий. Благодаря сильным океаническим течениям они могут разноситься на большие расстояния и долго не оседать на дно. А у берегов, где находятся заводы, заражение охватывает прежде всего донные организмы. Они становятся пищей для мелких рыб, а те — для более крупных. Именно крупные хищные рыбы (тунец или палтус), которые попадают к нам на стол, более всего заражены.

В 1956 году медики в японском городе Минамата столкнулись со странным заболеванием у девочки Кумико Мацунага. Ее начали преследовать внезапные припадки, возникали трудности с движениями и речью. Через пару дней с такими же симптомами в больницу попала ее сестра. Затем опросы выявили еще несколько подобных случаев. Животные в городе также вели себя похожим образом. С неба падали вороны, у берега начали исчезать водоросли.

Власти образовали «Комитет по борьбе со странной болезнью», который обнаружил общую для всех зараженных черту: потребление местных морепродуктов. Под подозрение попал завод компании Chisso, который специализировался на производстве удобрений. Но причину удалось установить не сразу. Только через два года британский невролог Дуглас Макэлпайн, который много работал со ртутными отравлениями, выяснил, что причиной были ртутные соединения, которые сбрасывались в воду залива Минамата более 30 лет с момента начала производства.

Донные микроорганизмы преобразовывали сульфат ртути в органическую метилртуть, которая по пищевой цепочке оказывалась в мясе рыб и устрицах. Метилртуть легко проникала через клеточные мембраны, вызывая окислительный стресс и нарушая работу нейронов. В результате возникали необратимые повреждения. Сами рыбы защищены от воздействия ртути лучше млекопитающих за счет более высокого содержания в тканях антиоксидантов.

К 1977 году власти насчитали 2800 жертв болезни Минамата, в том числе случаи врожденной патологии плода. Главным следствием этой трагедии стало подписание Минаматской конвенции о ртути, запретившей производство, экспорт и импорт нескольких различных видов ртутьсодержащей продукции, в том числе ламп, термометров и приборов для измерения давления.

Жертва болезни Минамата, 1973 год
© AP Photo

Однако этого недостаточно. Большое количество выделяемой ртути производят угольные электростанции, промышленные бойлеры и домашние печи. Ученые подсчитали, что с начала промышленной революции концентрация тяжелых металлов в океане возросла в три раза. Чтобы стать относительно неопасными для большинства животных, металлические примеси должны переместиться на большую глубину. Однако это может занять десятилетия, предупреждают ученые.

Сейчас основной способ борьбы с такими загрязнениями — качественные системы очистки на предприятиях. Выбросы ртути угольными электростанциями можно уменьшить при помощи химических фильтров. В развитых странах это становится нормой, но многие страны третьего мира не могут себе их позволить. Другой источник металла — сточные воды. Но и тут все зависит от денег на системы очистки, которых нет у многих развивающихся стран.

Чья ответственность?

Сегодня состояние океана во многом лучше, чем 50 лет назад. Тогда по инициативе ООН было подписано много важных международных соглашений, которые регулируют использование ресурсов Мирового океана, нефтедобычи и токсичных производств. Пожалуй, самая известная в этом ряду — Конвенция ООН по морскому праву, подписанная в 1982 году большинством стран мира.

Есть и конвенции по отдельным вопросам: по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (1972 год), об учреждении международного фонда для компенсации ущерба от загрязнения нефтью (1971 и 1974 годы), об ответственности и компенсации за ущерб в связи с перевозкой морем опасных и вредных веществ (1996 год) и другие.

Свои ограничения принимают и отдельные страны. Например, Франция приняла закон, строго регулирующий сброс воды для фабрик и заводов. Морское побережье во Франции патрулируют вертолеты для контроля за сбросами танкеров. В Швеции емкости танкеров метят особыми изотопами, поэтому ученые, анализирующие нефтяные пятна, всегда могут установить, с какого конкретно судна был произведен сброс. В США мораторий на глубоководное бурение недавно был продлен до 2022 года.

С другой стороны, решения, которые принимаются на макроуровне, не всегда соблюдаются конкретными странами. Возможность сэкономить на защитных и фильтрующих системах есть всегда. Например, недавняя авария на ТЭЦ-3 в Норильске со сливом топлива реку, по одной из версий, произошла по этой причине. У компании не было оборудования, которое позволяет детектировать проседание грунта, что привело к трещине в резервуаре с топливом. А в 2011 году Комиссия Белого дома по расследованию причин аварии на платформе Deepwater Horizon пришла к выводу, что к трагедии привела политика компании BP и ее партнеров по снижению затрат на обеспечение безопасности.

По мнению старшего советника программы по устойчивому морскому рыболовству WWF России Константина Згуровского, для предотвращения катастроф нужна система стратегической экологической оценки. Такая мера предусмотрена Конвенцией об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте, которую подписали многие государства, включая страны бывшего СССР – но не Россия. «Подписание и использование СЭО позволяет заранее, до начала работ, оценить долгосрочные последствия того или иного проекта, что дает возможность не только снизить риск экологических катастроф, но и избежать лишних затрат на проекты, которые могут быть потенциально опасны для природы и человека».

Еще одна проблема, на которую обращает внимание доцент кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития» Анна Макарова, – отсутствие мониторинга захоронений отходов и законсервированных производств. «В 90-е годы многие разорились и бросили производство. Прошло уже 20-30 лет, и эти системы начали просто разрушаться. Брошенные производства, брошенные склады. Собственника нет. Кто за этим следит?». По мнению эксперта, предупреждение катастроф – это в большей степени вопрос управленческих решений: «Критично время реагирования. Нужен четкий протокол мер: какие службы взаимодействуют, откуда берется финансирование, где и кем анализируются пробы».

Научные же вызовы связаны с изменением климата. Когда в одном месте тают льды, в другом начинаются шторма, океан может вести себя непредсказуемо. Например, одна из версий массовой гибели животных на Камчатке – вспышка численности токсичных микроводорослей, которую связывают с потеплением климата. Все это предстоит изучать и моделировать.

Пока ресурсов океана хватает, чтобы залечивать свои «раны» самостоятельно. Но однажды он может предъявить счет и нам.