А Ви знаєте механізми, які забезпечують саме очищувальну здатність водойм і мають велике значення в загальному круговороті речовин водних екосистем?!
Очисна здатність водойм (Self-purification (of waters)) - явище унікальне і досить складне, оскільки ґрунтується на взаємодії гідрологічних, фізичних, біологічних і хімічних механізмів, спрямованих на звільнення екосистеми від продуктів метаболізму і відмирання тварин і рослин, а також забруднень, які надходять з антропогенних джерел.
Інтенсивність процесу залежить від обсягу води і дії чинників перемішування водних мас (течія і вітер), кількості сонячної радіації і суми активних температур. У значній мірі, самоочищення водойм залежить від географічного положення, морфометрії та геологічних умов. У теплих поясах самоочищення водних екосистем відбувається швидше, ніж у холодних, а в зимовий період - менш інтенсивно, ніж у літній.
До фізичних факторів самоочищення відноситься, перш за все, седиментація - осадження нерозчинених органічних (відмерлі організми, фекалії, злущений епітелій, слиз) і мінеральних речовин (частинки піску, глини, мулу, вапняків, солей металів тощо). Інфузорії, губки, черви, молюски, личинки комах та інші водні організми забезпечують біологічну седиментацію. Наприклад, інфузорії рухом джгутиків створюють навколо себе завихрення води, до яких втягуються органічні слизові та мінеральні мікрочастинки. Внаслідок злипання між собою, такі частинки швидше осідають на дно. Частинки корму коловерток осідають з потоком води, що утворює коловоротний апарат цих гідробіонтів. Губки також осаджують мікрочастинки, що відбувається після проходження води через спеціальні камери їх організмів. Тому, досить часто, біологічна седиментація переважає фізичну. За температури вище 4 °С осадження мінеральних часток прискорюється за рахунок зменшення щільності води.
У процесах біологічного самоочищення водойм виділяються дві фази: анаеробна і аеробна. Анаеробна фаза характеризується утворенням проміжних продуктів з органічного матеріалу, які зазнають гниття, переважно, за рахунок життєдіяльності бактерій і деяких найпростіших. В аеробних умовах у розкладі органічної речовини бере участь велика кількість різноманітних груп гідробіонтів, перш за все, інфузорії, коловертки, водорості та інші організми планктону, нектону та бентосу.
Важливе значення фотосинтезуючих організмів у процесі самоочищення, вперше відмітив проф. Н.С. Строганов (1902-1982). Він писав, що за самоочищення ставків, які заповнені стоками, необхідний для проходження цих процесів кисень виділяється фотосинтезуючим фітопланктоном. Це припущення підтвердили інженери, які організовували очищення побутових стоків у рибоводних ставках. У цілому, і фітопланктон і вища водна рослинність як антагоністи бактерій грають важливу роль не тільки в процесах мінералізації органічної речовини, а й у формуванні санітарно-гігієнічного стану водойм. Так, вищі рослини активно поглинають із води азот і фосфор, вибірково калій, залізо, хлор і марганець, що особливо інтенсивно відбувається в період їх посиленого зростання і розвитку. Поглинаючи та акумулюючи в собі біогенні елементи та органічні сполуки, вища водна рослинність розкладає пестициди та інші забруднюючі речовини, які потрапляють у водні об'єкти внаслідок діяльності людини. Двустволкові молюски, наприклад, пропускають крізь себе за добу до 3 л води на 1 особину, тим самим очищуючи її від сторонніх домішок, у тому числі й від зважених часток.
Взагалі, всі гідробіонти здатні акумулювати розчинені у воді речовини, зокрема токсичні та радіоактивні, що після відмирання організмів депонуються в донних відкладах. Акумуляція здійснюється за фізичними законами сорбції, а також як наслідок метаболізму гідробіонтів. Цей фільтр весь час відновлюється і працює безперервно. Співвідношення вмісту токсичної речовини в тканинах організму і в навколишньому середовищі відображує коефіцієнт накопичення (концентрування), величина якого може сягати десятків і сотень тисяч. Наприклад, для дафній коефіцієнт накопичення бенз(а)пірену складає 13000, метилртуті - 4000, ДДТ - 23000. Середній коефіцієнт накопичення ртуті вищими водоростями - 550, зоопланктоном і бентосом - 2240, рибами - 2700. Як правило, значення коефіцієнта тим вище, чим меншим є вміст елемента у воді. При цьому, коефіцієнт накопичення може змінюватись залежно від стану організмів та параметрів водного середовища, які безпосередньо сприяють проникненню речовини до тканин організму.
У свою чергу, хімічні процеси самоочищення, що протікають у водоймах, міцно пов'язані з біологічними та реалізуються у вигляді механізмів позбавлення організмів від чужорідних речовин (біотрансформації). Це забезпечують реакції окислення, відновлення і гідролізу, що мають місце при загальному обміні речовин організмів. Згодом, хімічно активні групи чужорідних молекул виявляються пов'язаними з молекулами організму або зруйнованими під дією їх ферментів. Так підвищується водорозчинність токсичних елементів, що і сприяє їх переходу в нетоксичні форми.
Однак, іноді, при перетворенні чужорідних сполук, в організмі можуть утворюватися більш токсичні похідні, ніж вихідні речовини. Таке явище прийнято називати летальним синтезом. У подібних випадках, гідробіонти відчувають віддалені індивідуальні наслідки інтоксикації, які з часом призводять до певних змін у трофічній структурі водних екосистем, що згодом негативно впливає на самоочисну здатність води.
Напрямок та швидкість хімічних і біохімічних процесів визначає величина окисно-відновного потенціалу природних вод, яка залежить від концентрації вже згадуваного кисню. Концентрація розчиненого у воді кисню на рівні 5 мг/дм3 вважається мінімально необхідною аби запобігати негативним наслідкам процесів денітрифікації та сірководневого бродіння в водоймі. До того ж, це забезпечує водорозчинність органічних речовин донних відкладень, підвищення рухливості заліза, марганцю та інших елементів. Іншими словами, вміст кисню у воді відображує біологічну активність водного середовища.
Отже, розглянуті механізми мають велике значення в загальному кругообігу речовин у водних екосистемах, трансформації та перетворенні різних за походженням елементів, їх міграції та розподілу, що в сукупності становить надзвичайно важливий природний процес - самоочищення води.
Автор: Ольга Белова