Системи самоочищення

У системах самоочищення будь-якої водойми взаємодіють фізико-хімічні та біологічні процеси. Так, осідання мінеральних часток на ділянках річки з уповільненою течією або насичення киснем холодних бурхливих гірських річок – чисто фізичні процеси. Регулювання іонного складу природних вод відбувається як за фізико-хімічним, так і за біологічним шляху. Освіта нерозчинних сполук, постійний протока, іонообмінні процеси, пряме окислення органічних речовин розчиненим киснем – в основі своїй фізико-хімічні процеси. Разом з тим водна рослинність активно поглинає іони фосфатів і нітратів, здійснює активний газообмін, поглинає з води багато біогенні елементи, вводячи їх в трофічні мережі водних екосистем. Провідну роль в окисленні органічних домішок грають мікроорганізми.

У водоймах, в яких відсутня або вкрай слабо відбувається обмін води, в озерах і повільно поточних річках, кількість біогенних елементів поступово накопичується. Це веде до посиленого розвитку водоростей і вищих водних рослин, збільшення різноманітності і загальної чисельності самих різних водних тварин. Надалі, коли концентрація біогенних елементів ще підвищується, досягається її рівень (різний у різних кліматичних умовах), при якому починається «цвітіння води» – бурхливий розвиток планктонних водоростей і синьо-зелених, поступово пригнічують інші форми життя. Інтенсивне відкладення мулу, наступ мохових сплавини з берегів переводять цей процес евтрофікації в заболочування.

Дуже великий внесок у самоочищення вод тварин – мешканців водойм. Переробляючи в харчових зв’язках органічна речовина, створене рослинами, тварини-консументи частина цієї речовини розкладають до вихідних простих сполук – води і вуглекислого газу, інше у вигляді екскрементів переходить у форму, найбільш ефективно використовувану мікроорганізмами-редуцентами. Частина органічної речовини відкладається в донних мулах.

Особливу роль у підтриманні чистоти води грають тварини, що харчуються живими і мертвими бактеріями, водоростями, найпростішими, яких вони захоплюють, проціджуючи воду через спеціальні «мережі», вельми різні у різних груп. До таких тварин-фільтраторів відносяться багато планктонні (мешкають у товщі води) і бентосні (що живуть на дні) найпростіші, коловертки, многощетінковиє черв’яки, більшість видів двостулкових молюсків, багато сидячі і планктонні ракоподібні, все губки. Особливо поширений цей найдавніший спосіб харчування серед морських організмів.
Висока якість води найбільш чистих прісноводних озер і річок сильно залежить від видового складу та чисельності тварин-фильтраторов. Зрозуміло, фильтратори не можуть існувати в абсолютно чистій воді, абсолютно позбавленої харчових часток. Але у водоймах, існуючих досить довго, щоб еволюція могла йти в постійних умовах, виникає конкуренція за їжу між фильтраторами. Еволюційні переваги отримують види, найбільш ефективно фільтруючі воду. Відбір у таких видів йде в напрямку вдосконалення фільтруючого апарату, яке часто супроводжується уповільненням зростання і переважним розвитком найбільш економних біохімічних механізмів, що дозволяє обходитися невеликою кількістю їжі. У результаті такі досконалі фильтратори здатні доводити воду своїх водойм до дуже високих показників чистоти.

До числа найбільш поширених прісноводних тварин-фильтраторов відносяться всім відомі перловіци і беззубки – двостулкові молюски, в достатку живуть в багатьох наших річках. Кожна беззубка пропускає через свої зябра-фільтри кілька літрів води на добу. Вона може підтримувати високу прозорість води в акваріумі. Правда, тим, хто захоче скористатися цим «живим фільтром» для свого акваріума, слід пам’ятати, що на період розмноження її не можна залишати в акваріумі з рибками: личинки беззубки, глохидии, паразитують на рибах. Багатомільйонні популяції цих молюсків в річках очищають їх воду не тільки від мікробів і органічних частинок, але і від зважених мінеральних часток і дрібних крапельок нафти. Неїстівні частинки захоплюються разом з їстівними, проходять травний тракт і, Склеюючись в нерозчинну масу, з екскрементами молюсків опиняються в донних мулах.
При значному підвищенні забрудненості, особливо при підвищенні концентрації шкідливих речовин, настає масова загибель молюсків-фильтраторов, їх чисельність і, відповідно, сумарна фільтруюча діяльність катастрофічно падають. Це веде до наростання забрудненості, придушення безлічі інших видів, вимогливих до чистоти води. Екосистема спрощується і переходить на інший щодо стаціонарний рівень з менш сприятливим балансом надходження і видалення шкідливих домішок. Відновлення такої екосистеми вимагає вже не тільки значного зниження шкідливих скидів, але і дуже великих витрат на її реконструкцію або багатьох десятків, а то і сотень років на самовідновлення в процесі вторинної сукцесії – послідовного відновлення груп видів, пристосованих до все більш чистій воді і здатних все більш ефективно її очищати.

До числа найбільш чистих водойм на Землі належить знаменитий Байкал, величезна сибірське озеро, що містить 1/5 частина всіх світових запасів поверхневих прісних вод. Він існує більше 20 мільйонів років. Харчуючись чистою водою гірничо-тайгових річок і скидаючи надлишок води в Ангару, Байкал зберігає дуже низький рівень мінералізації. Обитающий тільки в Байкалі веслоногих рачок епішура дуже ефективно очищає воду від бактерій, водоростей і органічних частинок. Епішура не тільки підтримує якість байкальської води на рівні «вищих кондицій», але і служить основним кормом знаменитого байкальської омуля. Весь комплекс тварин і водних рослин Байкалу, більш ніж наполовину ендемічний (який складається з видів, більш ніде не зустрічаються), пристосований до дуже чистій воді. Епішура як вид, що забезпечує цю чистоту, виявляється ключовим у всій екосистемі. У той же час сам цей рачок дуже чутливий до складу води, і порівняно невелике підвищення вмісту шкідливих домішок може істотно придушити або навіть знищити цей вид, що призведе неминуче до практично необоротного погіршення якості Байкальської води, загибелі омуля і багатьох інших ендемічних видів. Збереження екосистеми Байкалу не тільки економічно доцільно, маючи на увазі високу цінність води такої чистоти, а й наш обов’язок перед людством. Байкал – в усіх відношеннях унікальний природний комплекс, його геологічні, гідрологічні та біологічні особливості становлять інтерес і як об’єкт наукових досліджень, і як безумовна естетична цінність.

Ще один приклад водної екосистеми, підтримуючої високий ступінь чистоти води як умову свого існування, – екосистеми річок Північної Європи, центральна ланка яких становить пара взаємозалежних видів – молюск і риба. Риба ця – благородний лосось, або сьомга. Як переважна більшість лососів, сьомга росте і досягає половозрелости в море (правда, частина популяції самців чисто прісноводна), а на ікрометання входить в річки, піднімаючись до їх верхів’їв, де і відкладає ікру. Обов’язкова умова успішного розвитку ікри і молоді сьомги – чистота води і високий вміст в ній кисню. Це можливо тільки при низькому вмісті в воді органічних сполук і залишків організмів, здатних при мікробіологічному розкладанні активно поглинати кисень. Необхідна якість води забезпечується високою чисельністю дуже ефективно діючого фільтратора – двостулкового молюска прісноводної жемчужніци. Різке зниження чисельності жемчужниц через їх перелову або забруднення води скидами, до якого вони дуже чутливі, призводить до стійкого погіршення показників чистоти води. Це, в свою чергу, веде до сильного зниження чисельності сьомги, ікра та мальки якої не можуть вижити в забрудненій воді. Залежність сьомги від жемчужніци очевидна.

Але й жемчужница залежить від сьомги, оскільки її личинки – глохидии – розвиваються, паразитуючи на зябрах і шкірі сьомги і деяких інших риб. З усіх можливих тимчасових господарів глохідій жемчужніци тільки сьомга забезпечує їх високу виживаність: сполучена еволюція цих видів створила гарну пристосованість їх один до одного. Крім того, будучи прохідний рибою, сьомга «засіває» личинками жемчужніци практично всю річку, аж до її верхів’їв. Залежність жемчужніци від сьомги теж очевидна. Таким чином, зниження чисельності будь-якого члена пари жемчужница-лосось призводить до зниження чисельності другого члена пари, а це веде до стійкого погіршення чистоти води і зміні всієї екосистеми на іншу, яка не має у своєму складі цих таких цінних для людини видів.

Про колишню великій кількості цих видів російською Півночі можна судити з широкого розповсюдження високоякісного «російського перлів» в побуті наших предків, в обробці парадних одягів царів, бояр і церковних ієрархів. Історикам відомо, що, наймаючись на роботу, в Шотландії, як і російською Півночі, робітники часто включали в угоду з господарем умова – не годувати їх сьомгою частіше двох разів на тиждень (як просто сучасним підприємцям виконати цей пункт договору!). Ще в минулому столітті малосольная сьомга, як і семужьіх ікра, були звичайним блюдом на святковому столі навіть у небагатих російських сім’ях. Однак інтенсивний збір річкових перлів, при якому губілісь сотні молюсків заради однієї перлини, перелов сьомги, потім лісосплав, забруднює воду органікою, стоки все зростаючого числа промислових підприємств одну за одною позбавляли північні річки і жемчужніци, і сьомги. Остання річка Росії, в якій обидва види ще досить численні, Варзуга, незважаючи на хорошу охорону сьомги, теж почала втрачати обидва види через тривале лісосплаву. Якщо в найближчі роки не вдасться вирішити соціальні проблеми місцевого населення і відмовитися від лісозаготівель по берегах річки і лісосплаву, то і в цій річці обидва види будуть поставлені на межу зникнення (читайте так само статтю “Охорона океанів”).

ПОДІЛИТИСЯ: