CC BY
301
Вестник ДВО РАН. 2011. № 2
УДК 551.35.463
В.В.ЖАРИКОВ, Б.В.ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ, А.М.ЛЕБЕДЕВ
Геоэкологическое состояние полигона дампинга грунта у острова Лисий (залив Находка)
Одно из самых опасных последствий дампинга в сублиторальной зоне моря - неизбежное вовлечение в круговорот загрязняющих веществ, которые даже после осаждения взвешенного материала являются источником вторичного загрязнения морской среды. Сведений об экологическом состоянии мест постоянного дампинга загрязненных грунтов крайне мало, что сильно затрудняет создание методики их использования и перманентного выведения загрязняющих веществ из оборота. Первый опыт исследования полигона у острова Лисий дает материал для выработки общей стратегии управления дампингом в морской среде.
Ключевые слова: дампинг, загрязняющие вещества, геоэкология, подводное ландшафтное картографирование.
Geoecology of marine damping site of Lissi Island (Nakhodka bay). V.V.ZHARIKOV, B.V.PREOBRAZHEN-SKY, A.M.LEBEDEV (Pacific Institute of Geography, FEB RAS, Vladivostok).
One of the most dangerous consequences of damping in sublittoral sea zone is unavoidable involvement of pollutants in circulation which even after sedimentation of suspended matter are the source of secondary pollution. Data on ecological state of regular damping of polluted soils are rather scant, which seriously complicate to work out the general strategies of its use and permanent removal of polluting substances from circulation. The initial geoecological investigation of the polygon at Lissi Island gives some positive material for the working out the strategies of damping management in marine environment.
Key words: damping, pollutants, geoecology, underwater landscape mapping.
Подводные морские свалки грунта возникают при проведении дноуглубительных работ и портовом строительстве в результате сброса изъятых материалов, поскольку транспортировка и перегрузка грунта на сушу обычно дороги и громоздки. Оперативное решение сопутствующих экологических проблем часто становится невозможным из-за неясного статуса мест дампинга и отсутствия нормативных актов, регламентирующих принятие решений о выдаче разрешений на ведение этого вида хозяйственной деятельности.
Данные по влиянию свалок грунта на качество морской среды практически отсутствуют, специальные исследования и комплексные оценки их состояния крайне фрагментарны не только на Дальнем Востоке, но и во всей России [1, 4, 6]. Одно из самых опасных последствий дампинга - вовлечение в круговорот загрязняющих веществ, которые даже после осаждения взвешенного материала являются источником вторичного загрязнения водной среды, донных осадков и пляжевых отложений.
Цель настоящей работы - оценка геоэкологического состояния одного из наиболее используемых в Приморье полигонов дампинга, существующего с конца 1940-х годов у
*ЖАРИКОВ Василий Валерьевич - кандидат географических наук, заведующий лабораторией, ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ Борис Владимирович - доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, ЛЕБЕДЕВ Андрей Майевич - кандидат географических наук, научный сотрудник (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток). *Е-таі1: [email protected]
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов ОНЗ 09-І-ОНЗ-18 и ДВО РАН 09-Ш-09-509.
Рис. 1. Район исследования у о-ва Лисий (зал. Находка)
о-ва Лисий в зал. Находка (рис. 1). Исследования были организованы по инициативе ФГУ «Тихоокеанская дирекция по техническому обеспечению надзора на море» и проводилось сотрудниками лаборатории морских ландшафтов ТИГ ДВО РАН в начале октября 2008 г.
Материал и методы
Полевые исследования включали отбор проб воды и грунта для гидрохимического анализа, изучение геоморфологии района (эхолотные промеры глубин) и картографирование подводных ландшафтов. Работы проведены с использованием легководолазного снаряжения.
Контур полигона исследований образован южной береговой линией острова между точками (42,75443° аш., 132,89992° в.д. и 42,76458° с.ш., 132,91422° в.д.) и линиями, соединяющей эти точки с морской границей полигона (42,75450° с.ш., 132,91683° в.д.; 42,76350° с.ш., 132,91683° в.д.; 42,74883° с.ш., 132,90933° в.д.).
Образцы воды из поверхностного и придонного слоев и пробы грунта отбирали в 20 точках, равномерно распределенных по площади полигона, и немедленно доставляли в лабораторию1. Всего отобрано 20 проб грунта и 40 проб воды. Перечень определяемых показателей включал концентрации кадмия, свинца, меди, цинка, железа, хрома, марганца и нефтепродуктов (НП).
1 Анализы проводили в лаборатории Экоаналитика (Аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.516028 8) под руководством И.Г.Лисицкой.
Гидрологические исследования, проведенные синхронно по всему полигону в одну приливную фазу, включали измерение температуры поверхностной воды, скоростей и направления течения на горизонте 10 м с использованием дрейфующих буйков с заглубленными плавучими якорями.
Эхолотное профилирование (более 5 000 точек) проведено с использованием GPS-приемника, снабженного эхолотом и встроенным датчиком температуры. Модель рельефа и карты пространственного распределения гидрохимических показателей и температуры построены в программе Surfer 9.
Ландшафтные работы выполнены в соответствии с принятой в лаборатории морских ландшафтов ТИГ методикой подводного ландшафтного картографирования с применением легководолазного снаряжения. Ландшафты выделяли в соответствии с разработанной ранее системой визуальных картировочных признаков и классифицировались на основе типологии и номенклатуры прибрежных донных ландшафтов Японского моря [2, 7].
Картировочные маршруты на приостровном мелководье ориентировались поперек поясов подводных ландшафтов. Подробные описания субаквальных ландшафтов в каждой точке отбора проб сопровождались фото- и видеосъемкой цифровыми камерами Olympus C-4000 Zoom (с боксом IKELITE), Sony DSC-T70 (бокс MPK-THE) и видеокамерой Panasonic NV-VX 500 со специально изготовленным боксом.
Пространственную привязку полевых наблюдений обеспечивали навигаторы GARMIN GPS 72 и GPS 420s. Для просмотра, создания и редактирования точек наблюдений, промерных галсов и траекторий дрейфа буйков использовали ПО MapSource. Топографическая основа, загруженная в навигаторы и ПК, создана на базе батиметрических данных с карт масштаба 1 : 25 000. При составлении карты подводных ландшафтов в качестве картографической основы принят основанный на GPS-привязках абрис береговой линии острова.
Результаты и обсуждение
О-в Лисий площадью около 0,6 км2 расположен у западного побережья зал. Находка. Центральная часть острова гористая, максимальная высота 123,9 м. Берега острова, за исключением северо-западного, обрывисты. Результаты построения модели подводного рельефа полигона по данным эхолотных промеров представлены на рис. 2.
На восточном склоне острова скалистый клиф круто (70-90°) уходит под воду до глубины 10 м, где переходит в подводную платформу с уклоном 15-20°. На глубине 20 м подводный склон выполаживается и образует широкую платформу, прорезанную в юго-западной части ложбиной глубиной до 30-35 м. В центральной части полигона восточнее ложбины над платформой возвышается гряда насыпного грунта, протягивающаяся на северо-восток за границу полигона. Серии форм мезо- и микрорельефа, распространенные по склонам гряды, также интерпретируются как следы дампинга.
В результате промеров на месте некогда единой впадины с глубинами
до 35 м выявились две не обозначенные на гидрографических картах банки, поднимающиеся до 10 м. Расчеты показывают, что при исходной глубине 25-35 м здесь над уровнем дна насыпан удлиненный холм высотой от 5 до 25 м, длиной свыше 1,5 км и общим объемом около 2-2,5 млн м3. Это составляет около четверти общего объема выемки грунта в зал. Находка за последние 25 лет [5]. Сбрасываемые грунты имели различный литологический состав, очень часто были насыщены нефтепродуктами, содержали металлолом и строительные отходы. Вершины этой гряды могут представлять опасность для судов, тем более что через полигон без учета новых гидрографических объектов проходит рекомендованный путь для танкерного флота.
По анализу дрейфа буйков оценили скорость течений (до 20 см/с), их направление и траектории на горизонте 8-10 м, выделив две конвергируюшие ветви циклонического и антициклонического направления, обтекающие искусственную банку, сформированную сброшенным в воду материалом. В результате сопоставления распределения температуры в поверхностном слое воды, скоростей и направления течений выявлены явственные пространственные неоднородности, интерпретируемые нами как проявление локальной сезонной гидродинамической ситуации, возникающей у берега острова за счет компенсационного подъема холодных водных масс (+3-4°С) при сгоне относительно теплой (+6-7°С) воды поверхностного слоя северными ветрами. Таким образом, апвеллинговая природа течений, омывающих полигон дампинга, по крайней мере, в период наблюдений, становится очевидной.
Результаты химического анализа воды на содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в сопоставлении с величинами ПДК* представлены на рис. 3. Для сравнения полученных показателей с фоновыми концентрациями и уровнями превышения ПДК использованы материалы, обобщившие практически все опубликованные материалы на эту тему и первичные данные отчетов экспедиций, проводившихся в этом районе [5]. Во время исследований концентрации кадмия, хрома и марганца не превышали значений ПДК, находились в пределах, указываемых для зал. Находка ранее.
Содержание в воде железа как у поверхности, так и у дна превышало ПДК в 1,5 раза, а меди - на порядок, что в 2-3 раза больше средних значений в 1990-2004 гг.
Результаты исследования воды и осадков выявили неравномерное пространственное распределение содержания тяжелых металлов и НП (рис. 4). Распределение концентраций железа в пространственных локализациях отчетливо подчеркивает контуры температурной аномалии апвеллинга. При построении карт пространственного распределения концентраций отдельных металлов выявились связи между полями их распределения в донном осадке, в придонной воде и в поверхностном слое над полигоном. Это свидетельствует об активном процессе вертикального выноса загрязнителей с полигона в окружающую морскую среду. Фактически ожидаемой иммобилизации загрязнителя при дампинге не происходит, и полигон служит источником постоянного вторичного загрязнения прилегающей акватории.
* Здесь и далее использованы ПДК для водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение.
Рис. 3. Средние концентрации тяжелых металлов (мг/л) в поверхностном (1) и придонном (2) слоях воды и значения ПДК (3)
Рис. 4. Распределение железа (мкг/кг), меди, свинца, нефтепродуктов (мг/кг) в поверхностном (а), придонном (б)
Карты распределения металлов и нефтепродуктов на морском дне позволяют идентифицировать множественность центров концентрации, что говорит о размещении масс загрязненного грунта из различных источников в разное время. При этом фиксируется массированное размещение опасных концентраций всех токсичных элементов на юго-западной границе полигона.
По результатам картографической съемки выделены следующие типы подводных ландшафтов и построена карта их распространения на полигоне (рис. 5).
слоях воды (мг/л) и грунте (в)
Саксозий формируется на почти вертикальных скальных поверхностях прибрежных выходов коренных пород и опускается до глубины более 15 м. Растительность в самом верхнем ярусе представлена водорослевой мозаикой с проективным покрытием, доходящим до 100%. Кроме ламинарии японской здесь обычны Dictiota dichotoma, Rhodimenia stenogona, Rhodomela sp., Laurenсia sp., Gigartina sp., Pelvetia sp., Fucus sp. Этот ярус имеет отчетливую нижнюю границу на глубине не более 1,5 м. Ниже по склону водорослевая
Рис. 5. Карта-схема подводных ландшафтов полигона у о-ва Лисий
мозаика сменяется ярусом известковых водорослей родов Lithothamnion и Corallina, покрывающих скальную поверхность на 50-70%.
Макрозообентос представлен главным образом иглокожими, среди которых наиболее многочисленны морские звезды Patiria pectinifera (3-5 экз./м2) и Asterias amurensis (0,3-0,5 экз./м2), реже встречаются Evasterias retifera, Lethasterias fusca и Lysastrosoma anthosticta. Плотность поселений морских ежей Strongylocentrotus nudus доходит до 10 экз./м2, реже встречаются S. intermedius (0,1-0,3 экз./м2), единичны трепанги Apostichopus japonicus. Из брюхоногих моллюсков наиболее многочисленны Littorina squalida, Acmaea pallida и Nucella heyseana; из двустворчатых обычны Crenomytilus grayanus. Створки мидий, оторванных штормами от субстрата, образуют вал высотой до 10-20 см и шириной 2-3 м, тянущийся вдоль подводного основания скального склона.
Концизий формируется на валунном развале, который тянется неширокой полосой вдоль нижней кромки коренного склона на глубине 12-13 м. Уклон дна незначительный - не более 3-5°, рельеф без больших перепадов, осложненный редкими валунами до 0,4-0,5 м в диаметре, на 30-40% покрытыми известковыми водорослями родов Corallina Lithothamnion. Участки между валунами заполнены смесью среднезернистого и крупнозернистого песка с галькой и фрагментами створок мидий. На поверхности песка заметны отверстия полихет диаметром 0,5-1 см.
Зообентос фации отличается относительным обилием и видовым разнообразием. Это прежде всего двустворчатые моллюски C. grayanus, образующие друзы по 2-3 экземпляра, и заметно уступающие им в численности Modiolus difficilis. Иногда на валунах встречаются Pododesmus macrochisma, совсем редки Swiftopecten swifti. Обычны одиночные и
группами по 2-3 экземпляра асцидии Halocynthia aurantium. Морские ежи S. nudus при средней плотности 0,3-0,5 экз./м2 образуют скопления до 15-25 экз. Значительно реже встречаются S. intermedius (0,05-0,1 экз./м2). Среди звезд доминирует P. pectinifera (3-5 экз./м2), обычны Asterias amurensis, Distolasterias nippon, Aphelasterias japonica. Из ракообразных наиболее многочисленны Pagurus middendorffii, P. brachiomastus, обычны мелкие креветки, водорослевые крабы Pugettia quadridens.
Пельтий располагается полосой шириной 30-40 м в диапазоне глубин 13-18 м на слабонаклонной поверхности, сформированной некрупными уплощенными валунами, галькой, щебнем, пространства между которыми заполнены заиленным песком и раковинной дресвой.
Макрофитобентос представлен разреженными поселениями Ulva fenestrata, Ptilota filicina, единичными талломами Turnerella mertensiana и Polysiphonia sp. Повсеместно встречаются известковые красные водоросли Bossiella cretacea и Lithothamnion sp. с общим проективным покрытием до 20-40%. На более приглубых участках макрофиты, за исключением известковых водорослей, практически отсутствуют.
Ведущими формами макрозообентоса являются иглокожие S. nudus (0,3-0,5 экз./м2) и двустворчатые моллюски - C. grayanus небольшими друзами по 2-3 экз. в каждой. Плотность поселений ежей S. intermedius не превышает 0,05 экз./м2. Среди морских звезд особенно многочисленны Patiria pectinifera и Asterias amurensis, обычны Distolasterias nippon, Aphelasterias japonica. Встречаются бугорчатые асцидии, единичны Halocynthia aurantium и хитоны. Единичны двустворки Swiftopecten swifti и Callista brevisiphonata, редки Cardi-um sp. и P. macrochisma. Из гастропод особенно многочисленны Littorina squalida и Acmaea pallida, значительно более редки Nucella heyseana.
С глубиной пельтий постепенно переходит в равнину, осложненную холмообразными антропогенными формами микро- и мезорельефа. Дно между ними сложено песчанистыми обводненными илами с вкраплением раковинного материала. Строго говоря, фации равнины с плавными размытыми границами и обедненным по видовому составу бентос-ным населением представлены серией домифорных ландшафтов, которые здесь рассмотрены как одна группа.
Ландшафты домифорной группы. На участках, не подвергавшихся прямому воздействию дампинга, поверхность дна нарушена перфорациями диаметром 2-3 мм, конусами спиралевидных фекалий, группами тонких пеллет, отверстиями диаметром от 0,1 до 2-3 см, кратерами диаметром до 6-7 см и высотой до 3 см. Встречаются плотные ковры из тонких выступающих над поверхностью грунта трубочек зарывающихся полихет. В эпифауне преобладают офиуры, на небольших участках образующие сплошную сетку.
Фитобентос почти отсутствует, исключение составляют единичные талломы Codium sp., Laminaria cichorioides и редкие обрывки листьев Zostera. На встречающемся крупнообломочном материале и твердых антропогенных субстратах (как правило, это бетонные фрагменты строительных конструкций) селятся мелкие Patiria pectinifera, Styella clava, единичные мелкие балянусы.
Подчеркнем, что диагностическим признакам фаций домифорной группы вполне соответствуют ландшафты лишь небольшой части полигона, примыкающей с мористой стороны к основанию подводного берегового склона острова. Большая же часть площади несет отчетливые следы дампинга: нерегулярно расположенные повышения и понижения рельефа с перепадами до 0,5-1 м. Грунт - заиленный глинистый песок и глина с разбросанным по поверхности грубообломочным материалом. Сверху лежат куски плотной глины и строительный мусор. В результате размывания и взмучивания глинистых материалов дампинга придонный слой воды несмотря на штилевую погоду в период наблюдений, исключающую воздействие ветрового волнения на глубинах более 15-20 м, был настолько замутнен, что это заметно снизило качество полученных фотографий и видеоматериалов.
Фитобентос представлен преимущественно корковыми известковыми водорослями на поверхностях, появившихся в результате дампинга, а также полузасыпанными осаждающимся материалом фрагментами талломов бурых водорослей. Зообентос в этом ландшафте очень беден как по видовому составу, так и по обилию, представлен главным образом полихетами в кожистых трубках, образующими небольшие по площади колонии. Крайне редко на твердом субстрате встречаются актинии Metridium senile и асцидии Halocintia aurantium.
В 1994 г. в зал. Находка в рамках хоздоговорных работ специалисты из ИБМ ДВО РАН и ДВГУ проводили гидробиологическую съемку, подробно описали донные сообществ акватории, прилегающей к берегам о-ва Лисий [5]. Это, пожалуй, единственное исследование подводных биотопов и характерных биоценозов, с которым в определенной мере можно соотнести полученные нами результаты ландшафтного картографирования полигона. По результатам гидробиологической съемки от уреза воды до глубины 1-2 м на скалистом субстрате был зафиксирован пояс Balanus rostratus и Crenomytilus grayanus с проективным покрытием до 100%. В настоящее время биоценоз усоногих раков и друз мидий не образует непрерывного пояса, а отмечается лишь на отдельных участках у самой поверхности воды. На глубинах до 5 м доминирующим видом макрофитобентоса был Phyllospadix iwatensis с проективным покрытием до 40%. По результатам нашей съемки, эта морская трава встречалась лишь отдельными куртинами, не образующими значительного проективного покрытия. В интервале глубин 5-15 м характеристики доминирующих группировок макробентоса практически не изменились.
Таким образом, результаты исследования структуры ландшафтов позволяют сделать вывод о том, что на части полигона, расположенной выше перегиба подводного склона острова до глубин около 15 м, где физическое влияние дампинга минимально, набор донных фаций и их чередование соответствуют типичной последовательности, характерной для фаций открытых скалистых побережий южного Приморья.
Более глубоководные фации полигона прямо подвержены действию факторов, связанных с дампингом. Так, при засыпании слоем осадка, превышающим вертикальные размеры организмов, происходит их гибель [8]. И хотя имеются многочисленные сведения о быстрой реколонизации новых субстратов, изменение гранулометрического состава донных отложений и наличие токсичных веществ являются очевидным препятствием для восстановления бентосных сообществ [3]. Учитывая, что в условиях активной прибрежной гидродинамики значительная часть материала дампинга транспортируется придонным массами воды, можно предположить, что складируемый грунт является одним из существенных источников загрязнения на акватории зал. Находка. Кроме того, сброс и увеличение мощности потоков твердого вещества нарушают естественный ход литодинамических процессов, изменяют состав донных и пляжевых отложений в береговой зоне моря.
Выводы
Анализ геоэкологической обстановки на полигоне по данным о рельефе, гидродинамической обстановке и пространственному распределению поллютантов обнаруживает, что у берегов о-ва Лисий не происходит того, что должно быть основной целью организации участка дампинга, - захоронения, т.е. иммобилизации опасных веществ и вывода их из оборота. Грунт, сброшенный в зоне воздействия штормового волнения и ветровых течений, служит источником вторичного и (в современном состоянии) перманентного опасного загрязнении прилегающей акватории.
Для решения этой проблемы необходимо пересмотреть и реорганизовать технологию сброса грунтов в этом месте. Уже сброшенные грунты должны быть захоронены, т.е. перекрыты безопасным в гидрогеохимическом отношении слоем. Обязательным, по нашему мнению, является расширение площади полигона и организация непрерывного
мониторинга качества и количества поступающего грунта и геоэкологического состояния окружающих биоценозов и ландшафтов. Полученные в этой работе результаты могут расцениваться как начало такого мониторинга.
При соблюдении этих требований полигон можно продолжать эксплуатировать, но строго ограниченное время. Проведенные исследования показывают, что само расположение свалки грунта у о-ва Лисий крайне неудачно, выбор основывался только на экономической целесообразности и стремлении сократить транспортные издержки. Поскольку по этому принципу организованы все немногочисленные официальные свалки грунта у берегов Приморского края, требуется немедленная инвентаризация известных полигонов дампинга, оценка их состояния и поиск альтернативных решений для размещения материала разного качества за пределами прибрежного мелководья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Айбулатов Н.А. Деятельность России в прибрежной зоне моря и проблемы экологии / Ин-т океанологии им. П.П.Ширшова. М.: Наука, 2005. 364 с.
2. Жариков В.В., Преображенский Б.В. Ландшафтный мониторинг бухты Алексеева (залив Петра Великого, Японское море) // Подводные исследования и робототехника. 2010. № 2. С. 72-85.
3. Коновалова Т.В., Белан Т.А., Христофорова Н.К. Количественные изменения бентоса на начальном этапе освоения Пильтун-Астохского нефтегазового месторождения (северо-восточный шельф Сахалина) // Исследовано в России. - http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/116.pdf. 1396
4. Мишуков В.Ф., Калинчук В.В., Плотников В.В., Войцыцкий А.В. Влияния дампинга загрязненных грунтов на экологическое состояние прибрежных вод г. Владивосток // Изв. ТИНРО. 2009. Т. 159. С. 243-256.
5. Наумов Ю.А. Антропогенез и экологическое состояние геосистемы прибрежно-шельфовой зоны залива Петра Великого Японского моря. Владивосток: Дальнаука, 2006. 300 с.
6. Петренко О.А., Себах Л.К., Панкратова Т.М. Антропогенные изменения морской среды под воздействием дампинга грунтов и дноуглубления в Керчинской предпроливной зоне Черного моря // Тр. ЮгНИРО. 1998. T. 44. С. 83-88.
7. Преображенский Б.В., Жариков В.В., Дубейковский Л.В. Основы подводного ландшафтоведения. Управление морскими экосистемами. Владивосток: Дальнаука, 2000. 352 с.
8. Maurer D., Keck R.T., Tinsman J.C. et al. Vertical migration and mortality of marine benthos in dredged material: a synthesis // Int. Rev. gesamt. Hydrobiol. 1986. Vol. 771, N 1. P. 49-63.
