Может ли перекачка богатой кислородом поверхностной воды в глубины озёр, морей и океанов оживить «мёртвые» зоны?
Исследование, проведённое научной группой из Института Карнеги (Carnegie Institution for Science) под руководством Дэвида Коуика (David Koweek) и Кена Калдейры (Ken Caldeira), отвечает на этот вопрос положительно. Материалы исследования опубликованы в журнале Science of the Total Environment.
Водоёмы загрязняются в результате деятельности человека. В реки попадают вещества, которые становятся пищей для микроорганизмов — происходит так называемая эвтрофикация. В условиях избытка питательных веществ происходят неприятные вещи: бурное развитие водорослей (цветение воды) приводит к тому, что растения на глубине не могут производить фотосинтез, увеличивается количество цианобактерий, выделяющих токсины — большинство живности в таком водоёме задыхается или умирает от отравления.
«Бедные кислородом мёртвые зоны — одна из наиболее распространённых проблем, поражающих как морские, так и пресноводные экосистемы во всём мире, и серьёзная угроза для сообществ, которые зависят от рыболовства», — напоминает Коуик.
Усилия по борьбе с гипоксией обычно направлены на сокращение стоков с земель сельскохозяйственного назначения: предотвращению попадания излишков питательных веществ в водные пути. Но это очень медленный процесс, который включает в себя изменение методов ведения сельского хозяйства, модернизацию очистных сооружений и изменение практики использования удобрений.
Группа Коуика и Калдейры предложила решение, которое могло бы помочь делу регулирования уровня питательных веществ в воде. Оно предполагает перекачку более насыщенной кислородом воды с поверхности в глубины поражённого водоёма — использовать даунвеллинг.
«Теоретически, даунвеллинг создаст вертикальное перемешивание в воде, распределяя кислород и предотвращая гипоксию, — объяснил Коуик. — Мы хотели проверить эту идею и посмотреть, действительно ли это сработает».
Команда построила модели для сравнения даунвеллинга с двумя наиболее часто используемыми технологическими методами предотвращения образования мёртвых зон — установкой воздушного компрессора на дне и разбрызгиванием воды по поверхности. Модели показывают, что создание нисходящего потока будет от трёх до ста раз эффективнее компрессора и от десяти тысяч до миллиона раз эффективнее фонтанов.
Были проведены полевые эксперименты на одном из водохранилищ в Калифорнии, которые показали, что нисходящий поток может увеличить насыщение кислородом в непосредственной близости от насосов на 10—30%, что достаточно для облегчения гипоксического стресса для многих морских организмов. Однако это не распространялось более чем на несколько метров за пределы окрестностей труб, по которым перекачивалась поверхностная вода. Это означает, что для осуществления любых крупных усилий по борьбе с мёртвыми зонами в экономически важном или экологически чувствительном районе необходима обширная сеть установок.
По мнению исследователей, их работа указывает на то, что технология может быть полезна в районах, где ежегодно образующиеся мёртвые зоны приводят к экологическим и экономическим бедствиям. Для США это, в частности, Чесапикский и Мексиканский заливы.
Разумеется, затея недёшева. Только энергия, необходимая для питания насосов, будет стоить десятки миллионов долларов ежегодно. Эксплуатация нисходящих насосов в течение года в Чесапикском заливе может стоить от 4 до 47 миллионов долларов; в Мексиканском заливе — от 26 до 263 миллионов долларов.
Но эти затраты относительно невелики по сравнению с тем, что уходит на модернизацию очистных сооружений и программы сокращения внесения удобрений, которые ограничивают поступление питательных веществ в водные объекты. Технология даунвеллинга может использоваться наряду с долгосрочными программами по сокращению загрязнения мирового океана биогенными веществами.
«Снижение загрязнения питательными веществами — единственный способ навсегда устранить гипоксию, — говорит Калдейра. — Тем не менее, наша работа показывает, что даунвеллинг является технологическим решением, которое может уменьшить риск возникновения бедных кислородом мёртвых зон в ходе работы по регулированию уровня питательных веществ».
