EITROFIKĀCIJA: PROCESS, CĒLOŅI, SEKAS, RISINĀJUMI - VIDE - 2025

Eitrofikācija ir pārpalikums uzturvielu veicināja ūdenstilpei, radot iedzīvotāju sprādziens aļģēm, zilaļģu un ūdensaugiem. Šī parādība savukārt izraisa ūdenī izšķīdušā skābekļa samazināšanos un tādējādi ietekmē zemūdens dzīvi.

Izšķīdušais skābeklis samazinās samazinātas zemūdens aļģu un augu fotosintēzes dēļ. Tas notiek gan saules gaismas aizsprostojuma dēļ virszemes augu izplatīšanās dēļ, gan arī tāpēc, ka šīm populācijām ir augstāks skābekļa patēriņš.

Aļģu uzkrāšanās ar eitrofikāciju.

Eitrofikācija var notikt dabisku cēloņu dēļ, kad ir samazināts ūdenstilpes lielums vai plūsma vai ja ir ārkārtas lietus, kas ūdens uzturām rada uzturvērtības. Tomēr vairumā gadījumu eitrofikācija rodas no cilvēku radītiem (antropiskiem) cēloņiem.

Eitrofikācijas problēma pieaug visā pasaulē, un vairāk nekā puse pasaules ezeru kaut kādā mērā no tā cieš. Līdzīgi mirušās zonas izplatās jūrās šīs parādības dēļ, identificējot vairāk nekā 700 no tām.

Process

Eitrofikācija sākas ar neparasta daudzuma barības vielu, īpaši slāpekļa (N) un fosfora (P), daudzumu ūdenī. Šie ieguldījumi var rasties gan no dabiskiem, gan no cilvēku (antropiskiem) avotiem, taču jebkurā gadījumā tie ir ekoloģiskās nelīdzsvarotības produkts un cēlonis.

Atbalstītie organismi

Augu augšanai nepieciešamā uzturvielu ārkārtas uzņemšana veicina invazīvu ūdens augu un aļģu attīstību. Tas var būt gan fitoplanktons, gan makroaļģes, un notiek arī zilaļģu savairošanās.

Aļģu izplatīšanās ar eitrofikāciju. Avots: Fēlikss Endrjūss (Floybix)

Šiem organismiem ir augsta reproduktīvā pakāpe un tie ātri aug, tāpēc ar pietiekamu daudzumu barības vielu tiem ir konkurences priekšrocības. Viņi aug uz ūdenstilpes virsmas un pārklāj visu virsmu.

Gaismas

Peldošās aļģes un ūdens augi, kas pārklāj virsmu, neļauj saules gaismai iekļūt zemākajos ūdens slāņos. Tādēļ iegremdētās aļģes un augi nevar fotosintēzes veidā un sāk mirt.

Izšķīdis skābeklis

Zemūdens fotosintēzes aizsprostojums ar šo virspusēju augu masas izplatīšanos nozīmē arī ūdenī izšķīdušā skābekļa samazināšanos. Turklāt citi izšķīdušā skābekļa avoti, piemēram, apmaiņa ar atmosfēru, ir ierobežoti, jo aizsprostojumu rada virspusējā augu masa.

Skābekļa pieprasījums

Zem virsmas palielinās sadalīšanās organismu, īpaši baktēriju un arhaea, aktivitāte. Tas nozīmē palielinātu pieprasījumu pēc izšķīdušā skābekļa, kas ir samazināts.

Sadalīšanās aktivitātes palielināšanās ir saistīta ar lielāku organisko vielu piegādi virszemes iedzīvotāju eksplozijas rezultātā. Ietekmē arī zemūdens organismu nāves gadījumu skaita palielināšanās.

Organisko vielu iekšējam ieguldījumam un piesārņoto notekūdeņu ārējam ieguldījumam nepieciešams vairāk skābekļa tās bioķīmiskajai stabilizācijai (Bioķīmiskais skābekļa pieprasījums). Kad trūkst skābekļa, daļēji sadalās organiskās vielas uzkrājas, visa ekosistēma nonāk krīzes stāvoklī un dzīvība pazūd.

Cēloņi

Eitrofikāciju izraisa barības vielu daudzums, kas pārsniedz parasto ekosistēmas līdzsvaru. Kas var notikt gan dabisku, gan mākslīgu iemeslu dēļ, kaut arī pirmie ir reti.

- Dabiski cēloņi

Jūrā

Dziļas auksta ūdens straumes var izraisīt fitoplanktona populācijas pārsprāgšanu, barības vielas virzot no okeāna dibena uz virsmu (augšupceļoties). Tādā pašā veidā aļģu ziedēšana vai ziedēšana ir dabas parādības, ko izraisa dažādi faktori, kas veicina fitoplanktona augšanu.

Šādos labvēlīgos apstākļos neparasti palielinās dinoflagellates un diatoms. Dažas mikroaļģu sugas ir nekaitīgas un labvēlīgas, bet citas ir toksiskas aļģes, piemēram, Alexandrium ģints dinoflagellates.

Šīs toksicitātes iemesls ir toksīnu, piemēram, saksitoksīna, ciguatoksīna un gonyatoxins, izdalīšana no mikroaļģēm.

Saldā ūdenī

Upes to veidošanās gar kanālu rada līkumus vai iezīmētas līknes, kas dažreiz paliek izolētas. Šādi tiek izveidoti pakavu lagūnas, kuras barojas ar lietus ūdeni, noteci vai periodiskām upes pārplūdēm.

Šajās ūdenskrātuvēs ir augstāka barības vielu koncentrācija nekā upē, jo nav aizplūšanas. Tāpēc, izplatoties aļģēm un ūdens veģetācijai, rodas dabiskas eitrofikācijas parādības.

- antropiskie cēloņi

Mūsdienās vissvarīgākais eitrofikācijas iemesls ir ūdenstilpņu piesārņošana ar cilvēku darbībām. Īpaši notekūdeņi bez atbilstošas ​​attīrīšanas un izkliedēts lauksaimniecības piesārņojums, kas ir vissvarīgākais visā pasaulē.

Mēslojumi un pesticīdi

Ķīmiskais mēslojums sastāv no savienojumiem, kas īpaši izstrādāti, lai nodrošinātu augu augšanai nepieciešamās barības vielas. Galvenā mēslojuma formula satur slāpekli (N), fosforu (P) un kāliju (K).

Eitrofikācija. Avots: F. lamiot (paša darbs)

Lauksaimniecības sistēmās šo produktu lietošana nav efektīva, tāpēc gandrīz 60% tiek izskaloti ar noteces ūdeni. Šīs barības vielas nonāk ūdenstilpēs, piemēram, upēs vai, visbeidzot, ezeros un okeānos, ko pārvada noteces ūdens.

Pilsētu notekūdeņi

Notekūdeņi no mājām, birojiem un rūpnīcām nodrošina lielu daudzumu organisko vielu un neorganisko vielu, kas veicina eitrofikāciju. Sadzīves notekūdeņos ir liela slodze organisko vielu, kas, ja tās netiek apstrādātas, nonāk ūdenstilpēs.

Ziepes un mazgāšanas līdzekļi, ko izmanto personīgajā higiēnā, sadzīves un citās telpās, satur arī fosfātus un nitrātus.

Skābais lietus

Nozares atmosfērā izdala gāzes, kas satur slāpekļa oksīdus. Šīs gāzes, reaģējot ar ūdens tvaikiem, rada skābes, kas izgulsnējas un nonāk pie ūdenstilpnēm.

Šie savienojumi ir papildu nitrātu avoti, kas ir viena no galvenajām barības vielām, kas veicina augu augšanu.

Globālā sasilšana

Globālās temperatūras paaugstināšanās veicina eitrofikāciju, jo siltie ūdeņi veicina aļģu un ūdens augu pavairošanu. No otras puses, izšķīdušā skābekļa daudzums samazinās proporcionāli ūdens temperatūras pieaugumam.

- Veicinošie faktori

Eitrofikācijas attīstību veicina arī citi faktori, tostarp ūdens mobilitātes trūkums, sekla dziļuma, neliela plūsma un augsta ūdens temperatūra. Jo mazāk ūdens ir ūdens ekosistēmā vai jo lēnāks ir tā atjaunošanās ātrums, jo ātrāk tas sasniedz barības vielu piesātinājumu.

Sekas

Eitrofikācija ir nopietna problēma, kas galvenokārt ietekmē saldūdens ekosistēmas, bet tā notiek arī jūras ekosistēmās. Visā pasaulē apmēram pusei ezeru ir noteikts eitrofikācijas līmenis, un daudzās upēs, kā arī piekrastes zonās šī iemesla dēļ ir mirušas zonas.

- Dzīves izzušana ekosistēmā

Galvenās eitrofikācijas sekas ir bioloģiskās daudzveidības samazināšanās ekosistēmā un, visbeidzot, ūdens dzīves izzušana. Agrīnā stadijā barības vielu pārpalikums veicina iebrukušo organismu izplatību, kas šajos apstākļos uzrāda strauju augšanu un pavairošanu.

Eitrofikācija Potomakas upē (Amerikas Savienotās Valstis). Avots: Aleksandrs Trubetskojs

Ciktāl šīs sugas pārsvarā, tās izspiež pārējās sugas ekosistēmā, samazinot to bioloģisko daudzveidību. Turpinot eitrofikāciju, apstākļi zemūdens līmenī kļūst nelabvēlīgi dzīvībai un organismi mirst.

Tādā veidā izzūd iegremdētās zivis, aļģes un augi, kā arī citi ūdens organismi skābekļa un gaismas trūkuma dēļ. Ja eitrofikācija turpinās, galapunkts ir gandrīz pilnīga ūdens dzīves izzušana.

Toksiskas gāzes

Anaerobo baktēriju darbība rada toksiskas gāzes, piemēram, sērūdeņradi, izraisot lielu ūdens organismu nāvi.

Ietekme uz visu teritoriju

Ietekme attiecas uz sauszemes ekosistēmām, jo ​​tās dzīvās būtnes, kas ir atkarīgas no ūdenstilpes, arī iet bojā vai migrē. Tas ir saistīts gan ar pārtikas avota zaudēšanu, gan ar ūdens dzeramās kvalitātes pasliktināšanos.

- Pārtikas ražošanas samazināšanās

Eitrofētos apgabalos pārtikas ražošana samazinās, samazinoties zvejai, jo pirmie organismi, kurus ietekmē, ir zivis. Tie upju un jūru gadījumā ir spiesti pamest šo teritoriju, savukārt ezeros tie galu galā pazūd.

- Dzeramā ūdens avotu zaudēšana

Dzeramajam ūdenim jāatbilst kvalitātes nosacījumiem, ieskaitot izšķīdušā skābekļa līmeni, pH un bez organiskiem un neorganiskiem piemaisījumiem. Kad notiek eitrofikācija, ūdens ekosistēmā samazina tā izšķīdušā skābekļa saturu un uzkrāj lielu daudzumu sadalīšanās organisko vielu.

Tas, savukārt, ir kaitīgs veselībai un rada sliktas smakas un krāsas izmaiņas, kas nav savienojamas ar tā izmantošanu kā dzeramo ūdeni. Ūdens pH tiek mainīts, kļūstot skābākam organisko skābju klātbūtnes dēļ.

Veselības apstākļi

Sabiedrības veselību var ietekmēt dzeramā ūdens patēriņš no eitrofiem ūdensobjektiem. Turklāt dažu mikroaļģu izplatīšanās veicina toksīnu nonākšanu ūdenī un organismos, kas to patērē.

Līdzīgi anaerobo baktēriju skaita palielināšanās rada tādu toksisku gāzu emisiju kā sērūdeņradis un metāns.

- Tūristu aktivitātes samazināšanās

Ūdens ekosistēmas ir svarīgi tūristu piesaistes punkti, kas rada darba un vietējās attīstības avotus. Šos ieguvumus apdraud eitrofikācija, jo tā ietekmē gan teritorijas bioloģisko daudzveidību, gan ainavas vērtības.

- Ekonomiski zaudējumi

Visu iepriekš minēto rezultātā eitrofikācija rada lielus ekonomiskos zaudējumus samazinātas zvejas, tūrisma ienākumu un ūdens izmantošanas ziņā.

Risinājumi

Eitrofikācijas problēmas risinājumi jāskata no parādības novēršanas un novēršanas viedokļa.

- profilakse

Eitrofikācijas novēršanas sākumpunkts ir pilsoņu informētība par tās esamību, cēloņiem un sekām. Šādā veidā iedzīvotāji var lobēt nepieciešamo pasākumu pieņemšanu.

Izvairieties no ūdens piesārņojuma

Pamata risinājums eitrofikācijas problēmai antropisko cēloņu dēļ ir ūdens piesārņojuma samazināšana. Šim nolūkam pirms novadīšanas ūdenstilpēs ir jāveic adekvāta sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšana.

Ir arī jākontrolē citi netiešie ūdens piesārņojuma avoti, piemēram, gāzu emisijas, kas rada skābu lietu.

Jauns lauksaimniecības un lopkopības modelis

Ūdens piesārņojums, ko izraisa lauksaimniecības un lopkopības darbības, ir izkliedēts, tas ir, piesārņojošos avotus nevar precīzi noteikt. Tādā veidā, ka problēmu risinājums par piesārņotāju ieguldījumu šajās darbībās ir mainīt tehnoloģiskās ražošanas shēmas.

Nepieciešama lauksaimniecība, kurā izmanto mazāk izejvielu, īpaši mēslošanas līdzekļus un herbicīdus, savienojumus, kas ūdenī ievada nitrītus un fosfātus. Tādējādi lauksaimniecības sistēmas ar slēgtu barības vielu apriti, piemēram, hidroponika, ir mazāk piesārņojošas attiecībā uz devumu ekosistēmās.

Uzmanība jāpievērš arī organisko atkritumu apsaimniekošanai, notekūdeņu savākšanai un attīrīšanai dzīvnieku audzēšanas sistēmās.

- sanācija

Kad ūdenstilpes eitrofikācijas process ir uzsākts, problēmas novēršanai ir vairākas alternatīvas.

Dārzeņu masas ekstrakcija

Ņemot vērā tādu peldošu ūdens augu kā lenna (Lennaceae), bora (Eichhornia crassipes) vai citu izplatību, ir iespējams īstenot savākšanas programmas. Tas sastāv no augu masīvas noņemšanas no ūdenstilpes virsmas, izmantojot maizes vilkšanu.

Ūdens attīrīšana

Smagos piesārņojuma gadījumos ūdenim var veikt attīrīšanas procedūras, cirkulējot no ūdenstilpes uz attīrīšanas iekārtām.

Bioloģiskā kontrole

Ir daži organismi, kas patērē aļģes un ūdens augus, kas izplatās eitrofikācijas gadījumā. Ir izmantoti heterotrofiski ganību protisti, tas ir, tie patērē mikroaļģes, lai samazinātu populācijas, kas izplatās eitrofikācijas gadījumā.

Tāpat sēne Cercospora piaropi ir izmantota, lai kontrolētu Eichhornia crassipes - peldošu angiospermu, kas izplatās eitrofiskos apstākļos.

Ķīmiskā kontrole

Mikroaļģu flokulācijas un nokrišņu izraisīšana ir alternatīva, īpaši toksisku aļģu ziedēšanas gadījumos. To panāk, pievienojot tādus produktus kā nātrija hipohlorīts (NaOCl), māli (kaolinīts) vai tādas kombinācijas kā polialumīnija hlorīds ar bentonītu. Šie produkti piesaista un pielīp mikroaļģēm, veidojot flokus vai masas, kas pēc tam izgulsnējas līdz apakšai.

Eitrofikācijas apgabalu piemēri

Eitrofikācija Kaspijas jūrā. Avots: Džefs Šmaltks, MODIS ātrās reaģēšanas grupa, NASA / GSFC

- Jūrā mirušās zonas vai zonas

Apvienoto Nāciju Organizācijas Vides programma norāda uz vairāk nekā 700 mirušu zonu esamību pasaules okeānos. Šīs mirušās zonas ir saistītas ar zemu eitrofikācijas izraisītā izšķīdušā skābekļa koncentrāciju, un to aprēķinātais laukums ir lielāks par 240 000 km².

Mirušā zona Meksikas līcī

Viena no visplašākajām jūras mirušajām zonām pasaulē ir tā dēvētā Meksikas līča mirušo zona. Vairāk nekā 20 700 km² jūras cieš nopietnas eitrofikācijas problēmas, izplatoties peldošām makro un mikroaļģēm.

Galvenais šīs teritorijas eitrofikācijas cēlonis ir Misisipi upes piesārņotie ūdeņi, kuras līcis ir mutē. Misisipi šķērso lielu daļu Ziemeļamerikas lauksaimniecības zonas, un tas ir sateces baseins ar lielu lauksaimniecības piesārņotāju daudzumu.

- Melnā jūra

Šajā iekšējā jūrā, kas atrodas starp Eiropu un Āziju, kopš 70. gadiem ziņots par aļģu ziedēšanas palielināšanos. Tā rezultātā ir samazinājusies sekla ūdens sugu populācija.

Saskaņā ar Eiropas Vides aģentūras informāciju aļģu darbības rezultātā katru vasaru notiek hipoksiskas un anoksiskas parādības. Tas viss notiek eitrofikācijas dēļ ar barības vielām, ko šīs jūras baseinā nodrošina lauksaimnieciskas un rūpnieciskas darbības.

Jutība pret eitrofikāciju

Tā kā iekšējā jūra ir vienīgais netiešais okeāna savienojums ar Bosfora kanālu, ūdeņu atjaunošana notiek ļoti lēni. Tas kopā ar lielo piesārņojuma līmeni baseinos, kas to baro, padara to īpaši jutīgu pret eitrofikāciju.

Faktiski vidējā nitrātu un fosfātu koncentrācija ir palielinājusies 18 reizes no 1960. līdz 1992. gadam. Vislielāko piesārņotāju daudzumu rada Donavas, Dņepru un Dņestras upju baseini.

- Valensijas ezers

Šis ezers, saukts arī par Los Tacariguas ezeru, atrodas Venecuēlas ziemeļu centrā ar platību 344 km². Tas veido endorētisko baseinu, tas ir, slēgtu, 3140 km². Daudzas tās pietekas šķērso tādas pilsētas centrā kā Valensija un Marakaja, kurās ir liels iedzīvotāju skaits un rūpnieciskās zonas.

Valensijas ezera baseins (Venecuēla). Avots: Fev

Lielākā daļa pilsētas un rūpniecības notekūdeņu bez atbilstošas ​​attīrīšanas tiek novadīti upēs, kuras pārveido kanalizācijas kanālos. Tā rezultātā gadu desmitos ir uzkrājies milzīgs daudzums piesārņotāju, ieskaitot organiskās un neorganiskās barības vielas.

Kopš 1974. gada slāpekļa koncentrācija ir dubultojusies, un fosfors ezerā ir trīskāršojies. Atrodas virs pieļaujamā - 146% slāpekļa un 250% fosfora. Tas viss ir izraisījis plašu eitrofikācijas fenomenu, kas tagad ir daudz progresējis.

Atsauces

1. Band-Schmidt, CJ, Bustillos-Guzmán, JJ, López-Cortés, DJ, Núñez-Vázquez, E. un Hernández-Sandoval, FE (2011). Pašreizējais statuss par kaitīgo aļģu ziedēšanu Meksikā. Hidrobioloģiskā.
2. Calow, P. (Red.) (1998). Ekoloģijas un vides pārvaldības enciklopēdija.
3. Margalefs, R. (1974). Ekoloģija. Omega izdevumi.
4. Odum, EP un Warrett, GW (2006). Ekoloģijas pamati. Piektais izdevums. Thomson.
5. Romero, J. (2017). Pētījums par Los Tacariguas ezera pieteku upju organisko vielu un barības vielu vēsturisko izturēšanos. Karabobo Universitātes Inženierzinātņu fakultāte, absolventu studiju direktorāts, vides inženierzinātņu maģistrs.
6. Ruiz-Vanoye, JA un Díaz-Parra, O. (2015). Mirušo zonu kopas jūrā. Zinātnes žurnāls.
7. Sar, EA, Ferrario, ME un Reguera, B. (Red., 2002). Kaitīgs aļģu ziedēšana Amerikas dienvidu konusā. Spānijas Okeanogrāfijas institūts. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000215417
8. Pasaules resursu institūts, eitrofikācijas un hipoksijas interaktīvā karte. (Kā redzams 2020. gada 7. februārī). Paņemts no: https: //www.wri.org/our-work/project/eutrophication-and-hypoxia/interactive-map-eutrophication-hypoxia