Навигация
Биоповреждения в водных средах
124934
знака
0
таблиц
0
изображений
6. Биоповреждения в водных средах
Морское обрастание. Морскую воду по праву можно называть живой потому, что она переполнена живыми существами и их зародышами. 68 из 70 классов животных живут в море. Каждый погрузившийся в воду предмет сразу атакуют оседающие зародыши морских микроорганизмов, водорослей, животных как место поселения и перехвата из толщи вод кислорода и пищи. Начинается обрастание этого предмета организмами обрастателями. При хорошем доступе пищи, тепла и кислорода создаваемая телами, постройками и выделениями обрастателей корка оброста быстро растет. На еще живой или отмерший нижний слой организмов-обрастателей из толщи вод оседают все новые и новые зародыши. Отмершие и слабые становятся добычей подвижных трупоедов и хищников. Идет сукцессия – подавление и замещение одних видов другими. Развивается, стареет и изменяется по возрасту и по сезонам сообщество организмов – биоценоз обрастателей. В изменении его состава участвуют как сами обрастатели, так и подвижные пришельцы – обитатели оброста.
Постройка островов и естественных защитных волноломов (например, Барьерного рифа Австралии), укрепление берегов, создание прочного камня – ракушечника и строительного известняка – не единственная польза от обрастателей. Беспозвоночные животные-обрастатели – мощнейшие фильтраторы и седнментаторы – очистители вод. Из всех обитателей моря именно они в наибольшей мере осветляют взмученную в шторм или потоками с гор морскую воду, переводя мутевые взвеси в донный ил, который добывают во многих странах со дна мелководий и используют как превосходное удобрение. Они же очищают воду и от отбросов, и от болезнетворных микробов. Многие обрастатели изымают из нее и обезвреживают избытки токсических и вредных органических и неорганических веществ, накапливая их в своих телах и переводя в донные отложения. Водоросли-обрастатели завершают биологическое самоочищение вод, насыщая их кислородом.
Каждый вносимый в воду предмет позволяет осевшим на него организмам-обрастателям перехватывать из мимо протекающих вод растворенные и взвешенные вещества и пищевые частицы. Отбросы их жизнедеятельности также легко уносятся прочь. Поэтому темпы роста организмов-обрастателей нередко на порядок выше темпов роста тех же видов в донных сообществах (бентосе), где водообмен слабее, а воды благодаря жизнедеятельности организмов-соседей, беднее пищей и кислородом и богаче вредными отбросами.
Залог существования видов-обрастателей – огромная продуктивность их зародышей и личинок: они подчас составляют '/г, даже до 9/ю взвешенных в воде организмов (планктона). Расселение обрастателей идет не только благодаря парению и плаванию зародышей растений и личинок животных, но и поселению взрослых на выносимой реками в море и дрейфующей из-за течений и ветров древесине и других предметах.
Кто же такие обрастатели? В процессе обрастания участвуют почти все классы микробов, водорослей и беспозвоночных животных. Это свыше 3000 видов. Массовыми из них считают от 40 до 90 видов (не считая микроскопических бактерий, сине-зеленых, диатомовых водорослей и грибов). Наиболее широко распространенных выносливых (эврибионтных), массовых и создающих основу оброста родов, играющих главную роль в обрастании судов, подводных сооружений и водоводов, около 20. Коротко о них.
Микрообрастатели – организмы, тела которых не крупнее 1 мм. Это бактерии, использующие растворенные органические вещества, останки организмов и отбросы – детрит. Для оседания на субстрат некоторых животных-обрастателей необходима первичная слизистая пленка бактерий, микроводорослей (сине-зеленых, диатомей, зеленых и др.), микроскопических грибов и простейших животных. Они могут или экранировать яды необрастающих – красок от организмов-обрастателей, или наоборот – выщелачивать яд из основы краски или вести себя индифферентно.
Немногие виды сине-зеленых способны давать темно-зеленый, иногда черный налет или нити. Широко распространены диатомовые водоросли. Даже в небогатой видами флоре Каспия на теплообменниках обнаружили 140 видов и разновидностей диатомей. Микроскопические грибы немногочисленны и мало изучены. Среди них есть виды, живущие па поверхности оброста. Есть и паразиты – враги обрастателей, поражающие икряные массы или наружные известковые скелеты усоногих раков – баланусов.
Простейшие животные присутствуют в оброете, но не играют большой роли, ибо биомасса их невелика.
Микрообрастатели – многоклеточные организмы, видимые простым глазом.
Из зеленых водорослей наиболее массопы нитчатые – неветвящийся улотрикс и ветвящаяся кладофора. Многочисленные виды энтсроморфы (морские, соло и оватоводпые, пресноводные и эврибиоитные) выдерживают загрязнения органическими и даже токсическими веществами. Из красных водорослей наиболее распространены полисифоння, нерамиум, каллитамний и камиевидный лнтотамннй. Бурые водоросли разнообразны по размерам и строению. Мелкий эктокарпус прикрепляет к другим обрастателям пучки ветвящихся нитей. Ламинария («морская капуста») имеет «корни» – ризоиды для прикрепления и «стебель», переходящий в кожистую зелено-бурую пластинку – «лист». Все водоросли растут только на освещаемых местах и сдерживают поселение и развитие животных-обрастателей. Гибкостью водорослей определяется малая величина причиняемою ими судам ущерба (потеря не более 5И> скорости хода).
Животные-макрообрастатели приносят наибольший ущерб, ибо многие прикрепляются необычайно прочно и обладают твердым скелетом. Некоторые способны даже продавливать или прорезать до металла пластичные лакокрасочные покрытия.
Губки образуют ниже 0,5 м неровные мягкие разноцветные пористые наросты на малоподвижных сооружениях, чаще на затененных или темноокрашенных поверхностях, иногда поверх других обрастателей.
Кишечнополостные почти всегда участвуют в обрастании. Это заметно снижающие скорость хода судов густые поселения гидроидов, оторвавшиеся куски колоний которых часто вызывают засорения в водозаборах и водоводах. Реже это кораллы и одиночные полипы.
Черви в биоценозе обрастания представлены малочисленными свободно движущими видами и строящими прочные трубки злостными обрастателями семейства серпулид. Широко распространилась на судах мерцис релла загадочная. Она выживает и в опресненных эстуариях рек, и в Каспии, и в сильносоленых озерах Туниса. Трубки-домики прикреплены так прочно, что уцелевают на лопастях судовых гребных винтов при скорости до 700 об/мин на расстоянии 15 см от центра вращения. В оброете часто ползает небольшой плоский хищный червь-стилохус – пожиратель злостных обрастателей и разрушителей лакокрасочных покрытий баланусов.
Мшанки лучше других беспозвоночных выдерживают нефтяное загрязнение. Известковые корковые мшанки издавна известны геологам как строители рифов. При обрастании вех, буев и свай они сильно увеличивают поверхность, о которую ударяют волны, и тем способствуют расшатыванию и срыву этих навигационных ограждений, необходимых для безопасности мореплавания.
Моллюски-двустворки – самый известный издревле массовый и обычно завершающий процесс обрастания класс обрастателей. Мидии, митиластер, дрейссена прочно прикрепляются нитями биссуса. Устрицы цементируются нижней уплощенной створкой к металлу и камню столь прочно, что сбивать их приходится киркою или отбойным молотком.
Улитки не только живут в оброете, но прикрепляют к нему кладки яиц. Именно так на судах была завезена в виде щеток розоватых коконов в конце 40-х годов из Японского в Черное море хищная улитка рапана.
Ракообразные занимают, как правило, первое место в морском обрастании. Прибрежные усоногие баланиды обычно первыми создают макрооброст и уступают господство двустворкам митилидам не раньше осени. Многочисленные баланусы способствуют образованию язв в обшивке до 4 мм глубины за год (из 8 мм толщины обшивки средних судов!). Они не только портят окраску, способствуя язвенной коррозии корпуса, но и вызывают потерю 18% скорости хода судна. Усоногие морские уточки (лепадпды) – обрастатели из открытых вод океана. Вызывают большие потери хода судов и сильные помехи в работе океанологических приборов. Корофииды живут главным образом в солоноватых водах и строят многочисленные кожисто-иловые домики-трубочки, корою одевающие поверхности вблизи уреза воды. Другие бокоилавы и креветки часто питаются обростом стационарных сооружений и несколько уменьшают его биомассу, но существенной роли в процессе обрастания не играют.
Крабы обычно пожирают обрастателей. На днищах судов в Красноводске и Керчи численность крабов нередко превышала 1000 экз/м2. Особенно многочисленен расселяемый из моря в море судами мелкий краб ритропанопеус.
Иглокожие – подвижные враги обрастателей: звезды пожирают двустворок, ежи – водорослей. Зачастую очищают от обрастателей молы и другие неподвижные сооружения.
Оболочники – низшие хордовые животные. Наиболее распространены колониальные асцидпи ботриллус. Подобно мидиям и мшанкам, ботриллусы, развиваясь к осени большими пленками, могут задушить всех обрастателей подстилающего их снизу слоя оброста. Почти всесветно распространены одиночные асцидии, хорошо переносящие опреснение молгулы, зеленоватая циона, достигающая длины 10 см, яйцевидная с грубой морщинистой кожей стиэла.
Чем меньше число видов обрастателей в данном месте, тем сильнее рост отдельных особей и выше общая биомасса оброста. Взаимосвязи видов весьма сложны. Даже в однородных условиях для сообщества, состоящего лишь из 4 неподвижных и 2 хищничающих подвижных беспозвоночных, в водозаборе на Азовском море установлено свыше 30 взаимозависимостей, причем самые малые годовые или сезонные отклонения сильно влияют на состав и динамику всего сообщества.
Состав и скорость развития оброста зависят и от материала и формы поверхности изделия, ее освещенности и омываемости водой. Асбоцемент и керамика обрастают сильнее дерева и окрашенного металла, стекло и оргстекло – меньше. Горизонтальное и вертикальное распределение обрастателей наиболее четко в Черном море у судов с постоянной ватерлинией (см. рисунок на 3-й стороне обложки: А – вид левого борта; В-вид кормы, изображена левая сторона).
Ущерб от обрастания огромен. Это потеря 20–42% скорости судов, засорение, перегрев и преждевременный износ систем и двигателей, потеря хода, вибрация, кавитация' и коррозия винта. Обрастают даже сетчатые стенки садков для рыб. Оброет корпусов судов и буев, свай, эстакад и вышек усиливает в несколько раз разрушительное воздействие ударов волн. Обрастание подводных приборов искажает их показания и выводит приборы из строя. Практически все обрастатели способствуют коррозии: своим присутствием создают дифференциальную аэрацию, воздействуют выделениями, некоторые разрушают защитные от коррозии покрытия. Кроме обрастания и биокоррозии, организмы могут вызвать засорение водоводов, защитных решеток гидросооружений и т.п. Здесь важны и обрастатели, и подвижные обитатели оброста, и даже планктсры (выход из строя водозаборов при нагоне ветром медуз).
В проектах водных сооружений необходимо предусматривать возможность эксплуатационных условий, благоприятствующих не только местным, но и чужеродным организмам, постоянно заносимым при транспортных и акклиматизационных перевозках в новые места. На местах вселения обычны вспышки размножения. В Каспии вселенные акклиматнзанты (червь-нереис и двустворка-синдеемня) и завезенные судами (водо-росль-рнзосолення, двустворка-митиластер, баланусы, мшанки, червь-мерцнерелла, крабик-рнтропанопеус) намного превзошли по численности и биомассе коренных обрастателей и, несколько потеснив их, стали наиболее массовыми организмами.
Меры защиты и средства борьбы с обрастанием многообразны. Наиболее старый и примитивный – механическая очистка оброста щетками – труден и малоэффективен, ибо молодь обрастателей охотнее всего прикрепляется к уцелевающим обломкам взрослых. Наилучший и распространенный для защиты и очистки водоводов – термический–периодическая промывка обратным током горячей (не ниже 48°) воды. Покрытия мастикой из парафина с вазелиновым маслом, выделяющимся на поверхность тонкой пленкой, также препятствуют прикреплению обрастателей.
Широко распространена химико-биологическая зашита ядами. На стационарных объектах проводят постоянное или периодическое хлорирование или купоросование воды; в пресных водах – только в замкнутых системах водоснабжения. Можно использовать и токсичные отходы нефтеперерабатывающих и металлургических заводов.
Ядовитые необрастающие краски удобны для судов и других предметов и сооружений, окрашиваемых вне воды. До 60-х годов необрастающие краски защищали один сезон. Ныне в СССР, Нидерландах, Японии, США созданы прочные краски, работающие около 2 лет. Дополнительные ядовитые покрытия продлевают срок службы всей схемы окраски до 4 лет. Необрастающие краски бывают на разных основах для разных материалов (дерева, металлов, пластмасс) и разных соленосных, температурных и эксплуатационных условий. Общее использование ядов мышьяка, тяжелых металлов (меди, свинца, олова, цинка, а в старых красках и ртути) против водорослей и беспозвоночных. Производство красок – сложный процесс, поэтому из сотен тысяч ядовитых соединений и тысяч основ за 100 лет принципа необрастаемости создано хороших красок около десятка! Ничтожные отклонения от технических условий, режима изготовления и точного состава краски снижают ее эффективность.
Морские сверлильщики (древоточцы и камнеточцы). Морскую двустворку «корабельного червя» тередо римляне считали наивысшим бедствием кораблей. При нас у берегов Кавказа «корабельный червь» съел фанерный катер за 2 недели, а 50-сантиметрбвыс сваи причала – за лето. Только в одной из провинций Канады за год один вид древоточца-бапкия причинил ущерб в 1 млн. долларов.
При осолонении морей и заливов из-за изъятия части вод рек на полив, в малодождливые годы при ветрах и течениях, удерживающих личинок тередо у берега, и особенно при заносе судами способных размножаться древоточцев может возникнуть опасность там, где ее веками не ощущали. Так, и од Одессой спаи в течение 150 лет поражались крайне слабо, а в теплом и богатом морским ветром 195) г. внезапно был за сезон серьезно поврежден причал.
Широко распространенный рачок-лимнория точит дерево близ поверхности. Лпмнории слабо помогают живущие в его ходах два рачка-попутчика – хелюра и сферома. Но там, где песок, гравий или ледяная шуга стирают источенный слой, эти три рачка бурят новую сеть ходов, а свайные и шпунтовые сооружения разрушаются за несколько лет.
Благодаря научно-практическим работам крупнейшего специалиста по древоточцам П.И. Рябчикова разработан комплекс предохранительных мер. Численность древоточцев и вред можно резко сократить, если не допускать попадания в море незащищенной пропиткой древесины и убрать все затонувшие ее обломки, как сделали французы в Старом порту Марселя. Медные и другие пропитки защищают дерево долгие годы. Надежна глубокая пропитка деревьев на корню. Медь связывается с полимерами древесины, а количества се столь малы, что совершенно не отравляют вод.
Тередо, мартезия и кенлофага сверлят иногда пластиковые и свинцовые оболочки подводных кабелей.
Организмы разрушают в море не только дерево, но камень и бетон.
В числе морских камнеточцев много разных классов и отрядов организмов (таблица 2), но наиболее разрушительна и заметна деятельность двустворок. В морях СССР обитают 10 родов двустворок.
В восточной Адриатике камни теряют свыше 25% веса из-за морского финика, растворяющего известняки. Строители одного кавказского порта не учли, что шторма движут с севера гальку и она защищает берег от морских камнеточцев двустворок. Построенные молы перекрыли поток гальки, и к югу от порта се унесло волнами. На каждый метр обнажившегося мергелевого дна набросились тысячи моллюсков камнеточцев. Фолады и барнен бурили норки до четверти метра глубиной и в палец шириной друг с другом рядом. Порода стала похожа па соты. Под ударами волн берег стал рушиться. Советские ученые предложили новый ныне широко известный способ укрепления берегов, надежно защищающий от камнеточцев.
Значительные разрушения камней и дна могут выбывать и раки. Так, в Новой Зеландии морские мокрииысферомы сильно источили грунт, основания волноломов и молов, вызвав оползни в одном из портов.
Меры защиты от повреждения камнеточцами должны и каждом случае исходить из особенностей экологии вида, выявленного в качестве разрушителя.
Пресноводное обрастание1. Пресноводных организмов по числу видов и по биомассе во много раз меньше, чем морских. Это следствие того, что живые системы подобны по составу тел родившим их водным растворам Океана. В пресные воды вошли только организмы, создавшие покровы и органы выделения, защитившие клетки тела от выщелачивания пресной водой. Многие высшие классы (мхи, папоротники, цветковые растения, малощетинковые черви и пиявки, пауки, насекомые, млекопитающие и птицы) пришли в пресные воды после того, как обеспечили постоянство своей внутренней среды (гомеостаз), живя на суше. Совершенство гомеостаза затрудняет борьбу с немногочисленными, к счастью, видами пресноводных обрастателей и засорителей вод.
Пресная вода не только одна из сред жизни на Земле. Она нужна для питья, для питания растений, для бытовых и производственных целей во всевозрастающих количествах. Проблемы биоповреждения в пресных водах поэтому касаются не только обрастания, порчи материалов, помех средствам транспорта, но и порчи свойств и технологических качеств пресной воды, биопомех в водохранилищах, каналах и энергосистемах, помех транспорту воды. Запасы чистых пресных вод крайне малы, и в ряде мест приходится прибегать к многоэтапной дорогой очистке загрязненных вод и к опреснению морской воды. Интенсификация сельского хозяйства, рост питательных для водных организмов бытовых и производственных стоков, приток биогенов с артезианскими водами и ископаемыми топливами, подогрев используемых для охлаждения и в быту пресных вод – все это способствует бурному вторичному развитию организмов в водоемах с биогенной порчей ими качества вод, в которой участвуют и пресноводные обрастатели. Перечислим основные из них.
Микробы (как и в море) обычно первопоселенцы. Среди них вредные – образователи налетов слизи, воз-1 Раздел составлен по материалам Г.Д. Лебедевой.
Заключение
Биоповреждения возникают в результате взаимодействий материалов и изделий с компонентами биосферы. Следовательно, решение проблемы сводится к оптимизации этих отношений. Человеку нужно, чтобы создаваемые им изделия были защищены от пагубного воздействия живых организмов в течение всего срока эксплуатации, после чего их разрушение не только не возбраняется, но даже стимулируется (биоразрушениями отходов занимается новое перспективное направление науки и промышленности).
Важно отметить, что «золотой ключик» в защите от биоповреждений создать невозможно. Попробуем хотя бы в самом общем виде представить себе все ситуации, с которыми приходится иметь дело.
Нет материалов и, соответственно, изделий из них, которые не повреждались бы бактериями, грибами, лишайниками, водорослями, высшими растениями, животными (от простейших до млекопитающих). Взаимоотношения между организмами и повреждаемыми ими объектами носят сложный, мозаичный характер и к тому же постоянно усложняются. Человек непрерывно создает новые и новые материалы и изделия, насыщает ими биосферу, и все новые виды организмов приобретают биоповреждающую активность. Как все это предусмотреть, создавая новые материалы и новую технику?
Прежде всего, изучают огромный практический опыт, накопленный за многие столетия и, главным образом, в последние годы. В настоящее время мы располагаем целым арсеналом защитных средств. Вот некоторые из них.
В распоряжении судостроителей и моряков имеются противообрастающие лакокрасочные материалы, такие как закись меди и бис – (дигидрофенарсазин) – оксид (II-оксид), оловоорганические соединения (бистибутил-оксид), хлорфеноксарсин и другие. За рубежом созданы так называемые самополирующиеся противообрастающие сополимеры, способные при движении корпуса судна уменьшать шероховатость поверхности и в течение двух лет защищать судно от обрастания. Покрытия этого типа экологически менее опасны, чем хлорсодержащие, ртутьорганические и свинцово-органические биоциды. Они могут защищать не только суда, но и любые подводные поверхности.
Древесину защищают от поражения грибами, пропитывая антисептиками (бихромат натрия, фтористый и кремнефтористый натрий, пентахлорфенолят натрия, нафтенат меди, антраценовое масло и др.). Это увеличивает срок ее службы в 2–3 р, что в масштабах страны дает огромный экономический эффект.
Для защиты от биоповреждений синтетических полимерных материалов успешно используются салициланилид, 8-оксихинолят меди, мышьякоорганические и оловоорганические вещества, тиурам, цимид, 2-оксидифенил, трилан и др.
Разработаны технические устройства с применением биоакустических и экологических средств, отпугивающие птиц от ЛЭП, электроподстанций, архитектурных памятников.
Общим для большинства защитных мер пороком является их узкая специализация: одни объекты они защищают хорошо, другие плохо. Их разработчики добиваются высокой эффективности в отдельных конкретных случаях, зато малейшее изменение эколого-хозяйственной ситуации сводит положительный эффект к нулю.
Поскольку разработка и внедрение каждого нового средства требует огромных затрат, а окупаются они далеко не сразу, гораздо целесообразнее сосредоточивать усилия на комплексной защите от биоповреждений, объединяющей как экологические, так и технологические методы и пригодной для обслуживания широкого круга ситуаций.
Еще совсем недавно одним из главных средств отпугивания птиц от аэродромов, где происходит около 60% всех столкновений, были газовые хлопушки, имитирующие ружейный выстрел. В настоящее время здесь используется целая система предотвращения летных происшествий по вине птиц. С помощью локатора обнаруживаются и отслеживаются массовые скопления птиц. С соседних аэродромов поступают оповещения о приближении мигрирующих стай. При необходимости принимаются меры, делающие район аэродрома и его окрестности экологически непривлекательными для птиц. Наконец, при появлении птиц на взлетной полосе включаются мощные звуковые отпугивающие устройства. В результате удается улучшить статистику столкновений на 10–18%. Снижения опасности столкновения достигают внесением изменений в конструкцию двигателей, остекления и других узлов, после чего проводится специальная проверка оборудования и конструкций на «птицестойкость», и самолету выдается сертификат.
Одно из главных условий, стоящих перед разработчиками новых защитных комплексов, – экологическая безопасность. Если безопасность не гарантирована, то применение многих высокоэффективных, но токсичных для человека и окружающей среды препаратов, ограничивается или запрещается.
Первый в мире координирующий орган по проблеме биоповреждений – Научный совет РАН по биоповреждениям (создан 14 сентября 1967 г.) – занимается разработкой теоретических основ для решения этой проблемы, обобщением огромного практического опыта, накопленного учреждениями и ведомствами. Существует серия специализированных сборников-справочников «Биологические повреждения» (микроорганизмы, обрастатели, насекомые, грызуны и птицы). Начат выпуск многотомного «Каталога биоповреждений».
Похожие работы
... состава, введенным согласно закону «О городском пассажирском транспорте», договорных отношений между местными властями и транспортными предприятиями. 3. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ГОРОДСКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ 3.1. Регенерация масел Установки для регенерации отработанных масел и схемы технологического процесса Проводимые исследования кафедрой городского электрического транспорта ( ...
... , который включает в себя не только поддержание определенных условий в помещении музея, микробиологический мониторинг, а также обработку экспонатов специальными средствами, предотвращающими развитие плесневых грибов. Плесневые грибы уличных памятников в основном представлены такими родами как, Aspergillus niger, Trichoderma и Aspergillus flavus. Чаще данные рода встречаются в почве и воздухе, ...
... лакокрасочных покрытий, разрушать покрытия своими метаболитами, способствовать выделению токсинов из основы благодаря изменению активности воды пристеночного слоя, экранировать токсины покрытий от макрообрастателей. Грибы (Mycota) обитают не только в наземной, но и водной среде, как в пресных водах, так и в морях и океанах. Среди них имеются виды, участвующие в обрастании, а есть виды и группы ...
... в тени (в Панаме). Наличие гидрофобных веществ в первом случае уменьшает разрушительное действие фунгицида [1]. 2. УСТОЙЧИВОСТЬ БУМАГИ И ЗАЩИТА ЕЕ ОТ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ 2.1 УСТОЙЧИВОСТЬ БУМАГИ К МИКРООРГАНИЗМАМ Почти во всех странах с развитой бумажной промышленностью исследователям приходится уделять много внимания вопросам разрушения бумажного сырья и бумаги под действием ...
0 комментариев