О заморных явлениях
Кислород является одной из важнейших составляющих, обеспечивающих существование жизни в водных объектах. Его содержание в водных объектах зависит от многих факторов.
Следует сказать о путях поступления кислорода в воду. Кислород может проникать в водную среду из атмосферы, диффундируя через поверхность воды. Ветровые и волновые явления, течение воды, вертикальное перемешивание, рост атмосферного давления, улучшают поступление кислорода из атмосферы в воду. Однако в целом такая диффузия, особенно в глубоких водоемах, вносит незначительный вклад в общий баланс кислорода.
Биологическим путем увеличения концентрации кислорода в воде являются процессы фотосинтеза, протекающие при участии энергии солнечного света с утилизацией растворенного в воде углекислого газа. Образующееся органическое вещество идет на процессы роста фотосинтезирующих организмов, «побочным» продуктом является высвобождающийся кислород. В темное время суток процессы фотосинтеза прекращаются, накопленный в течение дня кислород расходуется на процессы дыхания и разрушения органического вещества, содержащегося в воде. Относительное содержание кислорода снижается с ростом температуры, увеличением количества органического вещества, солености.
Если сравнивать пресноводные водные объекты по содержанию кислорода между собой, то определенное представление может дать следующее сопоставление: на первом месте по содержанию кислорода окажутся быстрые горные реки, на втором – реки равнин, на третьем будут находиться мелководные водоемы, замыкать список будут водоемы глубоководные, у которых затруднено перемешивание, сильно выражена вертикальная стратификация.
Содержание кислорода в воде измеряют в абсолютных и относительных (степень насыщения) единицах, в мгО2/л и % соответственно. В определенных условиях, например, при сильном освещении, при массовом развитии фитопланктона, либо при больших давлениях, концентрация кислорода может превышать 100 % насыщения, в других случаях, например в глубоководных участках морей (Черного, Каспийского), содержание кислорода может снижаться до ноля – имеющееся количество кислорода могут целиком затрачиваться на окисление органического вещества, попадающего в море с речным стоком и образующегося в море.
С ростом температуры воды абсолютное содержание кислорода в воде быстро уменьшается. Так, если при 0°С 100 % насыщению воды кислородом соответствует его абсолютная концентрация в 14,6 мг О2 /л, то при 20 °С 100 % насыщение соответствует уже 9,2 мг О2 /л, при 30 °С – 7,6 мг О2 /л.
Разные организмы имеют разную чувствительность к содержанию кислорода в воде. Обитатели быстрых холодных речных вод — лососевые, сиговые — адаптированы к высокому содержанию кислорода в воде 7-8 мг/л и гибнут при его снижении ниже 3-3,5 мг/л, подвижные пелагические рыбы, обитатели речных вод, такие как судак и жерех, имеют более высокую переносимость недостатка кислорода и могут существовать при содержании кислорода 4-5 мг/л, погибая при падении содержания ниже 0,5-1 мг/л, совсем низкие его концентрации могут выносить такие рыбы, обитатели стоячих вод, как карась и линь – до 0,5 мг/л, погибая при 0,1-0,2 мг/л. Следует иметь в виду, что реакция рыб на дефицит кислорода также зависит от многих факторов. С ростом температуры не только снижается концентрация кислорода в воде, но и возрастает его потребление всеми водными обитателями, включая рыб. Рыбы разного возраста и размера имеют разное потребление кислорода.
Согласно «Нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения…., 2016» (пр. Минсельхоза России № 552 от 13.12.2016 г.) содержание растворенного кислорода в водных объектах р/х значения высшей, первой и второй категорий в летний (открытый) период не должно опускаться ниже 6,0 мг/л, в зимний (подледный) – не ниже 6,0 мг/л для водоемов высшей и первой категорий, не ниже 4 мг/л – для водоемов второй категории.
В условиях Астраханской области сравнительно обычными негативными явлениями являются заморы рыб, возникающие из-за недостаточного содержания кислорода в воде. Заморам подвержены главным образом замкнутые непроточные водоемы. Различают зимние заморы рыб и летние заморы. Учитывая текущую водохозяйственную обстановку, ситуация с которой нами изложена здесь: <заседание МРГ>, опишем возникновение последних.
Развитие летних заморных явлений связано с тем, что при достаточно высокой концентрации фитопланктона – основного продуцента в водоемах – при высоких температурах воды и большой продолжительности светового дня, к концу дня в воде сосредоточено большое количество органического вещества.
Сообразно этому, наблюдается выраженный суточный ход степени насыщения воды кислородом. С восходом солнца по мере роста освещенности начинаются и усиливаются процессы фотосинтеза. Концентрация кислорода начинает возрастать. Ее максимальное значение (степень насыщения) наблюдается в послеобеденные часы, когда, как отмечалось выше, в условиях достаточного количества растительных клеток, хорошей обеспеченности биогенами, интенсивной продукции органики, количество производимого кислорода велико и степень насыщения может превышать 100 %. Однако, по мере того как солнце клонится к закату, освещенность в водном объекте снижается и содержание кислорода начинает постепенно уменьшаться. С наступлением темноты фотосинтез завершается и в водном объекте начинают преобладать процессы деструкции органического вещества, процессы дыхания, потребляющие кислород. Содержание кислорода продолжает падать и может достигнуть в предутренние часы минимума в 10-20 % насыщения. Для ряда видов рыб, особенно чувствительных к изменению содержания кислорода, такое падение концентрации кислорода в воде приводит к гибели. Сходные процессы развиваются и в водных объектах с обилием мягкой водной растительности, с подушкой из «свежих» иловых отложений.
С изменением содержания кислорода в воде связаны закономерные колебания других важных параметров среды обитания – содержания двуокиси углерода, активной реакции среды – также критически важных для рыб.
Для условий Астраханской области, с большим обилием и разнообразием водоемов и водотоков, в том числе временных, заканчивающихся свое существование вскоре после окончания половодья, проблема гибели рыбы от заморных явлений стоит широко. Последствия заморов могут наблюдаться не только в водоемах (в том числе и особенно в водоемах мелких, хорошо прогреваемых), но быть заметными и на крупных водных артериях, если вдоль их берегов располагаются заиленные заливы, затоны и другие части водных объектов с малопроточной или стоячей водой, скоплениями водной растительности. Специфическим обстоятельством, указывающим на снижение концентрации кислорода и возможность развития заморов на небольших водоемах в условиях юга Астраханской области, часто является выраженный запах сероводорода в предутренние часы.
Обычно такие явления склонны происходит во второй половине лета, когда запас органического вещества в водоемах велик. Однако в этом году в связи с аномально низкой водностью, высокими температурами воздуха и интенсивным прогревом воды, наступление периода заморных явлений произошло раньше. Низкий уровень воды, соответствующий августу-сентябрю, способствует обмелению водотоков, быстрому прекращению существования отшнурованных частей.
К 20 июня температура воды в реке Волга у в/п Астрахани составляет 23,7 °С. Содержание растворенного кислорода в р. Волге, рук. Бахтемир в дневное время достигает 9,0-10,7 мг/л, при насыщении 105 %, которое существенно не изменяется в предутренние часы. В стоячих водоемах глубиной выше 1,0 м, температура в послеобеденное время достигает 26 °С со степенью насыщения кислородом 120 %, при этом в предутренние часы степень насыщения кислорода падает до 85 %.
На 22-24 июня метеорологический прогноз говорит о росте дневных температур до +38…+40 °С. В подобных условиях возможно развитие заморных явлений в предутренние часы, со снижением концентрации кислорода до 3,0 мг/л и гибели гидробионтов, наиболее чувствительных к понижению концентрации кислорода, в мелководных водных объектах с глубиной менее 1 м, включая остаточные водоемы и водотоки дельты и поймы, плохо залитые ильменные водоемы, межканальное пространство авандельты.