С явлением морского
обрастания человек столкнулся со времени постройки первых судов и примитивных
подводных сооружений. Проблема защиты от обрастания известна еще из античной
литературы V века до н. э. Вначале, очевидно, это явление не имело серьезного
практического значения, но с течением времени оно переросло в актуальную
проблему. Общеизвестна негативная роль морского обрастания в хозяйственной
деятельности человека. Обрастание подводной части судов представляет собой
особую проблему. В процессе эксплуатации судна обрастание отрицательно
влияет на его гидродинамические характеристики, что приводит к ухудшению
ходовых свойств. Это прежде всего потери скорости хода судов, достигающие
50% от номинальной; ухудшение маневренности судна; повышение расхода топлива
в связи с необходимостью поддерживать коммерчески оправданную скорость
перевозки грузов; преждевременный износ машин и оборудования. Все это приводит
к учащению докований и к ухудшению эксплуатационных показателей флота в
целом. Для работников тепловых электростанций и других предприятий, использующих
в системе охлаждения морскую воду, это зарастание водоводов морскими прикрепленными
организмами, делающее порой эксплуатацию труб невозможной. Обрастание гидроакустических
приборов (эхолотов, локаторов, устройств связи) вызывает снижение их чувствительности
вплоть до выхода прибора из строя.
Обрастание навигационного
ограждения (см. Фото - Обрастание
мидиями якорной цепи буя навигационного ограждения) и гидротехнических
сооружений приводит к резкому возрастанию сопротивления волновым нагрузкам,
что в конечном счете может привести к аварийной ситуации. Особенно актуальна
проблема обрастания опор нефтедобывающих платформ в связи с интенсификацией
добычи нефти и газа на континентальном шельфе. Увеличение числа разведочных
и эксплуатационных морских стационарных платформ (МСП) на шельфе мирового
океана сопровождается учащением случаев их аварий, связанных в основном
со штормами и выбросом нефти из скважин. Только одна катастрофа на морской
установке "Alexander Kielland" в английском секторе Северного моря повлекла
за собой 123 человеческие жертвы. Одной из причин аварий МСП в открытом
море может послужить повреждение их опор биообрастанием (см.
Фото - Обрастание усоногими раками баланусами опоры нефтедобывающей платформы).
Массовое развитие обрастания создает следующие непредвиденные биопомехи
эксплуатации платформ:
1. Возникновение дополнительной
нагрузки на опоры от постепенно возрастающей массы обрастания. При средней
биомассе обрастания 20 кг/м2 общая биомасса обрастания одной опоры на глубине
от поверхности до 50 м составляет не менее 3 т.
2. Возрастание сопротивления опор
волновым нагрузкам. Известно, что увеличение шероховатости подводной части
судна всего на 25 мкм повышает сопротивление его движению на 2,5%, а сплошное
обрастание баланусами с диаметром домика 25-30 мм вызывает потери скорости
хода до 4 узлов, что составляет 30% от номинала. На платформе со сроком
эксплуатации более 2-х лет степень обрастания является очень сильной, и
сопротивление опор волновым нагрузкам возрастает не менее чем на 50%.
3. Невозможность обнаружения дефектов
элементов конструкции опор, скрытых под сплошным слоем обрастания при проведении
операций по контролю за их техническим состоянием с использованием подводно-технических
средств. При сильной степени обрастания водолаз или специалист подводного
аппарата может выполнить лишь первый пункт инструкции: "Установить наличие
чрезмерного обрастания". Такие дефекты как "наружные трещины в элементах
конструкции", "наличие поврежденных элементов", "участки активной коррозии"
и т.п. обнаружить невозможно, так как они скрыты под сплошным слоем
обрастания. Более сложные методы контроля (ультразвуковой, радиографический,
магнитных частиц) требуют тщательной зачистки поверхности или опасны для
здоровья персонала.
Таким образом, обрастание
опор МСП представляет собой достаточно серьезную опасность и при длительной
эксплуатации может способствовать возникновению аварийной ситуации. Одной
из самых крупных аварий МСП была гибель буровой платформы "Ocean Ranger",
которая опрокинулась во время шторма с характеристиками, составляющими
лишь две трети от расчетных). Вполне вероятно, что решающую роль здесь
сыграли биопомехи не принятого в расчет обрастания.
Обрастание ставных
неводов и установок марикультуры увеличивает их вес, зачастую делая
непригодными для эксплуатации. Кроме того, организмы-обрастатели могут
быть пищевыми конкурентами объектов культивирования. Ежегодные убытки от
обрастания судоходных компаний США еще в первой четверти XX века оценены
в 100 млн. долларов, к началу 70-х годов эта цифра возросла до 700 млн.
долларов в год. Общий мировой ущерб от морского обрастания в настоящее
время составляет 50 млрд. долларов в год, из них 20% приходится на обрастание
судов.
Среди наших проектировщиков,
технологов и эксплуатационников нередко встречается пренебрежение биологией
моря - неотъемлемой частью науки о море. Подобное отношение к работам гидробиологов
приводит к одностороннему подходу к проблеме морского обрастания. Среди
работников судоремонтных заводов бытует мнение, что " обрастание - это
"черная и белая ракушка", да еще "трава". Оно вызывает снижение скорости
судов, и поэтому с обрастанием следует беспощадно бороться любыми способами".
При этом под черной и белой ракушкой соответственно подразумеваются мидии
и усоногие раки, под травой объединяются гидроиды, мшанки, водоросли.
Несколько слов о масштабах явления.
По мнению специалистов, общая площадь погруженных в море искусственных
субстратов составляет около 200 тыс. км2, т.е. не менее 20% от площади
поверхности верхних отделов шельфа. Проще говоря, это полоса шириной 10
м , в длину превышающая побережье Японского моря с островами. А так
как биомасса обрастания может достигать десятков килограммов на квадратный
метр, то его общий вес соответственно исчисляется миллионами тонн. На борьбу
с обрастанием развитые страны тратят огромные средства, если бы с обрастанием
не велась борьба, то ущерб от него возрос бы в десятки, если не в сотни
раз.
Наиболее широкое
развитие на практике нашло лишь одно направление защиты от обрастания -
химическое, которое активно разрабатывается во многих развитых странах
и в настоящее время. Оно связано с использованием красок и других покрытий,
способных выделять в окружающую среду сильнодействующие яды (биоциды),
которые убивают не только обрастателей, но и любых других водных животных.
Основной принцип работы противообрастающих покрытий - постоянный выход
ядов в окружающую среду, приводящий к образованию сначала локальных, а
затем и более обширных безжизненных зон в акваториях портов. Результат
- в местах с повышенным числом искусственных объектов, имеющих такие покрытия,
исчезают широко распространенные ранее виды, появляются мутантные формы:
моллюски без раковин и т.п. Возникает сложная ситуация: чем больше мы создаем
искусственных морских объектов, тем большее количество ядов из противообрастающих
покрытий поступает в морскую среду, тем самым нанося непоправимый вред
природным экосистемам.
Мы привыкли считать
обрастание злейшим врагом. Однако, как всякое природное явление, оно имеет
и положительные для нас свойства. К настоящему моменту обрастание в биологическом
аспекте - это естественный процесс, составляющий неотъемлемую часть жизни
гидросферы. Самостоятельных видов, живущих исключительно на антропогенных
субстратах, не существует - это те же виды из бентоса твердых грунтов,
приспособившихся к специфическим условиям жизни на искусственном субстрате.
Биоповреждения, прямо или косвенно связанные с окружающей средой, имеют
в ней свои аналоги - экологические прототипы. Так, обрастание судна
имеет природные экологические прототипы: обросшие те ми же видами водорослей
и животных предметы естественного происхождения - упавшие в воду деревья,
скатившиеся с берега валуны и т.п. В результате таких стихийных процессов
как воздействие волн, тектонические перемещения и извержения вулканов
на побережьях в морскую среду поступает огромное количество твердого обломочного
материала, на которых в зависимости от времени пребывания в морской среде
формируются те или иные сообщества эпибентоса. Своеобразные
природные аналоги обрастания представляют собой эпибионтные поселения организмов
на живом субстрате - талломах водорослей, карапаксах крабов, створках моллюсков
(см. Фото - Природный аналог обрастания - поселение
двустворчатых моллюсков на створках приморского гребешка). Реакция
потенциальных обрастателей на попавший в водную среду предмет искусственного
происхождения обычно такая же, как и на экологически им хорошо знакомый.
Любое нарушение
сложившегося равновесия экосистем обрастания, так же как и бентоса, может
вызвать непредвиденные, в том числе и крайне нежелательные сдвиги этого
равновесия. Так, в составе обрастания обитает множество двустворчатых
моллюсков: в дальневосточных морях - мидии, устрицы, в тропиках - жемчужницы.
Они являются перспективными объектами марикультуры, а из обрастания постоянно
воспроизводится огромное количество личинок этих видов. Кроме того, двустворчатые
моллюски активно фильтруют загрязненную воду портов, пропуская через себя
сотни тонн воды за сутки. Обросшие сваи гидротехнических сооружений представляют
собой "искусственный риф", привлекающий скопления рыб ценных пород. Большинство
обрастателей являются высокочувствительными индикаторами состояния водных
экосистем на наличие в воде тяжелых металлов. Это дает возможность оперативно
проводить оценку степени загрязнения и относительно легко интерпретировать
полученные результаты.
В сложившейся
ситуации существует один разумный выход: не бороться с обрастанием, а защищаться
о него, и, как это не покажется парадоксальным, иногда и защищать его от
человека. Единственный способ реализации такой защиты - использование биологически
активных веществ (репеллентов), которые не убивают, а лишь отпугивают личинок
обрастателей. Репелленты действуют не на весь организм, а только на органы
чувств, что исключает гибель подплывающих к объекту животных, которые могут
и не быть обрастателями. Кроме большой практической значимости, изучение
обрастания вызывает и чисто академический интерес. Сообщества обрастания
представляют собой упрощенную модель бентосных сообществ, поскольку они
содержат на порядок (а иногда на 2 порядка) меньшее число видов. На основании
анализа сравнительно просто организованных сообществ обрастания можно лучше
понять многие процессы, происходящие в морских экосистемах, и решить ряд
частных и общих вопросов синэкологии, не проводя при этом специальных экспериментов.
Действующие суда представляют собой гигантские экспериментальные "пластины",
на которых ежегодно независимо от воли человека осуществляется колоссального
масштаба опыт над бентосными организмами. Исследователю остается только
собрать и должным образом обработать богатейший материал, выбирая при этом
судно определенного режима, района и срока эксплуатации. Несомненно, изучение
формирования обрастания непосредственно на корпусе судна более достоверно
и имеет большую практическую значимость, чем подобная работа с экспериментальными
пластинами в стационарных условиях.
Большой вклад
в изучение обрастания в Дальневосточном морском бассейне внесен Институтом
биологии моря ДВО РАН. В 1969 г. впервые предпринята попытка синхронного
изучения сезонной динамики оседания личинок макрообрастания в северо-западной
части Японского моря. В 1972-73 гг. изучение обрастания продолжено в северо-западной
части Охотского моря (о-в Завьялова). Проведена большая работа по исследованию
сезонной динамики оседания обрастателей с помощью специальной установки
в климатических условиях севера. Параллельно велись наблюдения за ходом
репродуктивных циклов обрастателей, изучалось обрастание пирсов и затонувших
судов. Основная часть полученных результатов опубликована в сборнике "Обрастание
в Японском и Охотском морях" (1975).
С 1975 г. Институтом
биологии моря начато изучение обрастания судов. Собран обширный материал
по обрастанию 600 судов различного режима эксплуатации в дальневосточных
морях. Прослежен ход сукцессии сообществ обрастания на примере действующего
судна с определенным маршрутом плавания. Результаты проведенных исследований
опубликованы в 2-х сборниках "Экология обрастания в северо-западной части
Тихого океана" (1980) и "Организмы обрастания дальневосточных морей" (1981),
а также в ряде других изданий (Звягинцев, 1984; Звягинцев, Михайлов, 1978;
Звягинцев и др., 1982; Михайлов, 1985).
Совместные советско-вьетнамские
исследования морского обрастания начаты в 1984 году. Эти работы проводились
Институтом биологии моря ДВО АН СССР и Институтом морских исследований
НЦНИ. Морское обрастание изучалось в 3, 8 и 11 рейсах НИС "Академик Александр
Несмеянов" , Курило-Вьетнамском рейсе НИС "Профессор Богоров" и береговой
экспедицией ИБМ в 1987-88 гг. Часть материала обработана и полученные по
нему данные опубликованы (Звягинцев, Михайлов, 1985,1988; Звягинцев, 1989;
Звягинцев и др., 1994; Звягинцев, До Конг Тхунг, 1994; Зевина и др., 1992).
В 1989 г. Институтом
биологии моря в Альгологическом рейсе НИС "Академик Александр Несмеянов"
исследовано обрастание судов и гидротехнических сооружений в районе Сейшельских
островов (Zvyagintsev, Ivin, 1992).
Полученные результаты
могут быть использованы в целях рациональной организации марикультуры,
так как в сообществах обрастания встречается ряд культивируемых моллюсков,
ракообразных и водорослей. В последние годы работы по изучению обрастания
в ИБМ приобрели более узкую направленность. В результате расширения сети
хозяйств марикультуры возникла проблема защиты от обрастания гидробиотехнических
сооружений и объектов выращивания. Исследовано обрастание разноглубинных
гидробиотехнических сооружений для выращивания приморского гребешка (Масленников,
1991; Масленников, Кашин, 1993), ламинарии (Ивин, и др., 1990).
Результаты
исследований дают возможность прогнозировать состав и количественные показатели
судов и гидротехнических сооружений в разных регионах, что оптимизирует
выбор защитных мер в зависимости от состава и степени обрастания. Инвентаризация
флоры и фауны обрастания объектов искусственного происхождения существенно
дополняют видовые списки исследуемого района, так как в сообществах обрастания
нередко доминируют виды, отсутствующие в бентосе. Проведенные исследования
сукцессии обрастания позволяют дополнить и уточнить существующие положения
морской экологии о закономерностях формирования сообществ бентоса верхней
сублиторали.