Martwe strefy (strefy martwych wód)

Występowanie martwych stref stwierdzono w wielu akwenach morskich i śródlądowych na całym świecie, głównie w najbardziej narażonych na antropopresję rejonach przybrzeżnych, okolicach estuariów rzecznych, izolowanych i płytkich zbiornikach. Jak stwierdzono na podstawie badań osadów morskich, okresowe braki tlenu w głębszych warstwach mórz występują naturalnie. Ze względu na oddziaływanie cywilizacji ludzkiej zwiększyła się częstość i areał ich występowania.

Pozbawione tlenu i życia obszary dna morskiego zajmują coraz większą część mórz całego świata. Zasięg martwych stref jest już tak duży, że obecnie uważa się je za główny czynnik stresu w wodnych ekosystemach, który w jednym szeregu z przełowieniem, zanikiem siedlisk eutrofizacją i szkodliwymi zakwitami wody stanowi globalny problem ekologiczny.

Podstawowe informacje

Główną przyczyną powstawania stref martwych wód jest eutrofizacja, spowodowana przez wzmożony na skutek działalności człowieka napływ biogenów (fosforanów, azotanów, jonów amonowych) do zbiorników wodnych. Scenariusz powstawania martwych stref jest pomimo niewielkich różnic związanych z lokalnymi uwarunkowaniami, uniwersalny.

• nadmiar substancji odżywczych (biogenów), spływających ze zlewni, powoduje gwałtowny rozwój fitoplanktonu w pelagialu (zakwit)
• zakwit powoduje zmniejszenie przejrzystości wody – w rezultacie mniej światła dociera do dna, ponadto rośliny wodne są obrastane przez peryfiton, co powoduje, że przestają produkować tlen w warstwie przydennej i obumierają
• następuje zmiana składu gatunkowego fitoplanktonu związana z rozwojem gatunków o szybkim tempie wzrostu, takich jak np. sinice i toksyczne bruzdnice. Powoduje to wzrost śmiertelności zooplanktonu, odżywiającego się fitoplanktonem i rozwój gatunków oportunistycznych, takich jak np. wiciowce (Noctiluca sp.), które nie są w stanie efektywnie kontrolować biomasy fitoplanktonu.
• wzrost ilości materii organicznej opadającej na dno (odchody zwierząt odżywiających się fitoplanktonem, martwy fitoplankton, obumarłe hydrofity) powoduje rozwój bakterii i grzybów saprofitycznych rozkładających tę materię i przy okazji zużywających tlen
• jeżeli w akwenie zakłada się stratyfikacja, związana z różnicami temperatury i zasolenia pomiędzy górnymi i przydennymi warstwami wody, tlen z warstw powierzchniowych nie dociera do warstw dennych – następuje deficyt tlenowy lub nawet całkowite odtlenienie wód głębinowych i przydennych.
• brak tlenu i toksyczne związki powstające w wyniku beztlenowego rozkładu materii organicznej (amoniak, siarkowodór) powodują śmierć całego zespołu organizmów bentosowych
• beztlenowe warunki w warstwie przydennej powodują uwalnianie biogenów z osadów (internal nutrient loading), co na zasadzie dodatniego sprzężenia zwrotnego zwiększa trofię wód i utrudnia powrót ekosystemu do stanu przed eutrofizacją

Proces ten może być dodatkowo przyspieszony, jeśli w akwenie jest nasilone rybołówstwo, dla którego najbardziej atrakcyjne są gatunki dużych, drapieżnych ryb (takich jak tuńczyk, makrela, dorsz, dorada, wątłusz). Gatunki te są gatunkami kluczowymi w ekosystemie: żerują na mniejszych rybach planktonożernych. Gdy nastąpi ich przełowienie wzrasta liczebność ryb planktonożernych, odżywiających się zooplanktonem. Liczebność zooplanktonu spada i wzrasta liczebność fitoplanktonu (kaskada troficzna), potęgując zakwit.

Dodatkowo inwazyjne gatunki obce o dużej tolerancji ekologicznej takie jak np. żebropław Mnemiopsis leidyi, ślimak Rapana venosa, trawa Spartina sp.), mogą jeszcze bardziej zdestabilizować lokalne sieci zależności troficznych ekosystemu.

Martwe strefy na świecie

Według naukowców okresy niskiego stężenia tlenu (hipoksja) występują w wielu ekosystemach, zwykle latem po wiosennym zakwicie wody. Jeżeli natomiast dalej rosnąć będzie dopływ substancji użyźniających, martwa strefa może się utrzymać dłużej. W zlokalizowanej w Morzu Bałtyckim największej na świecie martwej strefie hipoksja trwa cały rok. Wynika to głównie z tego, że wymiana wód Morza Bałtyckiego utrudniona jest przez liczne wyspy i wąskie przesmyki wokół wybrzeża Danii. W Zatoce Chesapeake sezonowa letnia hipoksja występuje w znacznej części głównego kanału, obejmując ok. 40% powierzchni i 5% objętości.

Prof Roberta Diaza z Virginia Institute of Marine Scienc rozpoczął badania nad martwymi strefami w połowie lat 80. ubiegłego wieku, kiedy zobaczył ich wpływ na życie podwodne w jednym z dopływów Zatoki Chesapeake w okolicy amerykańskiego miasta Baltimore. W roku 1995 zaczął analizować martwe strefy w wodach mórz świata – naliczył ich 305. W pochodzących z 1910 roku pierwszych doniesieniach naukowych na temat martwych stref wymienia się cztery takie obszary. Ze zgromadzonych przez prof. Diaza danych wynika, że od lat 60. liczba martwych stref podwaja się co dziesięć lat.

Aktualnie na całym świecie występuje ponad 400 martwych stref o łącznej powierzchni przekraczającej 245 tys. km². Dla porównania Wielka Brytania zajmuje podobną powierzchnię.

Zjawisko hipoksji jest zazwyczaj ignorowane do momentu kiedy zaczyna wywoływać niekorzystne skutki dla żywności pochodzenia morskiego. Potencjalnym indykatorem szkodliwego oddziaływania hipoksji na mające znaczenie gospodarcze gatunki ryb w Zatoce Chesapeake jest związek między spadkiem stężenia tlenu w przydennych warstwach wody a ciągłym występowaniem choroby bakteryjnej atakującej skalnika prążkowanego.

Martwe strefy w różnych akwenach:

• Morze Bałtyckie
• Morze Czarne
• Morze Japońskie
• Zatoka Chesapeake
• Zatoka Meksykańska
• Wielkie Jeziora Ameryki
• estuarium Rzeki Świętego Wawrzyńca
• wody przybrzeżne Nowej Zelandii

Hipoksja
to spadek koncentracji tlenu w wodach głębinowych do poziomu poniżej 2 mg/l)

Morze Bałtyckie

Strefy martwych wód w Bałtyku, w której notowana jest hipoksja, obejmuje corocznie średnio powierzchnię ok. 49 tys. km². Sytuacja taka utrzymuje się stale od ok. 40 lat. Wpływ natlenionych wód z Atlantyku nie jest w stanie dostarczyć wystarczającej ilości tlenu dla utlenienia rozkładającej się na dnie biomasy, dodatkowo powoduje stratyfikację termohalinową: chłodniejsze i bardziej słone wody atlantyckie zalegają pod wysłodzonymi i cieplejszymi wodami spływającymi z rzek zlewni Bałtyku, przez co ich mieszanie jest ograniczone, w konsekwencji utrudniony jest dostęp tlenu z powietrza do głębszych wód.

Sytuacja poprawia się co kilka lat i na krótko w wyniku większych wlewów wód atlantyckich do Bałtyku.

W wyniku zalegania silniej zasolonych i natlenionych wód oceanicznych w głębinach odciętych płytkimi progami, oraz z powodu odcięcia od wód powierzchniowych halokliną sukcesywnie następuje spadek zawartości tlenu, aż do jego całkowitego zużycia. Dalszy rozkład materii organicznej docierającej do głębszych warstw z wód powierzchniowych wiąże się już z powstawaniem siarkowodoru. Od lat 50. do końca 70. XX wieku siarkowodór powstawał okresowo, od tego czasu gaz ten jest już stale stwierdzany w Bałtyku poniżej głębokości od 130 do 250 m. Wody poniżej tej głębokości są silnie trujące i pozbawione wyższych form życia.

Niebezpieczną konsekwencją powiększania się areału martwych stref jest rosnące ryzyko uwolnienia toksyn zgromadzonych na dnie morza, szczególnie istotne w przypadku Bałtyku ze względu na dawne składowanie trucizn w tym akwenie. W wodach natlenionych w górnej warstwie osadów dennych znajduje się trudno przepuszczalna granica między strefami utleniania i redukcji. W wodach beztlenowych granica ta zanika i substancje zawarte w osadach łatwiej przenikają do wód.

Haloklina
to warstwa przejściowa wód w morzu lub oceanie pomiędzy wodami mniej słonymi nad nią i bardziej słonymi pod nią. Charakteryzuje się dużym pionowym gradientem zasolenia. W Morzu Bałtyckim haloklina z pionowym gradientem zasolenia sięga wartości około 0,5 PSU/m położona jest na głębokościach od 50 do 70 m. W oceanie halokliny są na ogół mniej wyraźne i zależą między innymi od prądów morskich i parowania. Najbardziej dostrzegalna haloklina występuje w jaskiniach (np. Meksyk – Cenoty), gdzie cięższa słona woda nie miesza się z woda słodką ze względu na ograniczony ruch wody. Obserwując nurka przekraczającego haloklinę ma się wrażenia jakby wypłynął z wody i unosił się w powietrzu.

Morze Czarne

Strefy martwych wód w Morzu Czarnym rozwijały się od lat 60. ubiegłego wieku, wskutek eutrofizacji spowodowanej masowym stosowaniem nawozów na obszarach w zlewni morza i zrzutami ścieków komunalnych do rzek (zwłaszcza Dunaju i Dniepru), zbyt intensywnego rybołówstwa, oraz inwazji gatunków oportunistycznych. W roku 1990 martwa strefa u ujścia Dunaju obejmowała obszar 40 tys. km² (porównywalny z powierzchnią Szwajcarii), według szacunków do tego czasu zginęło wskutek anoksji 60 mln ton organizmów bentosowych. Po około pięciu latach od załamania intensywnej gospodarki rolnej w wyniku upadku gospodarek komunistycznych w państwach leżących w zlewni morza (po 1989 roku) wielkość martwych stref uległa zmniejszeniu, jednak w dalszym ciągu okresowo pojawiają się, a ekosystem nie wrócił do równowagi sprzed załamania.

Gatunek oportunistyczny
to gatunek o niskim poziomie specjalizacji, mogący żyć w różnych siedliskach i łatwo przystosowujący się do zmian warunków środowiskowych. Organizm oportunistyczny jest ogólnie definiowany jako gatunek, który może żyć i dobrze się rozwijać w zmiennych warunkach środowiskowych i pobierać pokarm z wielu różnych źródeł żywności, lub może szybko skorzystać z dogodnych warunków, gdy się pojawiają, ponieważ jest behawioralnie wystarczająco elastyczny. Takie gatunki mogą na przykład odłożyć reprodukcję lub pozostawać w stanie uśpienia, dopóki warunki nie umożliwią im rozwoju i reprodukcji. Gatunki oportunistyczne są zdolne do wykorzystywania zmiennych, niemożliwych do przewidzenia lub przejściowych środowisk i zazwyczaj mają dużą zdolność rozprzestrzeniania się i szybkiego tempa wzrostu populacji (gatunki inwazyjne, gatunki pionierskie). Niektóre gatunki określa się jako oportunistyczne z ekologicznego punktu widzenia. Ten typ gatunków oportunistycznych nie zależy od konkretnego siedliska i jest raczej związany z konkurencją międzygatunkową, lepiej przeciwstawia się dokonywanym przez człowieka modyfikacjom środowiska i może kolonizować wiele różnych środowisk, również sztucznych, takich jak miasta.

Zapobieganie i rekultywacja

Do tej pory nie wynaleziono efektywnego ekonomicznie sposobu rekultywacji martwych stref. Natlenianie hypolimnionu i wytrącanie chemiczne biogenów (np. z wykorzystaniem związków aluminium) jest bardzo kosztowne i może być stosowane miejscowo, w ograniczonej skali.

Kluczem do ograniczenia martwych stref jest zapobieganie eutrofizacji i przedostawaniu się nawozów do wód morskich. Oznacza to m.in. konieczność radykalnej redukcji ładunku zanieczyszczeń i biogenów niesionych ze zlewni do zbiornika wodnego, reintrodukcję i obudowę populacji gatunków kluczowych dla zachowania równowagi ekosystemu (np. ryb drapieżnych, małży filtrujących fitoplankton z wody), ograniczenie rybołówstwa.

Prognozy co do skali zjawiska w przyszłości są jednak niezbyt optymistyczne – według oceny środowiska dokonanej przez agendy ONZ (Millenium Ecosystem Assesment, 2005) napływ związków azotowych do mórz w związku z działalnością człowieka zwiększy się o 65% do połowy tego stulecia.

Hypolimnion
to dolna warstwa w jeziorach, o ustalonej niskiej temperaturze wody. W zależności od głębokości jeziora, waha się w granicach 4-7°C. Wody tam zalegające odznaczają się wysoką żyznością oraz występowaniem deficytów tlenowych. Ze względu na stagnację, woda przez większą część roku nie ma kontaktu z powietrzem atmosferycznym. Następuje tu wzrost koncentracji soli pokarmowych i wydzielają się substancje powstające w procesach gnilnych czyli nie rozłożona w pełni materia organiczna, metan, kwasy organiczne, siarkowodór itp. Substancje te zatruwają wody jeziora, prowadząc, w skrajnych przypadkach, do zniszczenia życia w jeziorze. W celu ochrony jezior, oprócz ograniczenia ilości substancji trafiających do jeziora stosuje się metody rekultywacji, takie jak napowietrzanie warstw przydennych lub usuwanie wody z hypolimnionu (Eksperyment kortowski).

źródło: materiały prasowe
Coraz więcej martwych stref w morzach, cordis.europa.eu, licencja CC BY 4.0
Gatunek oportunistyczny, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Haloklina, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Hypolimnion, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Strefy martwych wód, autorzy, licencja CC BY SA 4.0

Zagrożenia ekologiczne – dodatkowe informacje:

definicje, teorie, hipotezy, zjawiska:
antropocen, antropopresja, bezpieczeństwo ekologiczne, biologiczny potencjał Ziemi do regeneracji (biocapacity), bioremediacja, ekobójstwo (ekocyd), ekomodernizm, ekosystem sztuczny, ekoterroryzm, globalne zagrożenia ekologiczne, granice planetarne, hipoteza wypadających nitów (rivet popping), homogenocen, kapitalocen, katastrofy i klęski ekologiczne, katastrofy ekologiczne na świecie, klęski żywiołowe, masowe wymieranie, monokultura, komodyfikacja żywności (utowarowanie), plantacjocen, plastikoza, plastisfera (plastisphere), przeludnienie, syndrom przesuwającego sią punktu odniesienia, szóste masowe wymieranie (szósta katastrofa), tragedia wspólnego pastwiska, utrata bioróżnorodności, Wielkie przyspieszenie, zielony anarchizm, zjawisko przedniej szyby

degradacja środowiska:
akwakultura, betonoza (betonowanie miast), choroby odzwierzęce, górnictwo morskie, hodowla zwierząt, melioracja, monokultura, niszczenie siedlisk, przełownie, przemysł wydobywczy, przyłów, rolnictwo, spadek liczebności owadów, turystyka masowa, wylesianie (deforestacja), wypalanie traw

ozon i ozonosfera (warstwa ozonowa):
dziura ozonowa, freon (CFC)

zanieczyszczenie środowiska:
azbest, beton, bisfenol A (BPA), eutrofizacja, farmaceutyki, handel emisjami zanieczyszczeń, kwaśny deszcz, mikroplastik, martwe strefy, nanoplastik, neonikotynoidy, niedopałki papierosów, odpady niebezpieczne, pestycydy, polichlorowane bifenyle (PCB), przemysł tekstylny (włókienniczy). sieci widma, sinice, składowiska odpadów (wysypiska śmieci), smog, sól drogowa, sztuczne ognie (fajerwerki, petardy), tworzywa sztuczne (plastik), Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, wycieki ropy naftowej, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zanieczyszczenie gleby, zanieczyszczenie hałasem, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie światłem, zanieczyszczenie wody, związki per- i polyfluoroalkilowe (PFAS) – wieczne chemikalia

zmiany klimatu (kryzys klimatyczny):
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), efekt cieplarniany, ekstremalne zjawiska, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie, kryzys wodny, miejska wyspa ciepła (MWC), migracje gatunków, nawałnice, ocieplenie oceanu, wzrost poziomu mórz i oceanów, podtopienie, powódź, pożar lasu, przyducha, pustynnienie, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, trąba powietrzna, upał

klęski i katastrofy ekologiczne:
katastrofy jądrowe (nuklearne), katastrofy przemysłowe, największe katastrofy ekologiczne na świecie, największe katastrofy ekologiczne w Polsce, wycieki ropy naftowej

Czerwona księga gatunków zagrożonych, Czerwona Lista IUCN (The IUCN Red List):
gatunek wymarły (extinct EX), gatunek wymarły na wolności (extinct in the wild EW), gatunek krytycznie zagrożony (critically endangered CR), gatunek zagrożony (endangered EN), gatunek narażony gatunek wysokiego ryzyka (vulnerable VU), gatunek bliski zagrożenia (near threatened NT), gatunek najmniejszej troski (least concern LC)
Polska czerwona księga roślin, Polska czerwona księga zwierząt
gatunek inwazyjny (inwazyjny gatunek obcy IGO)

Poruszający i inspirujący do działania apel Davida Attenborough

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie