Нафтова плівка змінює склад спектра та інтенсивність проникнення світла у воду. Проникнення світла через тонкі прошарки нафти зменшується на 10...20% (товщина плівки 280 нм) та 60...70% (товщина плівки 400 нм). Плівка товщиною 30-40 мкм повністю поглинає інфрачервоне випромінювання.
Змішуючись з водою нафта утворює емульсію двох типів: пряму - "нафта у воді" і зворотну - "вода в нафті". Прямі емульсії, складені диспергованою до крапель діаметром до 10,5 мкм нафтою, менш стабільні і є характерними для нафт, які містять поверхнево активні речовини. При видаленні летючих фракцій, нафта утворює в'язкі зворотні емульсії, які можуть зберігатись на поверхні води тривалий час, переноситись течією, викидатись на узбережжя та осідати на дно.
3.5 Пестициди
Пестициди складають групу штучно створених речовин, які застосовуються для боротьби із шкідниками і хворобами рослин. Пестициди поділяють на такі найбільш поширені групи:
інсектициди - застосовують для боротьби із шкідливими комахами;
фунгіциди та бактерициди - застосовують для боротьби з бактеріальними хворобами рослин;
гербіциди - застосовують проти бур'янів.
Встановлено, що пестициди, знищуючи шкідників, шкодять багатьом корисним організмам і біоценозу загалом. В галузі сільськогосподарського виробництва давно вже існує проблема переходу до використання замість хімічних (забруднюючих природне середовище) до біологічних (порівняно екологічно чистих) методів боротьби із шкідниками сільськогосподарських культур. В наш час на світовий ринок надходить понад 1,5•107 т/рік пестицидів. Близько 1,2•107 т цих речовин вже увійшло до складу наземних і морських екосистем зольними і водними шляхами. Промислове виробництво пестицидів супроводжується появою великої кількості побічних продуктів, які забруднюють стічні води. У водному середовищі найчастіше зустрічаються представники інсектицидів, фунгіцидів, гербіцидів.
Синтезовані інсектициди поділяються на три основних групи:
- хлорорганічні;
- фосфорорганічні;
- карбонати.[2]
Хлорорганічні інсектициди отримують шляхом хлорування ароматичних та гетероциклічних рідких вуглеводнів. До них належать ДДТ та його похідні, в молекулах яких сталість аліфатичних та ароматичних груп при спільній присутності зростає, а також різні хлоровані похідні (хлородіенадрін). Ці речовини мають період напіврозпаду до декількох десятків років і досить стабільні до біодеградації. У водному середовищі часто зустрічаються поліхлорбіфеніли, які є похідними від ДЦТ без аліфатичної частини.
За останні 40 років використано більше як 1,2•107 т поліхлорбіфенілів при виробництві пластичних мас, барвників, електричних трансформаторів та конденсаторів. Поліхлорбіфеніли надходять до оточуючого середовища в результаті скиду промислових стічних вод та спалювання твердих речовин на звалищах. Останнє згадуване джерело постачає поліхлорбіфеніли в атмосферу, звідки вони з атмосферними опадами надходять в усі райони земної кулі. Так, в пробах снігу з Антарктиди виявлено вміст поліхлорбіфенілів в межах 0,03-1,2 кг/м3.
3.6 Синтетичні поверхневоактивні речовини
Детергенти (поверхневоактивні речовини - ПАР) відносять до обширної групи речовин, які зменшують поверхневий натяг рідини і, зокрема, води. Вони входять до складу синтетичних миючих засобів, широко використовуються у побуті та промисловості. Разом із стічними водами синтетичні ПАР надходять до материкових вод і морського середовища. Синтетичні миючі засоби містять поліфосфати натрію, в яких розчинені детергенти, а також цілий ряд додаткових інгредієнтів, які є токсичними для водних організмів: ароматизуючі речовини, відбілюючі реагенти (персульфати, перборати), кальцинована сода, карбоксилцелюлоза, силікати натрію. В залежності від природи і структури гідрофільної частини молекул синтетичні ПАР поділяють на:
- аніоноактивні;
- катіоноактивні;
- амфотерні;
- неіоногенні.
Останні не утворюють іонів у воді. Найпоширенішими серед синтетичних ПАР є аніоноактивні речовини. На їх долю припадає понад 50% всіх синтетичних ПАР.[2]
Наявність синтетичних ПАР в стічних водах промисловості пов'язане з використанням їх в таких процесах, як флотаційне збагачення руд, розділення продуктів хімічних технологій, отримання полімерів, покращення умов бурових робіт нафтових та газових свердловин, боротьба з корозією обладнання. В сільськогосподарському виробництві синтетичні ПАР використовують в складі різноманітних меліорантів та як штучні структуроутворювачі для поліпшення структури ґрунтів сільськогосподарського використання.
3.7 Теплове забруднення водойм
Теплове забруднення поверхні водойм та прибережних морських акваторій виникає в результаті скиду нагрітих стічних вод електростанціями та деякими промисловими виробництвами.
Скиди нагрітих вод в багатьох випадках зумовлюють підвищення температури води у водоймах на 6-8 °С. Площа плям нагрітих вод в прибережних водах може досягати 30 км2. Більш стала (стабільна) температурна стратифікація перешкоджає водообміну поміж поверхневими та придонними шарами води. Розчинність кисню у водах зменшується, а споживання його зростає, оскільки із збільшенням температури підсилюється активність аеробних бактерій, які розкладають органічні речовини, підсилюється видове різноманіття фітопланктону і всієї флори водоростей в цілому.
На підставі узагальненого досвіду, можна зробити висновок про те, що ефекти антропогенного впливу на водне середовище виявляються на індивідуальному та популяційно-біоценотичному рівнях і тривала дія забруднюючих речовин призводить до значного спрощення водних екосистем.[8]
4. Особливості моделювання в екології
Моделювання с одним з головних засобів пізнання в екології. На цей час широко використовуються такі методи, як:
- натурно-експериментальне моделювання;
- математичне (у тому числі числове) моделювання;
- системне моделювання.
Першими математичними моделями були роботи В. Вольтерра й А. Лоткі: математична теорія динаміки популяцій, модель "хижак - жертва" (20-і - 30-і роки XX ст.). У 50-і роки Е. Кернер створює так звану "статистичну механіку біологічних асамблей" (для складних біоценозів з великим числом взаємодіючих видів). Надалі у зв'язку з великими труднощами математизації складних біологічних і екологічних об'єктів були взяті на озброєння методи кібернетики (системне моделювання).
Основні фактори, що враховуються при екологічному моделюванні.
Основні фактори, що враховуються при моделюванні екологічних систем, можна підрозділити на такі дві групи:
а) фактори зовнішнього впливу:
- кліматичні зміни (температура, опади тощо);
- антропогенне втручання і таке ін.;
б) внутрішні фактори:
- конкуренція;
- паразитизм;
- хижацтво;
- захворюваність та її поширення;
- трофічні ланцюги.
При цьому потрібно враховувати, що вплив таких факторів характеризується наявністю:
- ефекту запізнення;
- кумулятивного ефекту;
- граничних ефектів.
Як правило, математичний опис впливу факторів зв'язаний з великою кількістю взаємозалежних змінних, зв'язаних між собою нелінійними співвідношеннями, що сильно ускладнює задачу і вимагає застосування ЕОМ.
Принципи екологічного моделювання
При побудові моделей екологічних процесів застосовують наступні основні принципи.
Принцип системності.
Внаслідок пересиченості екосистем зв'язками екологічні об'єкти являють собою єдину систему. З цієї причини в екології виявилося необхідним злиття методів системного аналізу і математичного моделювання. Це призвело до створення інтегрального методу системного моделювання - вищого етапу в розвитку екологічного моделювання.
Принцип системності полягає в усвідомленні цілісності об'єктів світу, їхньої стійкості, взаємодії із зовнішнім світом тощо; інший аспект цього принципу - динамічна багатогранність, єдність якості й кількості, теорії та практики.
Принцип єдності структурності та ієрархічності.
Фундаментальна риса екосистем - наявність у них складнихієрархічних структур. Звідси випливає вимога єдності структурності й ієрархічності системних екологічних моделей. Відповідно виникає проблема структурування моделі, тобто виділення істотних підсистем і елементів п сукупності всіх зв'язків і компонентів.
Звичайно систему організують найбільш залежні одне від одного елементи (підсистеми), інші впливають па поводження системи слабко, а через їхню велику кількість - неузгоджено; отже, їх можна розглядати як інтегровані зовнішні чи внутрішні фактори впливу.
Принцип багатомодельного опису.
Через динамізм і складність екологічних об'єктів, що виникають у результаті множинності мети антропогенного втручання, на сьогодні немає можливості побудови єдиної теорії соціоекосистеми в класичному розумінні, тобто як дедуктивної моделі, з якої можна вивести всі можливі наслідки. Тому наука йде по шляху створення множинних взаємодоповнюючих моделей.
Принцип єдності формалізованого і неформалізованого опису.
Досвід перших глобальних моделей розвитку світової соціоекосистеми, побудованих за замовленням Римського клуба, показав: сяйного формалізованого (математичного) опису недостатньо для адекватного моделювання соціоекосистеми. Для цього необхідно враховувати неформальні фактори і доповнювати формалізований опис (з позицій історичного, психологічного та ін. підходів) неформальованим описом.
Принцип визнання фундаментальності екологічних процесів.
Екологічні процеси неможливо звести до простої сукупності біологічних, фізичних, економічних процесів, оскільки всі вони тісно переплетені між собою. У цьому переплетенні виникають нові, екологічні закономірності. Звідси випливає самостійна значимість екологічних цінностей.