Живые фильтры

«ЖИВЫЕ ФИЛЬТРЫ» 

(информация к занятию «Живые фильтры» по теме «Подводный мир», 

3-й год обучения)

ПЛАН:

1. Невидимые очистители воды (амёбы, инфузории туфельки, сувойки, коловратки, рачки: циклопы, дафнии).

2. Видимые животные-очистители воды (пресноводные губки – бодяги, двустворчатые моллюски беззубки и перловицы).

3. Биологические очистные сооружения (аэротенк, биофильтр, дисковый биофильтр).

4. Причины возникновения нефтяного  загрязнения мирового океана.

5. Биологический способ очистки морских вод от нефтяной плёнки.

6. Биоиндикаторы загрязнения (численность и видовой состав микроорганизмов).

7. Факторы, влияющие на скорость очистки (температура, разнообразие  микроорганизмов, наличие кислорода).

8. Механический способ очистки морских вод от нефтяной плёнки (использование пористых материалов: пенопласт, солома, уголь, торф, полиуретан, вермикулит).

9. Экологическая опасность от разливов нефти (лишение кислорода, гибель икры и мальков рыб, водоплавающих птиц и водных млекопитающих, нарушение пищевой цепи).

10. Необходимость очистных сооружений в населённых пунктах: городах, посёлках.

11. Проверочные вопросы. (несколько из 30).

12. Практическая лабораторная работа. Обитатели воды под микроскопом.

13. Задание на следующие дни: проследить степень и скорость замутнения воды в аквариуме при попадании в воду лишнего корма для рыб. С последующим изучением процессов, проходящих в воде.

Везде можно встретить удивительное. И совсем не обязательно отправляться в далёкое путешествие. Достаточно заглянуть в маленький пруд или просто в лужу, и неведомый подводный мир раскроется перед нами.

Вот по воде несутся КЛОПЫ-ВОДОМЕРКИ, скользят, точно лёд у них под ногами, а не вода. ЖУК-ПЛАВУНЕЦ поднялся, чтобы набрать воздуха, и во все стороны кубарем покатились КУКОЛКИ КОМАРОВ. Через прозрачную воду видны диковинные водные растения, по которым медленно ползут УЛИТКИ, таща за собой на спине свои извитые домики. 

Интересен этот безмолвный мир, пронизанный солнцем и наполненный жизнью. Каждый в нём знает своё место. Правда, нам удалось увидеть только часть живых существ, а ведь здесь плавает ещё и бесчисленное множество микроскопических животных и растений, которые по своей красоте и значению не уступают видимым, скорее даже превосходят их.

Только что мы любовались подводным миром маленького пруда. Отошли от него – и увидели большой котлован, вырытый экскаватором. Почему-то в нём совсем мутная вода. Не видно дна, вода как-то неприятно пахнет. Наклоняемся. Сколько ни смотри, никого не увидишь. Только по самому краю, куда проникают солнечные лучи, видно, что дно покрыто зелёным налётом. Там поселились водоросли. ЖИВЫЕ СУЩЕСТВА ОЧИЩАЮТ ВОДУ. Где их нет, там и вода загрязнённая.

В реки и озёра текут целые потоки сточных вод. Однако проходит некоторое время, и вода светлеет. Это так называемая САМООЧИСТКА ВОДЫ – один из сложнейших процессов в природе. Как бы ни была чиста вода, в ней всегда есть БАКТЕРИИ. И большая часть из них полезные. Они-то и занимаются очисткой воды.

Если бы мы уменьшились до размеров бактерии, то увидели бы перед собой мяч, напоминающий футбольный. Такой же кожистый и так же сильно надутый, только покрытый слизистым чехлом, словно смазанный клеем. Вот к этому слизистому чехлу-клею и прилипают какие-то кусочки, плавающие в воде. Прилипают и исчезают, прямо тают: так питаются бактерии. Усваивая вещества, она растёт, растёт и начинает перешнуровываться – делиться. Если внимательно посмотреть, то кусочек, прилипший к бактерии, исчезает не сразу. 

Сначала из оболочки бактерии выделяется белковое вещество, очень активное – пищеварительный фермент. Под его воздействием огромные молекулы загрязнения разбиваются на отдельные частички, которые ту же поглощаются «кожей» бактерии – всасываются внутрь через мельчайшие поры. Внутри каждый кусочек обволакивается тончайшей мембраной и окончательно дробиться до кирпичиков – аминокислот, а из них уже бактерия наращивает своё тело, делится. 

Делятся бактерии примерно каждые 20 минут. За 6 часов их становится уже 250 тысяч из одной клетки, а через сутки… если бы все они сохранялись, то бактерии заполнили бы всё море. Но этого никогда не происходит. Во-первых, бактериям не хватает пищи; во-вторых, они погибают в своих собственных продуктах обмена. В-третьих, и это главное, здесь же в воде, плавают, бегают, скачут несметные полчища «динозавров» для бактерий: АМЁБ, ТУФЕЛЕК, СУВОЕК и КОЛОВРАТОК.

С АМЁБОЙ мы знакомимся в школе, почти все знают этот живой голубоватый комочек плазмы с прозрачной каёмкой. Она вполне оправдывает своё имя – «амёба» в переводе с греческого значит «изменчивая». Но для бактерии это не маленький комочек, а в 200 раз превышающая её громадина, которая лавиной натекает на бактерии, обволакивая их. Помимо бактерий амёбы питаются различными водорослями. Это тоже хорошо. Посмотрите, как быстро размножаются эти одноклеточные зелёные существа. если бы амёбы их не съедали, они бы заполнили весь водоём и, погибая, сильно загрязнили воду.

Не все амёбы голые. Есть среди них закованные в латы, вернее в панцирь. Их называют ещё раковинными амёбами. У одних раковина как блюдечко, у других похожа на маленькую грушу. В случае опасности уберёт амёба свои ложноножки в раковину, как черепашка, и затаится. Но вот «горизонт чист», и амёба снова выпускает свои голубые ножки из раковины и начинает хватать ими всякую мелкую живность, очищая от неё воду.

Знают все и ИНФУЗОРИЮ ТУФЕЛЬКУ. Встанет она где-нибудь около травинки, притихнет, а околоротовые её реснички быстро гонят воду. Вода прямо колесом крутится и несёт к ротовому отверстию туфельки всякие частицы. Реснички почти мгновенно их сортируют. Большой кусок в глотку не пройдёт – отбрасывает, острый поранить может – тоже отбрасывает, а бактерии поглощаются и запечатываются в пищеварительные вакуоли.

Носятся в воде туфельки, бегают БРЮХОРЕСНИЧНЫЕ ИНФУЗОРИИ СТИЛОНИХИИ. И тут же рядом на длинных ножках сидят «колокольчики» – СУВОЙКИ. Представьте себе, что это тоже инфузории, только прикреплённые. Стебелёк у них длинный, колокольчик нежный, прозрачный. По краю колокольчика расположен венчик ресничек. Бьют реснички по воде – и над ротовым отверстием создаётся круговорот, в который вовлекаются различные частицы и бактерии.

Не только одноклеточные животные поглощают бактерии. Есть в воде мельчайшие многоклеточные организмы – КОЛОВРАТКИ. Они не больше туфельки, а иногда и меньше её. В одном случае перед нами только одна клетка, во втором – организм с различными органами. У коловратки есть и глаза, и жующий аппарат, желудок и кишечник, примитивные почки и то есть. Правда, каждый орган построен из считанного количества клеток. Впереди у коловраток коловращательный аппарат из ресничек. 

Сидит коловратка, вращает головой, запустив свой «пропеллер», а бактерии и мелкие водоросли сами ей в рот так и летят. В микроскоп видно, как она их пережёвывает и глотает, ведь коловратка прозрачна, и видно всё, что у неё творится внутри.

Увеличивается количество простейших и коловраток, но и на них находятся охотники-любители. Вот они рывками носятся в толще воды. Распустив свои вёсла-усы и вращая во все стороны страшным чёрным единственным глазом. Ну, конечно, речь идёт о мельчайших РАЧКАХ:    ЦИКЛОПАХ,   РАКУШКОВЫХ РАЧКАХ   и ДАФНИЯХ. Но мельчайшие они лишь для нас, для инфузорий это настоящие великаны.

ВЕТВИСТОУСЫХ ДАФНИЙ можно увидеть уже невооружённым глазом во многих водоёмах с чистой водой. У этих мелких рачков, так же как и у циклопов, один глаз, только циклопы ещё мельче. Двигаются дафнии с помощью сильно разветвлённых антенн или усов. Циклопы больше похожи на маленькую торпедку. Антенны у них длинные и неразветвлённые. К тому же для плавания циклопы используют ещё грудные ножки, за это их и относят к отряду, который называют «ВЕСЛОНОГИЕ».

ВЕТВИСТОУСЫЕ и ВЕСЛОНОГИЕ – самые большие помощники в очистке воды. Чем они только не питаются! Быстро гонят воду своими ножками и фильтруют её. Ведь ножки у них покрыты щетинками, а эти щетинки и есть самый лучший фильтр. Попались бактерии – съедают их, попались водоросли и простейшие – тоже неплохо. Съедая бесчисленное множество мельчайших животных и растений, используя органические молекулы для построения своего тела, дафнии и циклопы очищают воду значительно быстрее и минерализуют до 60% органических веществ.

В воде живёт много животных-очистителей. Фильтруют воду ПРЕСНОВОДНЫЕ ГУБКИ – БОДЯГИ,    ДВУСТВОРЧАТЫЕ МОЛЛЮСКИ БЕЗЗУБКИ   и  ПЕРЛОВИЦЫ так и гонят воду через свои трубки-сифоны.

Оказывается, края трубок у БЕЗЗУБОК, образованные двумя створками, покрыты множеством клеток с ресничками, будто целая армия инфузорий собралась здесь вместе и работает своими ресничками. И как работает! Сплошной поток воды устремляется в нижний сифон и несёт беззубке и пищу и кислород. Ни водоросли, ни простейшие, ни мелкие рачки уже никогда не вырвутся из этого фильтра.

А РЫБКИ? Все знают, что циклопы и дафнии для них любимый корм.

Всё связано в природе и движется в вечном круговороте. Вот почему людям всегда нужно заботиться о чистоте окружающей природы. Ведь какой бы яд мы ни применили для уничтожения насекомых в наших садах и полях, в конечном итоге он будет смыт водой в реку, озеро или море, пройдёт по всем пищевым цепям, откладываясь у различных животных, либо погубит их, либо с рыбой придёт к человеку.

Идут годы, развивается промышленность, и в наши водоёмы поступает со сточными водами огромное количество загрязняющих веществ, с которыми подводный живой мир  уже не может справиться самостоятельно. Вот почему для очистки сточных вод применяют специальные сооружения. То, что не могут разложить живые организмы, разлагают физическими и химическими способами. Здесь используют всё: и ультразвук, и электричество и озон. И всё же основную очистку воды и в очистных сооружениях ведут живые существа.

Рассмотрим одно из таких сооружений – АЭРОТЕНК. Десятки и сотни тысяч кубометров сточных вод может проходить через него в сутки. Тёмной струёй втекает сточная вода в аэротенк и прозрачной вытекает из него. Что же там происходит?

АЭРОТЕНК – это огромный бетонный бассейн, куда снизу через мелкопористые пластинки подаётся распылённый воздух. Вода же в бассейне смешана с активным илом. Это для него подают воздух. По внешнему виду активный ил напоминает коричневатые тёмные хлопья. А посмотришь в микроскоп, там все наши знакомые: бактерии, коловратки, микроскопические черви, различные инфузории. И очищают воду они так же, как это делали в обычном водоёме, только быстрее. Их же здесь целые полчища. К тому же и воздух для дыхания им подаётся в неограниченном количестве, а питание – загрязнения сточных вод.

Бурлит вода с активным илом, размешивается воздухом, изымает из воды активный ил всякие загрязнения, переливается в огромный бак-отстойник. Здесь хлопья оседают. Вода сверху отстойника собирается, хлорируется и стекает в водоём, а активный ил снова перекачивается в аэротенк и снова бросается в бой, на борьбу с загрязнением.

Много грязи поглощает активный ил, но и сам растёт быстро, поэтому лишний вынимают и отдают на съедение опять же бактериям, только метановым. В особых резервуарах – МЕТАНТЕНКАХ величиной с двухэтажный дом без доступа воздуха съедают лишний активный ил метановые бактерии, или, как говорят, сбраживают его.

Есть и другие очистные сооружения. Там микроорганизмам не нужно носиться в бурлящих потоках воды, чтобы захватывать грязь, как это происходит в аэротенке. Микроскопических помощников помещают на твёрдую поверхность и пропускают мимо них тонким слоем воду. Так устроен БИОФИЛЬТР. Это тоже современное очистное сооружение величиной с огромный короб, а то и башню высотой до 16 метров. 

Внутри биофильтра находятся специальные устройства с загрузочным материалом в виде шаров, решёток, либо гофрированных листов пластика с извилистыми бороздками. Поэтому их поверхность очень большая, и весь биофильтр оказывается пронизанным пустотами между загрузочным материалом, по которым поступает воздух для дыхания микроорганизмов.

Вода разбрызгивается вверху биофильтра и тончайшими струйками по сложным извилистым путям стекает вниз. А микроорганизмы начинают жить на загрузке. Они не просто сидят в одиночку, а все склеиваются и сцепляются друг с другом, образуя биоплёнку, которая активно поглощает загрязнения из пробегающей мимо воды.

Чтобы микроорганизмы быстрее разлагали загрязняющие вещества, иногда в биофильтр снизу вентиляторами подают воздух. Бежит он вверх по пустым каналам между загрузкой навстречу воде, и миллиарды микроскопических жителей биоплёнки не ощущают больше недостатка кислорода.

Во второй половине 20 века у нас и за рубежом распространились ДИСКОВЫЕ БИОФИЛЬТРЫ. Тонкие диски по 4-5мм, сделанные из алюминия, нанизывают через 1,5-2см на ось, которую медленно вращает электромотор. Нижняя половина дисков погружена в сточную воду, а верхняя остаётся снаружи. Диски вращаются, а поверхность, находящаяся на воздухе, не успев обсохнуть, снова погружается в воду. На поверхности дисков развивается биоплёнка из микроорганизмов. День и ночь диск, на котором обосновались микроскопические жители, то взмывает вверх, то опускается в пучины грязной воды. Скорость эта кажется большой только для микроорганизмов, человеку стоять полминуты, чтобы увидеть, как диск сделает полный оборот.

Опускаясь в сточную воду, микроорганизмы захватывают грязь, но вот диск выносит их на воздух, и под воздействием кислорода загрязнители окисляются.

Пройдя дисковый биофильтр, вода отстаивается от попавших в неё оторвавшихся кусочков биоплёнки и становится чистой.

Так закончилось наше небольшое путешествие в неведомый мир, расположенный не где-то за морями, а здесь за городом, либо же в самом городе или в деревне, под блестящим на солнце зеркалом воды.

У берегов Великобритании 18 марта 1967 года потерпел крушение танкер «Торри каньон». Это была далеко не первая авария нефтеналивного судна. И не последняя. Но именно она заставила всерьёз задуматься о надёжных мерах защиты океана от НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ.

В числе первых пострадали ПТИЦЫ. Слипшиеся от нефти перья больше не защищали от холода и сырости. Пытаясь очистить их клювами, КАЙРЫ, ГАГАРЫ, ТУПИКИ сотнями погибали от отравления. Мор и опустошение пронеслись и среди обитателей вод.  У КРАБОВ отпадали конечности, они умирали. Роющие МОРСКИЕ ЕЖИ и МОЛЛЮСКИ, высунувшись из песка, застывали навечно в неестественных позах. В бедственном положении оказались и РЫБЫ мелководья, и жители морских глубин. Чёрный прилив достиг побережья и опустошил береговую флору и фауну.

Для борьбы с чёрным прибоем попытались применить ДЕТЕРГЕНТЫ – химические вещества, связывающие нефть. Сначала показалось, что море очищается – в маслянистой плёнке стали появляться разрывы, она съёживалась и уменьшалась в размерах. Но это была лишь иллюзия. На самом деле нефть, связанная детергентами, опускалась на дно или выбрасывалась волнами на берег. К тому же оказалось, что детергенты и сами очень вредны для живых организмов. Они только увеличивали размеры трагедии.

Других эффективных средств у спасателей не было – люди оказались неподготовленными к подобной катастрофе.

С тез пор прошло почти полвека. Есть ли сегодня надёжные меры борьбы с нефтяным загрязнением воды?

Чтобы уничтожить мышей, не обязательно пользоваться ядом. Достаточно завести кошку. Стрекозы и птицы защищают людей от комаров, лягушки – поля от вредных насекомых, а некоторые жуки и мухи надёжно охраняют леса от вредителей. На этом основан БИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ОХРАНЫ ПРИРОДЫ, и он широко применяется.

Но кто же отважится напасть на нефть? Углеводороды – соединения, из которых состоят нефтепродукты, - смертельный яд почти для всех живых существ. Хотя есть и такие, для кого нефть – любимая пища.

Речь идёт о микроорганизмах – особых, удивительных существах. У них своеобразные требования к пище – одно довольствуются скромным меню, другие очень привередливы. Есть среди них и такие, которые питаются составными частями нефти. И в этом нет ничего удивительного. Ведь нефть – продукт естественный. Созданный самой природой. Значит, должны быть и средства, разрушающие её, - все естественные продукты участвуют в кругообороте веществ в природе, ничто не пропадает. 

Совсем по-другому обстоит дело с искусственными, синтетическими веществами. Их порою бывает очень трудно разрушить. Так, например, капроновые чулки, зарытые в виде эксперимента в землю, пролежали там несколько лет и остались невредимыми.

Состав нефти очень сложен. В него входят тысячи различных компонентов – от тяжёлых парафинов до лёгких и летучих жидкостей и газов. Такие разные по химическим и физическим свойствам. Они не так уж сильно отличаются один от другого. Всё это – углеводороды.

Входят в состав нефти и некоторые другие химические элементы – кислород, сера, металлы. Великолепный строительный материал для создания новых клеток. Однако  добыть его не так-то просто, потому что отдельные элементы крепко-накрепко связаны друг с другом в длинные цепочки.  Но для нефтеокисляющих микроорганизмов эта задача «по зубам». Крошечные существа отщепляют атом за атомом, разрывают химические связи. Нефть разрушается, распадается на отдельные элементы. Микробы растут, размножаются, и новые полчища одноклеточных существ набрасывается на пищу.

Нефтеокисляющие микроорганизмы широко распространены по всей планете. Как и другие микробы, они очень выносливы и неприхотливы. Им не страшны жара и холод, колебания влажности и давления. До известных пределов, конечно. много их и в океане, особенно в местах скопления нефти. Чем грязнее вода, тем лучше питательная среда, тем активнее растут и размножаются бактерии. Правда, в чрезвычайно крепких растворах им не выжить – сказывается нехватка кислорода. По этой же причине они н6е могут проникнуть и внутрь нефтяного пятна. «Пасутся» с краёв, где кислорода достаточно.

При биологической очистке используются возможности самой природы. Всё начинается с селекции, отбора микроорганизмов, перерабатывающих углеводороды в естественных условиях. «Вылавливают»их из воды в тех районах, где впоследствии им и их сородичам предстоит работать. Морскую воду, как сквозь сито, пропускают через специальные фильтры, затем отсеивают всё лишнее, ненужное. Это просто – достаточно поместить фильтр на питательную среду, в которую добавлена НЕФТЬ. Она УНИЧТОЖАЕТ ВСЁ ЖИВОЕ. Останутся только нефтеокисляющие микроорганизмы, из каждой клетки которых вскоре вырастает целая колония.

По численности и видовому составу разросшихся клеток можно судить и о загрязнённости воды, из которой они взяты. Разработана даже специальная методика контроля за чистотой воды с помощью микроорганизмов.

Обнаружить загрязнение очень важно, так как это помогает быстрее его ликвидировать. А спешить необходимо. Особенно в северных морях, где из-за низких температур замедлены процессы самоочищения природы. Здесь животные и растения существуют в таких суровых условиях, что нефть, даже в небольших количествах, может погубить всё живое. 

Труднее в Арктике применять и обычные методы очистки – механические, химические. Льды и торосы, почти круглый год покрывающие моря, препятствуют быстрому продвижению судов-нефтесборщиков. А вот авиация в содружестве с биологией может быть очень полезной. Нужно только иметь в запасе  достаточное количество микроскопических пожирателей нефти. Их выращивают в лаборатории.

С микрофильтров бактерии переносят в пробирки или колбы. Колонии продолжают расти, множится количество клеток. Но этого ещё очень мало. Выращивание ускоряют в специальном приборе, в ФЕРМЕНТЕРЕ. В этом своеобразном инкубаторе для микроорганизмов получают сотни килограммов биомассы – в зависимости от потребности. Затем препарат высушивают и хранят, как дрожжи, в холодильнике. А когда возникает необходимость, переносят в естественную среду, в ту самую воду, откуда были взяты клетки-родоначальники колоний. Попав в благоприятные условия, микробы оживают и включаются в работу.

Чаще всего делают смеси из клеток разных видов, воздействующих на различные участки углеводородной цепочки. Но все эти виды обитают в арктических морях. За их родоначальниками каждый год отправляются экспедиции в Заполярье. Иногда в них принимают участие и школьники – слушатели малого факультета технологического института.

Зачем же ездить так далеко? Разве нельзя добыть нефтеокисляющие бактерии поближе, например,  в Неве или Ладоге? Нет, нельзя. То есть добыть, конечно, можно – ведь и в Неве, и в Ладоге есть, к сожалению, нефтепродукты, а значит, и перерабатывающие их организмы. Но вряд ли им понравится климат северных морей. Там они будут хуже расти и развиваться. И, возможно, местные микроорганизмы не очень приветливо встретят чужаков. Нарушение экологического равновесия порою приводит к неожиданным последствиям.

Применение смеси клеток разных видов позволяет повысить скорость разрушения нефтепродуктов. Но при одном условии – избытке кислорода. Без него окислительные реакции невозможны. Чтобы насытить микроорганизмы кислородом, нужно раздобыть нефтяную плёнку, перемешать её с воздухом. Сделать это непросто – под действием силы поверхностного натяжения маслянистая жидкость растекается по воде. Только сильное волнение на море или специально установленные вибраторы могут помешать этому.

Учёные нашли другой, более удобный и дешёвый способ дробления плёнки. В море сбрасывают какой-нибудь лёгкий пористый материал – кусочки пенопласта, уголь, торф – любой, лишь бы он держался на плаву. А в лаборатории применяют ВЕРМИКУЛИТ – естественный продукт, остающийся после промышленного производства слюды. Это приносит дополнительную пользу – делает производство слюды безотходным. Вермикулит впитывает нефть, как губка, поглощая её в несколько раз больше собственного веса. Есть у него ещё одно необходимое качество: он совершенно безвреден, химически неактивен.

Вермикулит не только разбивает нефтяную плёнку. Его одновременно используют и для «транспортировки» нефтеокисляющих бактерий. Клетки, выращенные в лаборатории, прикрепляют особым способом к молекулам вермикулита. В море нефть сразу же пропитывает лёгкие комочки, проникает во все поры и становится добычей бактерий.  А как только разрушительная работа будет закончена, вермикулит снова пропитывается нефтью – получается непрерывное производство.

Порой радиограммы напоминают  сводки о ходе морских сражений.

…Танкер «Эссо Геттисберг» натолкнулся на скалы и сел на мель вблизи порта Нью-Хейвен \штат Коннектикут\. На поверхность моря вылилось более полутора миллионов литров горючего, и образовалось нефтяное пятно площадью около пяти квадратных километров. Нефть пытались «заарканить» с помощью плавающего буннового \бунны – соединённые между собой специальные поплавки\ заграждения. Однако остановить распространение нефти на поверхности моря не удалось.

…В Ла-Манше столкнулись голландский танкер «Ида Хойер» и английский «Халлигейт». На месте аварии образовалось большое нефтяное пятно. Несколько суток продолжалось сражение с нефтью, которая угрожала побережью. Правда, на этот раз англичане были более подготовлены. Урок «Тори Кэньон» не прошёл даром.

18 марта 1967 года танкер «Тори Кэньон», нагруженный 120 тысячами тонн сырой нефти, сел на мель неподалёку от побережья Англии и начал разваливаться на части. В течении нескольких недель из его танков вытекало горючее и медленно дрейфовало к побережью. Все старания поджечь нефть оказались безуспешными. Перед этим пытались рассеять громадное нефтяное пятно с помощью специальных химических средств – ДЕТЕРГЕНТОВ. Но тщетно. Если сама по себе нефть несла гибель в основном только водоплавающим птицам \погибло около 50 тысяч птиц\, то химические вещества оказались ядовитыми для многих видов моллюсков и планктона.

Подсчитано: помимо аварий танкеров, ежегодно в океаны и моря сбрасывается от 3 до 10 миллионов тонн нефти. Аэрофотосъёмка, произведённая  со спутников Земли, показывает, что уже около 30% поверхности океана покрыто нефтяной плёнкой. Нефть душит воды Средиземного моря, Атлантического океана. Жизнь в море поддерживается за счёт кислорода, содержащегося в воде. Согласно подсчётам один литр нефти способен лишить кислорода 40 тысяч литров морской воды. Следствие этого – частичное или полное исчезновение рыбы во многих прибрежных районах.

Тур Хейердал рассказывает, что, когда он и его друзья в 60-е годы 20 века плыли на «Кон-Тики», они не уставали любоваться изумрудной чистотой океана. Зато путешествие на папирусном «Ра» было омрачено тем, что плыть пришлось среди грязи.

По данным Калифорнийского университета, только в северной части Тихого океана плавает около 5 миллионов старой резиновой обуви, 35 миллионов пустых пластмассовых бутылок и около 70 миллионов стеклянных. Ушли в прошлое времена, когда природа успешно справлялась с минерализацией и нейтрализацией загрязнителей, поддерживая равновесие в извечном круговороте веществ.

Неслышными ураганами врываются загрязнители в жизнь моря. Незримые штормы, бушующие на поверхности океана, отражаются на его коренных обитателях.

Взрослые рыбы ещё могут избежать контакта с нефтью, покинуть опасный район. А икра, подчинённая воле волн, ветра и течений? Икра многих рыб развивается  в поверхностном слое воды, где опасность встречи с нефтью весьма вероятна. При концентрации нефти и нефтепродуктов в морской воде 0,1 0,01 миллиметра икринки гибнут в течении нескольких суток. При более низких концентрациях они могут остаться жизнеспособными, но многие мальки вырастают уродами. По этой причине в десятки раз увеличилось количество уродливых личинок камбалы – калкана.

Многолетние исследования показали, что в верхней 50-сантиметровой толще воды развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Здесь находится питомник молоди многих видов рыб и беспозвоночных.

В Институте биологии южных морей  АН УССР учёные выяснили, что личинки многих видов рыб нуждаются в атмосферном воздухе – один-единственный раз в жизни они обязательно должны сделать вдох, чтобы заполнить свой плавательный пузырь. И вот этого глотка воздуха их может лишить тончайшая нефтяная плёнка на поверхности воды. Для того чтобы создать эту плёнку на площади в один гектар, достаточно килограмма нефти. А если плёнка продержится 1-2 дня, то, по самым скромным подсчётам, на этом гектаре погибнет 100 миллионов личинок рыб! В холодное время года и в северных морях нефтяные пятна особенно опасны – распад нефти замедляется.

Уже давно идут поиски надёжного и быстрого способа очистки морской воды от нефти. Способа механического, физического и биологического. Список средств, имеющихся сейчас в наличии, довольно внушительный – от соломенных матов и порошка сосновой коры, два литра которого съедают литр нефти, до песка с определёнными  добавками, разработанного голландской фирмой «Шелл», и пенополиуретана, один кубический метр которого может впитать до тонны сырой нефти. 

Для удаления попавшей в море нефти применяют специально оборудованные суда и катера, собирающие нефть с акватории гаваней. Системы из поплавков позволяют ограничить площадь загрязнения. Нефть вычерпывают иногда даже вручную.

А вот метод использования бактерий, питающихся нефтью, был создан в декабре 1965 года в Институте биологии южных морей АН УССР, в первой в Советском Союзе лаборатории морской санитарной  гидробиологии, которую возглавлял доктор биологических наук О.Г.Миронов.

В результате исследования микро-флоры и фауны Чёрного, Красного и Средиземного морей, Индийского и Атлантического океанов было выделено и описано свыше 400 нефтеокисляющих микроорганизмов. Они стали как бы исходным микробным фондом для разработки гидробиологического метода борьбы с нефтью в море. 

Учёные установили взаимосвязь между температурой воды и численностью микроорганизмов-санитаров. Так, в одном миллиметре черноморской воды зимой их насчитывалось 100, а летом – от 1 тысячи до 10 тысяч. Установлена ещё одна важная закономерность в жизни  невидимок моря. Численность и видовое разнообразие пожирателей нефти зависели от степени загрязнения морской воды. Чем больше было пищи – нефти, тем больше обитало здесь бактерий. Количество бактерий, растущих на нефти, достигало астрономической цифры – от 16 в 6 степени до 10 в 7 степени на один литр морской воды. Бактерии стали своеобразными индикаторами загрязнения данного района моря. 

Под микроскопом таинственный мир оживает: капля воды так и кишит жизнью. Всё это  - простейшие одноклеточные животные, питающиеся органическими веществами. Одни из них передвигаются медленно, другие проносятся в поле зрения, как метеоры. Овальные, сигарообразные, отдельные и собранные в целые букеты или миниатюрные точки, все они находятся в непрерывном движении, в безостановочной работе.

Микроскопические труженики давно уже помогают людям очищать сточные воды. Ни одно промышленное предприятие, ни один город или посёлок не обходится без биологического фильтра. В любом очистном сооружении значительная часть нагрузки приходится на долю микроорганизмов. Благодаря им люди возвращают природе взятую у неё в долг живую воду. Они помогают сохранить чистоту морей и океанов. Наше дело лишь слегка направить их и не мешать.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Почему вода в котловане, в отличие от пруда, мутная? (там поселились водоросли, а так как нет живых микроорганизмов, питающихся этими водорослями, вода не очищается).

2. Благодаря кому или чему очищаются водоёмы от сточных вод? (благодаря микроорганизмам, питающимся загрязнениями).

3. Почему бактерии при их скоростном размножении не заполнили весь океана? (им не хватает пищи, они погибают в продуктах собственного обмена, на них есть охотники: амёбы, туфельки, сувойки, коловратки и другие инфузории).

4. Кто это: циклопы, дафнии? (мельчайшие рачки, фильтрующие воду и поедающие органические вещества).

5. Кто ещё фильтрует воду кроме инфузорий и рачков? (пресноводные губки – бодяги, двустворчатые моллюски беззубки и перловицы).

6. Составьте пищевую цепь, начиная с микроскопических водорослей. (водоросли – инфузории, рачки – рыбки – хищные рыбы – рыбоядные звери и птицы, а также человек).

7. Как называется  метод очистки воды с помощью микроорганизмов? (биологический).

8. Вспомните названия очистных сооружений, в которых используется биологический метод очистки воды. (аэротенк,  биофильтр,  дисковый биофильтр).

9. Одно из самых опасных веществ, загрязняющих мировой океан? (нефть).

10. Кто в первую очередь гибнет при разливе нефти? (водоплавающие птицы, икра и мальки рыб).

11. Какие методы борьбы с нефтью в океане вы можете назвать? (механический, физический, биологический, химический).

12. Что представляет собой биологический метод борьбы с нефтяной плёнкой? (использование нефтеокисляющих микроорганизмов, для которых нефть – любимая пища).

13. Где же спасатели берут микроорганизмы для уничтожения нефти? (учёные выращивают их в лабораториях, в микрофильтрах;  в этом своеобразном инкубаторе для микроорганизмов получают сотни килограммов биомассы – в зависимости от потребности. Затем препарат высушивают и хранят, как дрожжи, в холодильнике).

14. Можно ли использовать полученные в одном биофильтре микроорганизмы для очистки воды в разных морях, где случаются аварии? (нет. В каждом море своя микрофлора, когда возникает необходимость, переносят в естественную среду тех микробов и в тру самую воду, откуда были взяты клетки-родоначальники колонии).

15. Зачем и почему каждый год отправляются экспедиции в арктические моря, например? (за клетками-родоначальниками, взятым, например, в Неве микроорганизмам может не понравиться климат северных морей и они там будут хуже расти и развиваться).

16. Без чего окислительные реакции невозможны, а как результат и размножение микроорганизмов? (без кислорода).

17. Какой более удобный и дешёвый способ удаления нефтяной плёнки используется? ( в море сбрасывают какой-нибудь лёгкий пористый материал – кусочки пенопласта, солому, уголь, торф, порошок сосновой коры, пенополиуретан, один кубический метр которого может впитать до тонны сырой нефти, – любой, лишь бы он держался на плаву, а также вермикулит, естественный продукт, остающийся после промышленного производства слюды. Все эти материалы впитывают нефть, как губка. Вермикулит поглощает её в несколько раз больше собственного веса. К клеткам вермикулита особым образом прикреплены и нефтепоглощающие бактерии. Нефть, пропитавшая пористый материал становится добычей бактерий. Вермикулит очищается и снова готов впитывать нефть. Получается непрерывное производство).

18. В чём заключается главная опасность для мальков рыб при образовании нефтяной плёнки? (кислородное голодание, живые существа задыхаются).

19. А чем нефть грозит водоплавающим птицам? (нефть налипает на перья птиц, и птицы не могут взлететь, птицы застревают в клейкой массе, а пытаясь очиститься клювами, отравляются и гибнут).

20. Кто ещё страдает от нефтяного загрязнения? (без света и воздуха гибнет планктон, а за ним - все животные, которые им питаются. На пляжах «шоколадная» пена душит фауну песка, губит ракообразных и тюленей).

21. Для чего рыбам атмосферный воздух, ведь они дышат жабрами, поглощая кислород из толщи воды? (один-единственный раз в жизни они обязательно должны сделать вдох, чтобы заполнить свой плавательный пузырь).

22. Какое количество личинок рыб может погибнуть на одном гектаре разлива нефти? (100 миллионов).

23. Какое количество морской воды способен лишить кислорода один литр нефти? 940 тысяч литров морской воды).

24. Какое примерное количество птиц гибнет при аварии нефтеналивного танкера и розливе нефти в океан? (около 50 тысяч птиц).

25. Сколько выделено и описано нефтеокисляющих микроорганизмов? (свыше 400).

26. Какая существует связь между температурой воды и скоростью биологической очистки воды? (при повышении температуры увеличивается скорость развития микроорганизмов, а значит и скорость очистки).

27. Как численность и видовое разнообразие пожирателей нефти зависит от нефтяного загрязнения морской воды? (чем больше пищи – нефти, тем больше обитает бактерий. Бактерии стали своеобразными индикаторами загрязнения данного района моря).

28. Но в каких условиях не выжить любителям нефтяной диеты? (в чрезвычайно крепких растворах – сказывается нехватка кислорода. По этой же причине они не могут проникнуть и внутрь нефтяного пятна. «Пасутся» с краёв, где кислорода достаточно).

29. Что кроме повышенной температуры позволяет повысить скорость разрушения нефтепродуктов? (применение смеси клеток микроорганизмов разных видов).

30. Для чего в каждом крупном селении необходимы очистные сооружения? (для очистки стоков, бытовых и промышленных, возвращения в при роду живой воды).

ГОЛОВОЛОМКИ, РЕБУСЫ, КРОССВОРДЫ, ... ИЗ КНИГИ Теремов А., Рохлов Р. Занимательная зоология. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999, страницы 14,15, 33, 108, 109, 124, 126,...

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА: «Обитатели воды под микроскопом».

Рассматривается вода из аквариума: Кого мы можем разглядеть? Кто это? Как он выглядит? Его действия?

Сыплем в аквариум корм с излишком. 

Задание: пронаблюдать что и когда произойдёт с водой в следующие дни: прозрачность, виды микроскопических обитателей, их сравнительное количество, поведение микроорганизмов в разных условиях (разная температура, освещённость, применение лекарственных очищающих препаратов и т.п.).

Все наблюдения: время, виды воздействия, условия, происходящие изменения зафиксировать в таблицах. Написать отчёт по результатам наблюдений. Подготовить выступление в группе и, возможно, на экологической конференции.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Статья из журнала «Юный натуралист» №3, 80-е гг.  «Живые фильтры». Ю.Симаков, кандидат биологических наук. 

2. Статья из журнала «ЮН» №9, 80-е гг. «Спасатели невидимки». М.Самсонова, кандидат биологических наук.

3. Статья из журнала «ЮН» № 7 или 8, 1974 года. Р.Короткий.

4. «Мир моря». Дет. Энц. Изд-во «Махаон», 2002.

Разработки других занятий по теме "ПОДВОДНЫЙ МИР" в "Рубрике МИР ЖИВОЙ ПРИРОДЫ":

- «Обитатели воды» Головоломки https://urlid.ru/b81b

- «Вода и её свойства» практическая работа http://passna.blogspot.ru/2017/05/blog-post_49.html 

- «Обитатели воды». Проверочный материал. http://passna.blogspot.ru/2017/05/blog-post_89.html

Занятие по программе «МИР ЖИВОЙ ПРИРОДЫ», рассчитанной на 4 года обучения в дополнительном образовании.

Программа находится в электронной книге «ПРОГРАММА  «МИР ЖИВОЙ ПРИРОДЫ»  https://yadi.sk/i/-yiYZfRe3JjkZz

Разработки занятий, дидактические игры, головоломки,… в рубрике «Приложение МИР ЖИВОЙ ПРИРОДЫ» http://qps.ru/z3NEQ

А также в книге «ОПЫТ РАБОТЫ. «ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕННОСТНЫХ ОРИЕНТАЦИЙ ВОСПИТАННИКОВ ПОСРЕДСТВОМ ЭМПАТИИ» (воспитание детей через общение с животными) https://yadi.sk/i/m2hAOGHH3JnhTb