Темная сторона обрастания. История мнимой победы над обрастанием и ее печальных последствий для зверей в океане
Курс «Подводный лес: исследование морских обрастаний»
Лекция 3
Наступила эпоха кораблей из железа. Медная обшивка больше не подходила в качестве противообрастательного покрытия из-за быстрого коррозионного воздействия меди на железо в морской воде. Нужно было снова придумывать какой-то способ защиты от обрастания, желательно легкообновляемый, т. е. в форме жидкого покрытия, которое застывало бы при нанесении на корпус корабля.
Успех медной обшивки не давал покоя химикам, работавшим над формулой идеального противообрастательного покрытия. Их волновал вопрос, как использовать токсические свойства меди или, например, мышьяка и ртути, но при этом не допустить коррозии железного корпуса корабля.
Во второй половине XIX в. было изобретено приемлемо работающее покрытие, основанное на идее изоляции железного корпуса от медьсодержащего покрытия с помощью непроводящего лака.
Медь или другой токсикант из краски постепенно вымывались, создавая неблагоприятную среду для морских организмов и предотвращая их оседание на корпусе корабля. Эту идею развивали до середины ХХ в., смешивая соединения меди, мышьяка и ртути с канифолью, смолой, бензолом и т. д. Эти краски наносились поверх базового слоя противокоррозионного шеллака или лака либо поверх того же состава, что и противообрастательное покрытие, но не содержащего токсического вещества.
Все эти краски были дорогими, относительно неэффективными, а срок их службы — довольно коротким (максимальный перерыв между сухим докованием судна достигал 18 месяцев). Нужно было опять придумывать что-то новое.
«Прорывом в области противообрастательных покрытий стали первые металлоорганические краски (с оловом, мышьяком, ртутью и др.). Они появились около 1950 г. и после многочисленных экспериментов привели к появлению противообрастательных красок на основе трибутилолова (ТБО), которые стали известны благодаря своей высокой эффективности и универсальности».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Изначально токсические свойства трибутилолова использовали в пресных водоемах для уничтожения моллюсков, которые являются промежуточными хозяевами паразитических трематод из рода Shistosoma. Эти плоские черви вызывают у человека очень неприятные заболевания, объединенные в группу шистосомозов. Подхватить шистосому можно при купании в зараженном водоеме, поскольку подвижные стадии паразитов проникают в окончательного хозяина (человека) прямо через кожу.
Эффективное трибутилолово не могло остаться незамеченным и уже к 1960-м гг. стало самым успешным компонентом за всю историю противообрастательных покрытий. Сначала его добавляли в обычные краски, которые постепенно (примерно за 2 года) растворялись, высвобождая токсикант в морской воде. Затем ТБО стало компонентом гораздо более долговечных самополирующихся красок, срок службы которых достигал 5 лет.
Казалось, что к 1980-м гг. ХХ в. проблема биообрастания была решена. Действенная сила этих красок в 1999 г. была выражена в цифрах: почти 70 % всего коммерческого судоходства было защищено ими, что обеспечивало прямую экономию топлива и других расходов в размере около 2 400 млн долларов США в год.
Казалось, что к 1980-м гг. ХХ в. проблема биообрастания была решена. Действенная сила этих красок в 1999 г. была выражена в цифрах: почти 70 % всего коммерческого судоходства было защищено ими, что обеспечивало прямую экономию топлива и других расходов в размере около 2 400 млн долларов США в год.
I. Laing, J. Bopp. „Oysters-Shellfish Farming”. Encyclopedia of ocean sciences, 2nd edn. Academic Press, Oxford (2009): 274−286.
«Триумф ТБО продлился не очень долго. Уже в начале 1980-х гг. несколько крупных устричных ферм во Франции столкнулись с серьезным сокращением поголовья устриц, аномалиями в развитии личинок и пороками развития раковин, поразившими до 100 % устриц. Мы знаем в основном о проблемах с коммерчески важными видами, но ТБО, скорее всего, оказывало негативное влияние на весь спектр двустворчатых моллюсков».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Властям пришлось оперативно реагировать на тревожные новости, чтобы остановить вымирание устриц (а вместе с ними и других видов моллюсков). Сначала использование ТБО было запрещено на судах длиной менее 25 м во Франции.
Этот запрет касался в основном прогулочных судов, которые проводят длительное время в закрытых маринах (защищенных от волн и течения стоянках для кораблей) и поэтому считаются самым большим источником загрязнения ТБО путем пассивного выщелачивания.
Но скоро обнаружился еще один негативный эффект ТБО: у самок брюхоногих моллюсков под воздействием токсиканта развивались мужские половые признаки. Это явление называется псевдогермафродитизмом, или импосексом. От него в результате влияния ТБО пострадали более 200 морских видов брюхоногих моллюсков. К 1989 г. ограничения на использование ТБО на малых судах были введены в Великобритании, США, Канаде, Австралии и на всей территории Европейского союза. Однако коммерческие суда продолжали использовать ТБО — слишком уж хорошо работали эти покрытия.
Выживаемость устриц за 11 дней содержания в растворе ТБО (концентрация 10–6 М) и в контроле. Верхняя линия — контроль (чистая морская вода), нижняя линия — раствор ТБО. По оси х — время в днях, по оси у — выживаемость устриц в процентах
Droguet, M., Devauchelle, N., Pennec, J. P., Quinn, B., & Dorange, G. (2012). Cultured heart cells from oyster: an experimental approach for evaluation of the toxicity of the marine pollutant tributyltin. Aquatic living resources, 25(2), 185−194.
В ноябре 2001 г. Международная морская организация (IMO) приняла конвенцию, запрещающую применение ТБО на всех судах после 1 января 2003 г. и требующую его отсутствия в качестве активного покрытия на всех судах после 1 января 2008 г. Эта конвенция стала обязательной для всех стран только в сентябре 2008 г., через год после ее ратификации 25 государствами, представляющими не менее 25 % валового тоннажа мирового торгового судоходства.
«К сожалению, вполне вероятно, что ТБО продолжает использоваться на внутренних судах в странах, не подписавших конвенцию».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
С тех пор химическая промышленность пытается найти безопасную альтернативу ТБО. Некоторые производители красок вернулись к ионам меди и цинка. Другие сосредоточились на противообрастательных покрытиях без токсикантов: вместо яда они отталкивают обрастателей своей чрезмерно гладкой поверхностью, к которой невозможно прикрепиться. Отдельная область исследований посвящена природным биоцидам — веществам, которые подводные организмы сами вырабатывают для борьбы с обрастанием. Сегодня ни одно из разработанных покрытий не достигло такой же экономической эффективности, как ТБО, но урок по токсикологии был усвоен: люди стали внимательнее относиться к результатам своей борьбы с морской живностью.
Вопросы для самопроверки
| Начать |
1. Почему медная обшивка перестала использоваться на железных кораблях?
Хотя медь дороже железа, причина отказа была именно в химической несовместимости металлов.
Наоборот, медь эффективна против обрастания, но ее несовместимость с железом стала проблемой.
Вес меди не был критическим фактором, так как медная обшивка использовалась столетиями.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
2. Какое вещество стало основным компонентом противообрастающих покрытий в 1960-х гг.
Хотя медь использовалась в составах, основное вещество в 1960-х гг. — ТБО.
Не использовалась в противообрастающих покрытиях из-за агрессивности и неподходящих свойств.
Они применяются в других составах, но не как основной компонент противообрастающих покрытий.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
3. Какую проблему вызвало использование ТБО на устричных фермах во Франции?
ТБО не влияло на кормовую базу, а напрямую вредило самим устрицам.
Окраска не менялась, основной вред был физиологическим.
Наоборот, ТБО приводило к снижению выживаемости и уродствам.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
4. Что такое импосекс, который наблюдался у брюхоногих моллюсков?
Популяция уменьшалась, но не исчезала полностью.
Импосекс не связан с бесполым размножением.
Наоборот, рост мог замедляться из-за токсичности.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
5. В каком году Международная морская организация (IMO) приняла конвенцию о запрете ТБО?
В этот период еще не было полного осознания проблемы.
Запрет начали активно обсуждать, но конвенцию приняли позже.
К 2008 г. запрет уже был введен в силу в большинстве стран.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
6. Какой альтернативный подход к борьбе с обрастанием начали разрабатывать после запрета ТБО?
Наоборот, запрет ТБО был связан с необходимостью найти менее токсичные решения.
Это применялось, но как вспомогательный метод, а не основной заменитель ТБО.
Такой подход значительно увеличивал расходы на топливо и снижал скорость судов.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
7. Почему первоначальные противообрастающие покрытия, содержащие медь, мышьяк и ртуть, были недостаточно эффективны?
Корабли не страдали от токсичности, проблема была в необходимости частого обновления.
Покрытия использовались и на металлических судах, а не только на деревянных.
Наоборот, они должны были подавлять рост, но со временем теряли эффективность.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
8. Какой метод борьбы с биообрастанием, помимо использования токсикантов, начали изучать после запрета ТБО?
Этот метод применялся для защиты металлических конструкций, но не кораблей.
Рыбы могут очищать рифы, но этот метод не применим к судам.
Такие водоросли не используются, так как они сами могут стать основой для обрастания.
| Далее |
| Проверить |
| Узнать результат |
Не отчаивайтесь!
Да, это не так уж просто, но вы можете вернуться к материалам главы в любой момент и пройти тест снова.
| Пройти еще раз |
Неплохой результат!
Вы хорошо справились, но упустили некоторые детали из виду. Вернитесь к лекции, чтобы закрепить пройденный материал.
| Пройти еще раз |
Отлично! Вы справились!
| Пройти еще раз |
Дополнительные материалы
- Статья про механизмы формирования морского обрастания и методы борьбы с ним: Lewis, J. A. (1998). Marine biofouling and its prevention. In Materials Forum (Vol. 22, 41−61)
- Обзор основных типов антиобрастающих продуктов, использовавшихся на протяжении истории до настоящего времени. Также приводится систематическая оценка основных типов живых организмов, которые прикрепляются к подводным частям судов. Кратко рассматриваются основные механизмы действия различных типов антиобрастающих красок. Наконец, упоминаются некоторые текущие направления исследований в области технологий антиобрастания: Almeida, E., Diamantino, T. C., & de Sousa, O. (2007). Marine paints: the particular case of antifouling paints. Progress in organic coatings, 59(1), 2−20
- В этой статье рассматривается развитие технологий борьбы с обрастанием, начиная с использования меди и трибутилолова (TБО), и их влияние на морские экосистемы. Анализируются экологические последствия применения токсичных биоцидов: Dafforn, K. A., Lewis, J. A., & Johnston, E. L. (2011). Antifouling strategies: history and regulation, ecological impacts and mitigation. Marine pollution bulletin, 62(3), 453−465
- В статье рассматриваются современные методы предотвращения морского биообрастания, акцентируется внимание на экологически безопасных альтернативах традиционным токсичным покрытиям: Chambers, L. D., Stokes, K. R., Walsh, F. C., & Wood, R. J. (2006). Modern approaches to marine antifouling coatings. Surface and Coatings Technology, 201(6), 3 642−3 652
- В статье анализируется эволюция технологий борьбы с обрастанием, акцентируется внимание на переходе от токсичных покрытий к более экологически безопасным альтернативам. Подробно рассматриваются различные типы нетоксичных покрытий, включая самополирующиеся, а также обсуждается их эффективность и экологические преимущества: Yebra, D. M., Kiil, S., & Dam-Johansen, K. (2004). Antifouling technology — past, present and future steps towards efficient and environmentally friendly antifouling coatings. Progress in organic coatings, 50(2), 75−104
- В статье анализируются уровни олова и оловоорганических соединений в морской воде и устрицах Crassostrea gigas из бассейна Аркашона, а также частота аномалий в их раковинах: Alzieu, C. L., Sanjuan, J., Deltreil, J. P., & Borel, M. (1986). Tin contamination in Arcachon Bay: effects on oyster shell anomalies. Marine pollution bulletin, 17(11), 494−498
Запишитесь на курс, чтобы выполнять задания и получить сертификат!
Школьникам, абитуриентам и учителям
Подводный лес: исследование морских обрастаний
Онлайн-курс про сложные подводные экосистемы, способы изучения и их роль в биоразнообразии планеты и деятельности человека.
- Что вы получите
- 8 уроков
- Уникальные фотографии и видео из экспедиций
- Авторская подача: живая и грамотная речь
- Свободное расписание: нет дедлайнов и сроков сдачи заданий
- Все материалы доступны сразу, можно начать обучение в удобное время
- Профессиональное видео и современная графика
- Быстрая связь с техподдержкой и чат с однокурсниками
- Сертификат о прохождении курса
- Наш курс позволит вам
- Узнать больше о современных исследованиях и профессиях в биологии
- Расширить кругозор и открыть для себя много необычного
- Хорошо провести время, изучая короткие лекции, рассматривая уникальные фото и видео, играя в мини-игры и проходя квизы курса
Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта
OK