Table of Contents

Экологический кризис на границе морских портов

Основные морские порты являются источником жизненной силы мировой торговли, обрабатывая более 80 процентов мировых грузов по объему. Тем не менее, эти шумные шлюзы находятся на пересечении экономической необходимости и экологической уязвимости. Морская среда, окружающая морские порты, содержит богатое биоразнообразие, от планктонных питомников до местных популяций рыб и мигрирующей мегафауны, таких как киты и морские черепахи. Интенсивные портовые операции, судоходство, промышленный стоок и прибрежное строительство, подвергают эти экосистемы кумулятивному давлению, которое может ухудшить качество воды, фрагментировать среду обитания и нарушать жизненные циклы видов. Понимание полного спектра экологических проблем, стоящих перед морской жизнью в морских портах, является не только академическим упражнением; это является необходимым условием для проектирования портовой инфраструктуры, которая может обеспечить рост торговли при сохранении морского биоразнообразия.

Загрязнение от судоходства и промышленной деятельности

Морские порты концентрируют источники загрязнения в относительно небольшом объеме, создавая токсичные горячие точки, которые влияют на организмы по всей водной толще. Диапазон загрязняющих веществ широк, а экологические последствия часто являются хроническими, а не острыми, что делает их более коварными.

Загрязнение нефтью и углеводородами

Даже рутинные портовые операции порождают загрязнение нефтью. Сбросы воды в мельницу, разливы топлива во время бункеровки и протекающие гидравлические системы выделяют нефтяные углеводороды в воды гавани. Эти соединения токсичны для морских организмов при очень низких концентрациях. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обнаруженные в сырой нефти и топливе, могут вызывать нарушения развития у рыбных эмбрионов, нарушать иммунную функцию у моллюсков и повреждать жабры фильтрующих кормов. Крупные разливы нефти, в то время как более редкие, могут опустошать целые экосистемы гавани и покрывать перья и мех морских птиц и морских млекопитающих. Остаточная нефть может сохраняться в осадках в течение десятилетий, продолжая выделять токсины.

Тяжелые металлы и химические загрязнители

Промышленные объекты, расположенные в портовых зонах, выгружают тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец, кадмий и медь. Эти металлы накапливаются в осадочных породах и попадают в пищевую сеть через бентические организмы. Верхние хищники, включая морских тюленей и хищных рыб, испытывают биоусиление, где концентрация металлов увеличивается на каждом трофическом уровне. Хроническое воздействие ухудшает размножение, нарушает эндокринную функцию и вызывает неврологические повреждения. Противотолкательные краски на корпусах судов исторически выделяли трибутилтин (ТБТ) — одно из самых токсичных синтетических веществ, введенных в морскую среду — который вызывает наложение в брюхоногих на уровнях частей на триллион. Хотя ТБТ теперь регулируется, альтернативные краски на основе меди все еще выделяют значительные металлические нагрузки в осадочные отложения.

Эвтрофикация от погрузки питательных веществ

Сельскохозяйственный стоок, переносимый реками, которые опустошаются в портовые зоны, плюс сбросы сточных вод с судов и прибрежных сообществ, вводит азот и фосфор в морские воды. Обогащение питательных веществ питает цветение водорослей, которые истощают кислород, когда они разлагаются. В результате гипоксические или аноксичные условия убивают рыбу, крабов и бентосные организмы. Морские порты с ограниченным водообменом и бентосными системами, такими как закрытые гавани и системы каналов, особенно подвержены сезонным мертвым зонам, где морская жизнь не может выжить. Эти эпизоды с низким содержанием кислорода могут сохраняться в течение нескольких недель, сжимая среду обитания и заставляя подвижные виды бежать или погибать.

Современное научное понимание

Исследования, проведенные в Порт-Роттердаме и Порт-Шанхай, показали, что токсичность осадков часто превышает уровни, считающиеся безопасными для водной жизни. Исследование 2021 года, опубликованное в Научные доклады , показало, что осадочные породы гавани накапливают сложные смеси загрязняющих веществ, что затрудняет оценку риска, поскольку синергетические эффекты усиливают индивидуальную токсичность. Борьба с загрязнением осадков является одним из самых дорогих и технически сложных аспектов восстановления портов, требующих дноуглубительных работ, улавливания или обработки на месте.

Уничтожение среды обитания и развитие прибрежных районов

Физическое преобразование береговых линий для портовой инфраструктуры представляет собой одно из самых прямых и необратимых воздействий на морскую жизнь.Морские стены, причалы, вырубленные каналы и восстановленные земли заменяют естественные береговые линии искусственными поверхностями, которые поддерживают более простые экологические сообщества.

Потеря критических сельскохозяйственного жилья

Мангровые леса, луга, соляные болота и коралловые рифы являются питомниками моря, обеспечивая убежище и пищу для несовершеннолетних рыб, ракообразных и моллюсков. Расширение порта часто требует очистки этих мест обитания для строительства терминалов, подъездных дорог и укладочных районов. Порт Гонконга, например, потерял около 60 процентов своей первоначальной мангровой окраины из-за десятилетий развития. Полы водорослей особенно уязвимы для дноуглубительных работ, потому что они требуют чистой воды для фотосинтеза; взвешенные шлейфы отложений от дноуглубительных работ могут затенить и задушить эти растения на широких территориях. После разрушения восстановление водорослей может занять десятилетия, если это вообще происходит.

Динамика измененных осадков

Дноуглубление для поддержания судоходных глубин в каналах судоходства изменяет естественные схемы переноса осадков. Удаление донного материала создает глубокие каналы, которые изменяют потоки тока и распределение энергии волн. Эти модификации могут ускорить эрозию на прилегающих береговых линиях, смывая приливные среды обитания, которые поддерживают крабов, прибрежных птиц и молодую рыбу. Утилизация выкопанного материала — часто загрязненного загрязнителями — может задушить бентические сообщества на морских свалках. Даже когда чистый песок используется для питания пляжей, захоронение резидентов инфауны представляет собой полный оборот сообщества, живущего на дне.

Фрагментация прибрежных экосистем

Фрагменты портовой инфраструктуры непрерывной береговой линии среды обитания в изолированные участки. Эта фрагментация снижает способность видов мигрировать вдоль побережья, находить партнеров или повторно колонизировать районы после местных беспорядков. Для таких видов, как подковообразные крабы, которые зависят от конкретных типов пляжей для нереста, и террапины алмазной спины, которые перемещаются между болотом и открытой водой, фрагментированные ландшафты увеличивают риск смертности во время этих основных движений. Обзор 2019 года в Frontiers в морской науке подчеркнул, что экологическая связь в портовых средах серьезно скомпрометирована, и что усилия по восстановлению должны решать барьеры для движения, а не сосредоточиться исключительно на области обитания.

Шум и легкое загрязнение

Загрязнение не ограничивается химическими или физическими веществами; энергетическое загрязнение в виде звука и света глубоко изменяет сенсорную среду, от которой зависят морские организмы для выживания. Порты являются одними из наиболее акустически и визуально загрязненных мест обитания в океане.

Подводный шум от движения судов

Крупные коммерческие суда генерируют низкочастотный шум через кавитацию винта, вибрации двигателя и резонансы корпуса. Этот шум распространяется на сотни километров на мелководье, создавая стойкий акустический смог, маскирующий биологически релевантные звуки. Для морских млекопитающих, использующих звук для эхолокации, связи и кормления— такие как морские свиньи, дельфины-бутылочки и серые киты—хроническое воздействие шума снижает эффективность кормления и повышает уровень гормонов стресса. Исследование морских свиней в порту Лос-Анджелеса показало, что животные изменили свое поведение в дайвинге и проводили меньше времени в кормлении в районах с высоким шумом судна. Наблюдалось, что правые киты, которые проходят вблизи крупных портов на своих миграционных маршрутах, сдвигают свои призывы на более высокие частоты в шумных условиях, потенциально сокращая диапазон связи.

Помимо хронического шума, внезапные импульсивные звуки от вождения свай во время строительства доков и пирсов могут вызвать временную или постоянную потерю слуха у животных в пределах нескольких сотен метров. Рыбы, подвергающиеся воздействию шума свайного вождения, показывают поведенческие реакции тревоги, повышенный уровень кортизола и, на близком расстоянии, разрыв плавательного пузыря. Правила в некоторых юрисдикциях требуют мер по снижению шума, таких как занавески пузырьков и процедуры мягкого запуска, но совокупный эффект нескольких строительных проектов в портовом комплексе остается плохо оцененным.

Световое загрязнение в гавани

Порты работают круглосуточно, а искусственное освещение, необходимое для безопасности, разливается в соседние водные и береговые среды обитания. Это нарушает естественные световые циклы, которые многие виды используют в качестве сигналов. Ночные мигрирующие птицы привлекаются и дезориентируются портовыми огнями, что приводит к столкновениям со структурами и истощению. Морские черепахи, которые полагаются на отражение луны на поверхности океана, чтобы найти воду, вместо этого ползают к ярким искусственным огням и погибают на дорогах или в дренажных канавах. Световое загрязнение также изменяет вертикальную миграцию зоопланктона, который обычно отступает к более глубокой, темной воде в течение дня, чтобы избежать хищников. Длительное воздействие искусственного света ночью может подавлять выработку мелатонина у рыб, нарушать ритмы питания и уменьшать репродуктивную продукцию.

Комплексный анализ в BioScience (2021) задокументировал, что световое загрязнение от прибрежной инфраструктуры, включая морские порты, увеличивается со скоростью от 2 до 6 процентов в год во всем мире, опережая рост населения во многих регионах.Сокращение светового проникновения через экранирование, направленное освещение и затемнение в часы низкой активности представляет собой недорогое, высокоэффективное вмешательство для морской жизни.

Инвазивные виды Введение

Морские порты являются основными точками входа для неместных морских видов, которые транспортируются через океаны в балластной воде судов или прикрепляются к корпусам в качестве биообрастания. После создания в новом порту эти виды могут распространяться на прилегающие естественные среды обитания и стать инвазивными.

Балластная вода как вектор

Корабли берут на себя балластную воду для стабильности во время плаваний и сбрасывают ее в порты назначения, выпуская тысячи кубических метров воды, содержащей планктонные организмы—бактерии, фитопланктон, зоопланктон и личиночные стадии бентических беспозвоночных. Одно судно может перевозить сотни видов через биогеографические барьеры в одном рейсе. Глобальная конвенция по управлению балластными водами, которая вступила в силу в 2017 году, требует, чтобы суда обрабатывали балластную воду для снижения концентрации организмов, но проблемы соблюдения и правоприменения сохраняются. Исследования в Порту Балтимора и Порте Мельбурна обнаружили, что даже обработанная балластная вода все еще может содержать жизнеспособные организмы при плотности, достаточной для установления.

Биопулирование на корпусах и портовых структурах

Организмы, которые прикрепляются к корпусам судов, ракушкам, мидиям, туникам, водорослям и тканям, транспортируются на погруженных поверхностях судов, которые простаивают в портах для погрузки и разгрузки. Эти сообщества биообрастания могут включать инвазивные виды, которые зарастают местными сообществами на доковых сваях, стенах пирса и естественных рифах. Европейский зеленый краб (FLT:0) Carcinus maenas ), теперь установленный в портах по всему миру, охотится на местных моллюсков и конкурирует с молодыми коммерческими видами. Миссуша зебры (FLT:2]Dreissena polymorpha ), хотя более известна за пресноводные вторжения, колонизировала солоноватые водные порты в Европе и Северной Америке, забивая водозаборные трубы и вытесняя родные двустворчатые.

Экологические и экономические последствия

Инвазивные виды изменяют пищевые сети, конкурируют с местными организмами за ресурсы, вводят болезни и изменяют структуру среды обитания. Они также могут нанести значительный экономический ущерб. Инвазивные европейские операции по выращиванию зеленого краба в Соединенных Штатах оцениваются в 22 миллиона долларов в год. Туникат Didemnum vexillum перерастает мидийные ложа, делая их неуборочными, и вынудил закрыть некоторые лизинговые участки моллюсков в заливе Мэн. Предотвращение интродукции через строгие протоколы биозащиты в портах гораздо более экономически эффективно, чем попытка искоренения после учреждения, что редко бывает успешным в морских открытых системах.

Сточных вод, микропластика и морских мусора

Морские порты накапливают отходы судов, портовых операций и городского стока.Сочетание пластикового мусора, микропластиковых частиц, сточных вод и твердых отходов создает множество стрессоров для морской жизни.

Микропластическое загрязнение

Микропластики и частицы размером менее пяти миллиметров образуются в результате разрушения более крупных пластиковых обломков, истирания синтетических канатов и сетей, используемых на судах, и сброса сточных вод, содержащих микроволокна из прачечной. В портовых средах концентрации микропластика могут быть на порядки выше, чем в открытых океанских водах. Эти частицы поглощаются двустворчатыми, зоопланктонными и мелкими рыбами, вызывая физические блокировки, воспаление и перенос адсорбированных загрязнителей. Когда микропластики попадают в пищевую сеть у основания, они распространяются вверх, достигая коммерчески важных видов, таких как треска, камбала и креветки, которые ловятся вблизи портов.

Сточные воды и органические отходы

Несмотря на международные правила, ограничивающие сброс неочищенных сточных вод с судов, незаконные сбросы все же происходят. Порты также собирают сточных вод с круизных судов и грузовых судов на приемных сооружениях, но эти системы могут переполняться во время пикового движения. Патогены от отходов жизнедеятельности человека могут загрязнять русла моллюсков, приводя к закрытию урожаев и рискам для здоровья населения. Питательные вещества в сточных водах способствуют эвтрофикации давления, описанного ранее, усиливая риск цветения водорослей и гипоксии в полузакрытых гаванных бассейнах.

Дереликтовые рыболовные уши и твердые осадки

Рыболовные суда, работающие из портов, теряют сети, линии и ловушки в море. Это заброшенное снаряжение продолжает захватывать рыбу, крабов и морских млекопитающих в процессе, известном как ловля призраков. В портовых зонах потерянное снаряжение накапливается на морском дне и запутывает бентические организмы. Программы очистки, такие как операции по извлечению снастей на портовой основе, убрали значительный мусор с дна гавани, но масштаб проблемы опережает текущую способность удаления. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) оценивает, что заброшенное рыболовное снаряжение составляет 10 процентов всего морского мусора и является наиболее вредным типом для морской жизни из-за его постоянной функции ловли.

Изменение климата и связанные с портами стрессоры

Изменение климата усиливает экологическое давление, которое порты уже оказывают на морскую жизнь. Повышение температуры моря, подкисление океана, повышение уровня моря и увеличение интенсивности штормов взаимодействуют с местным загрязнением и потерей среды обитания способами, которые усугубляют общий риск.

Потепление воды и измененная фенология

Температура поверхностных вод в портах теплее, чем в окружающих океанах из-за мелководья, ограниченного промывки и тепловых разрядов от электростанций и промышленных объектов. Теплоадаптированные виды расширяют свои ареалы в ранее более прохладные порты, в то время как холодноадаптированные виды отступают или снижаются. Эта перетасовка сообществ изменяет отношения хищника и жертвы и может способствовать установлению субтропических инвазивных видов. Планктон цветет смещением времени, создавая несоответствия между появлением личиночных рыб и их питанием. Исследование залива Порта Сан-Франциско задокументировало, что сообщества зоопланктона перешли к более мелким, теплым водным видам за последние два десятилетия, снижая качество пищи, доступной для несовершеннолетних лососей и анчоусов.

Подкисление океана в портах

Углекислый газ, поглощаемый из атмосферы, снижает рН океана, снижая доступность карбонатных ионов, которые организмы, образующие оболочки, должны строить карбонатные структуры кальция. Портовые зоны часто испытывают локально усиленное подкисление из-за окисления питательных веществ и органических веществ в загрязненных, низкокислородных водах. Устрицы, моллюски, мидии и известковый планктон менее способны расти и поддерживать раковины в этих условиях. Для портов, поддерживающих аквакультуру моллюсков и моллюсков; такие как порты на северо-западе Тихого океана и в заливе Мэн — окисление представляет прямую угрозу экономическим средствам к существованию, поскольку инкубаторы борются с выживаемостью личинок.

Повышение уровня моря и сжатие среды обитания

По мере повышения уровня моря прибрежные места обитания должны мигрировать на суше, чтобы сохранить свое положение в приливной системе. Однако жесткая инфраструктура, морские переборки, портовые терминалы блокируют эту внутреннюю миграцию, сжимая болота и мангровые заросли от неподвижных барьеров. Это явление, называемое прибрежным сжатием, уменьшает площадь, доступную для приливной среды обитания. Там, где порты были построены на засыпанной или рекультивированной земле, неестественная топография препятствует развитию постепенного уклона, необходимого для миграции болот. Результатом является чистая потеря самих мест обитания, которые служат в качестве яслей и естественных буферов против штормового нагона для самих портов.

Стратегии снижения воздействия на окружающую среду

Несмотря на серьезность этих проблем, все большее число портов внедряют стратегии, которые уменьшают их воздействие на окружающую среду при сохранении эффективности операций. Эти подходы предлагают путь к более устойчивому сосуществованию с морской жизнью.

Инициативы и сертификация «Зеленого порта»

Такие программы, как сертификация EcoPorts, разработанная Европейской организацией морских портов и сертификация Green Marine в Северной Америке, обеспечивают основу для непрерывного улучшения окружающей среды. Порты-участники обязуются сокращать выбросы, улучшать качество воды, проводить экологический мониторинг и взаимодействовать с заинтересованными сторонами. Порт Гамбург, сертифицированный в рамках EcoPorts, за десятилетие сократил загрязнение осадочных пород окружающей среды на 30 процентов за счет контроля источников и восстановления дноуглубительных работ. Международная ассоциация портов и гаваней (IAPH) разработала программу устойчивого развития мировых портов, которая отслеживает лучшие практики во всем мире.

Управление балластной водой и биообрастанием

Порты могут поддерживать соблюдение стандартов очистки балластных вод, инвестируя в адекватные приемные сооружения, проводя случайные проверки судов и предлагая стимулы для судов с передовыми системами очистки. Некоторые порты требуют, чтобы суда обменивались балластной водой в открытом океане перед входом в пресноводные или олигохалиновые порты, где риск введения наиболее высок. Для биообрастания разрабатываются технологии очистки воды, которые захватывают и фильтруют мусор, а некоторые порты теперь требуют, чтобы суда представляли планы управления очисткой корпуса. Порт Сиэтла запретил очистку корпуса в воде без захвата удаленных организмов, установив нормативный прецедент, который рассматривают другие порты.

Реставрация и создание среды обитания

Порты все чаще требуются для компенсации потерь среды обитания за счет смягчения банковских операций, восстановления или создания новой среды обитания. Живые береговые линии, которые используют местную растительность и устричные рифы для стабилизации банков, заменяют вертикальные морские стены наклонными, экологически продуктивными краями. Искусственные рифы, построенные из чистого бетона или стали, могут обеспечить среду обитания для рыб и беспозвоночных на ранее бесплодных днах гавани. Расширение порта Лонг-Бич включало создание 57 акров восстановленных водно-болотных угодий и угрей в рамках своих обязательств по смягчению последствий, с мониторингом после восстановления, показывающим быструю колонизацию рыбами и птицами.

Шум и легкое смягчение

Меры по снижению шума включают в себя требование снижения скорости судна, продвижение более тихих конструкций винта и двигателя и планирование вождения свай в периоды низкой биологической активности. Пузырьковые занавески — которые генерируют стену воздушных пузырей вокруг свайных площадок — снижают передачу подводного шума на 90 процентов. Для светового загрязнения порты могут устанавливать светодиодные светильники, направленные вниз, использовать датчики движения для тусклых огней в районах с низким трафиком и принимать спектры освещения, которые излучают длинны волн, менее разрушительные для ночной дикой природы. Порты Тампа-Бей внедрили такие модернизированные освещения и документально подтвердили снижение дезориентации морской черепахи вдоль соседних пляжей.

Путь вперед для портов и морской жизни

Экологические проблемы, стоящие перед морской жизнью в крупных морских портах, сложны, взаимосвязаны и глубоко связаны с масштабами глобальной торговли. Ни одно решение не решит их. Прогресс зависит от устойчивой приверженности по нескольким фронтам: нормативное обеспечение, технологические инновации, восстановление среды обитания и адаптивное управление, которое реагирует на возникающие стрессоры, такие как изменение климата и загрязнение микропластиком. Порты, которые охватывают экологическое управление, не только уменьшают их экологический вред, но и повышают устойчивость к нормативному давлению, репутационному риску и нарушениям цепочки поставок, связанным с деградацией окружающей среды. Для бесчисленных морских видов, которые разделяют эти урбанизированные береговые линии. от микроскопического планктона в колонне воды гавани до серых китов, мигрирующих мимо волнолома. готовность портовых властей, судоходных компаний и прибрежных сообществ действовать решительно определит, станут ли морские порты барьерами или мостами к здоровому морскому будущему.