В июле 2016 года жители Прибайкалья обнаружили на поверхности озера зеленые пятна размером несколько километров. Экологи и ученые, изучающие Байкал, подготовили и отправили пробы загрязненной воды в НИЦ «Курчатовский институт», в отдел биотехнологий и биоэнергетики Курчатовского НБИКС-центра. Исследования показали, что зеленая вода — это скопление микроводорослей — цианобактерий особой группы, способной к фиксации атмосферного азота. Борьба с ними, помимо прочего, потребует пересмотра охранной политики — количество неочищенных сточных вод, поступающих в озеро, необходимо кардинально сократить.
Для развития в водоемах цианобактериям необходимы два элемента — фосфор и азот, а еще солнечный свет. Азот цианобактерии способны поглощать из воздуха, а фосфором их «подкармливают»… люди. Этот химический элемент содержится в синтетических моющих средствах (СМС).
По данным государственного мониторинга, 99% объема сточных вод, поступающих от предприятий ЖКХ в Байкальском регионе, не соответствуют нормативам. Сточные воды, перегруженные фосфатосодержащими СМС, попадают в Байкал и способствуют размножению цианобактерий. Еще один источник фосфора — смытые дождями с полей удобрения.
— Сейчас на Байкале мы наблюдаем эвтрофикацию воды — так называют процесс, когда поверхность озера захватывает большое количество водорослей, — рассказал ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» Зоригто Намсараев. — Эвтрофикация резко снижает качество воды и, более того, угрожает здоровью людей. Дело в том, что, когда водорослей становится слишком много, они начинают разлагаться. На это расходуется растворенный в воде кислород. В результате гибнет рыба. Чем больше водорослей, тем больше они конкурируют между собой за доступ к солнечному свету, к кислороду, фосфору, азоту. Преимущества в этой борьбе получают микроорганизмы, производящие токсины.
Крупнейшее на планете хранилище пресной воды (20% мировых запасов) оказалось под угрозой. Озеро Байкал входит в список ЮНЕСКО: у России есть международные обязательства по его сохранению. После того как эвтрофикация озера была фактически доказана, аналитический центр при правительстве РФ оперативно разработал предложения по сохранению уникальной экосистемы Байкала. Документ был представлен на заседании президиума Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и приоритетным проектам. По результатам заседания было дано поручение Министерству природных ресурсов и аналитическому центру разработать план приоритетного проекта по сохранению озера Байкал. А 1 декабря 2016 года президент в послании Федеральному собранию поручил правительству подготовить программу по сбережению уже нескольких уникальных природных объектов — озера Байкал, реки Волги, Телецкого озера на Алтае.
В рабочую группу по разработке приоритетного проекта при министре природных ресурсов вошли ученые и экологи, среди которых Зоригто Намсараев, проводивший исследования байкальской воды.
«Спасательная операция» началась с полного мониторинга Байкальского региона. Рабочая группа в течение полугода собирала информацию: исследовали состояние воды в озере, изучали источники загрязнения, а также анализировали состояние экономики и общества в регионе.
— Водоросли — это биология, микробиология. Сточные воды — это гидрология и инженерные науки. Анализ больших данных — это математика и информатика. Изучение социально-экономического развития региона — это социология и экономика, — перечислил Зоригто Намсараев. — Здесь настоящая конвергенция, то есть взаимопроникновение всех наук. Потому что только так, комплексно, можно понять, что необходимо изменить в этой байкальской системе, чтобы она функционировала по наиболее благоприятному для природы и человека сценарию. Наша задача — сформулировать рекомендации на основе этих данных — что делать для комплексного улучшения ситуации во всех сферах: экологии, экономике, развитии туризма и т.д. А этого можно добиться, только объединив усилия ученых разных областей.
В лаборатории отдела биотехнологий и биоэнергетики Курчатовского института выстроились ряды стеклянных колб с разноцветной водой: здесь выращивают водоросли, те самые, что угрожают Байкалу.
— Условия здесь соответствуют условиям Байкала, — объяснил Зоригто Намсараев. — В колбах вода из озера, видите, какая она зеленая? В ней начинают размножаться водоросли. Мы выделяем разные виды водорослей и исследуем каждый из них по отдельности, чтобы выяснить, как они ведут себя в различных экологических условиях. В результате мы можем понять, как меняется состав видов водорослей и микроорганизмов при изменении погодных, климатических условий, поступлении различных концентраций азота, фосфора. Дальше приступим к генетическому анализу — выявим наличие генов, отвечающих за синтез каких-либо токсичных веществ. Кропотливая работа ученых не прекращается ни на минуту — водоросли растут круглосуточно.
Пока биологи изучают водоросли, Курчатовский суперкомпьютер анализирует спутниковые наблюдения. В НИЦ «Курчатовский институт» накоплен большой опыт обработки и анализа спутниковых снимков: в этом деле требуется, с одной стороны, умение работать с большими данными, и с другой — большие вычислительные мощности.
Ученые сравнивают множество факторов, которые могут привести к развитию опасных водорослей. Например, как изменяется с течением времени температура воздуха в регионе, какие виды загрязнений поступают в озеро, как влияет экономика региона на экологию.
— Мы проанализировали мировой опыт по борьбе с эвтрофикацией. Байкал в этом плане не уникален, — пояснил Зоригто Намсараев. — Водоросли пытались захватить Великие озера в США (19% мировых запасов пресной воды), озеро Танганьика в Африке (16% всей пресной воды на Земле), крупнейшее пресноводное озеро Японии — Бива. Практика показывает, что при условии принятия незамедлительных комплексных мер, которые будут включать в себя реконструкцию очистных сооружений и стимулирование населения и предприятий к уменьшению поступления загрязнений в озеро, в течение примерно десяти лет возможно значительное улучшение ситуации.
Сегодня анализ массива информации по спутниковым снимкам и прямых наблюдений ученых на Байкале таков: количество водорослей в озере медленно увеличивается, при этом особенно страдают от водорослей прибрежные районы, наиболее популярные у отдыхающих.
Для начала ученые предлагают устранить противоречия в нормативах, регулирующих качество сточных вод в Байкальском регионе, сделав их более четкими. Во-вторых, сократить поступление неочищенных сточных вод в бассейне озера. Для этого необходимо строить современные качественные очистные сооружения на предприятиях ЖКХ, промышленности, турбазах. В-третьих, сократить поступление загрязняющих веществ от флота. В-четвертых, сократить поступление загрязнений от сельского хозяйства — удобрений и отходов животноводства.
Сам Байкал тоже эффективно защищается, говорят ученые Курчатовского института. Он находится в холодном климате, озеро очень глубокое (около 1,5 км), а цианобактерии любят тепло и свет. Плотность населения в регионе невысокая. Дальнейшая комплексная работа по выявлению проблем региона поможет сохранить уникальный символ природы России.