Теоретические и экспериментальные основы защиты от морского биообрастания Раилкин, Александр Иванович

Краткое описание

Раилкин,АлександрИванович.Теоретическиеиэкспериментальныеосновызащитыотморскогобиообрастания: диссертация ... доктора биологических наук в форме науч. докл. : 03.00.08. - Санкт-Петербург, 1999. - 98 с. : ил.; 20х15 см.больше
Цитаты из текста:

стр. 1
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ На правах рукописи УДК 574.636РАИЛКИНАлександрИвановичТЕОРЕТИЧЕСКИЕИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕОСНОВЫЗА1ЦИТЫ ОТМОРСКОГОБИООБРАСТАНИЯ03.00.08-Зоология 03.00.18 - Гидробиология Диссертация на соискание ученой степени доктора биологаческих наук в виде научного

стр. 15
Собственныеэкспериментальныеданные (Раилкини др., 1985; Чикадзе,Раилкин, 1992; Добрецов,Раилкин, 1996;Раилкин, Дысина, 1997;Раилкин, 19986), полученные при

стр. 68
эффективности защитных покрытий. Глава 7.ЗАЩИТАОТБИООБРАСТАНИЯКритика современного хемобиоцидного направления В настоящее время химическаязащитаотморскогобиообрас­ танияявляется единственным направлениемзащитыпромышленных объектов (судов, гидротехнических сооружений, навигационного оборудования,

Заключение диссертациипо теме «Зоология», Раилкин, Александр Иванович
ВЫВОДЫ
1. Обобщение литературных и собственных данных позволило развить представления о колонизации гидробионтами твердых субстратов, ключевых процессах, механизмах и причинах биообрастания.
2. Построены математические модели колонизационных процессов: оседания, прикрепления и роста обрастателей. Следствия моделей согласуются с известными фактами.
Впервые сформулировано условие, необходимое и достаточное для обрастания любой поверхности расселительными формами:
Га > г + В. где - сила адгезии, т - сила сдвига, g - сила отрыва. Решающим в переходе к постоянной жизни на твердой поверхности является прикрепление к ней расселительных форм и последующих стадий развития.
3. Установлен закон градиентного распределения обилия биообрастания на продольно обтекаемых поверхностях: й/Б = ^ + К2/|/х~ (г = - 0,77-1,00), где й/Б - среднее обилие биообрастания в расчете на единицу площади обрастаемой поверхности, К4 и К2 - коэффииценты. зави-.сящие от условий обрастания, х - расстояние от более обросшего (переднего или заднего) края обтекаемой поверхности, г - коэффициент корреляции между теоретическими и эмпирическими распределениями обилий биообрастания.
4. Микроорганизмы, удаленные с твердой поверхности не разрушающими их способами в воду, оседают из образованной ими суспензии клеток на горизонтальную поверхность в общей последовательности, соответствующей сукцессионной: бактерии, диатомовые водоросли, жгутиконосцы, саркодовые, инфузории. Этот процесс, приводящий при определенных условиях к полному восстановлению топической, численной и видовой структуры микрообрастания в течение 12-24 ч, интерпретируется как его новое эмерджентное свойство - самосборка сообщества. Скорость самосборки не зависит от сукцессионной стадии сообщества.
5. Разработаны принципы, способы и устройство (гидрофлюгер) для проведения ускоренных биологических испытаний противо-обрастательных покрытий. На основе самосборки сообществ предложен новый подход к ускорению лабораторных испытаний. Разработанные способы позволяют ускорить биоиспытания в морских условиях в 8-24 раза, а в лабораторных - более чем в 100 раз и повысить прогностическую точность испытаний.
6. Развита хемобиологическая концепция экологически безопасной защиты от биообрастания, концентрирующая внимание на подавлении начальных процессов колонизации - оседания и прикрепления обрастателей нетоксичными репеллентами и противоадгезион-■ными веществами. Согласно концепции, защита должна быть направлена, в первую очередь, на подавление адгезии и прикрепления расселительных форм.
Впервые найдены универсально действующие на микро- и макроорганизмы репелленты и противоадгезионные вещества (бензойная кислота, N. N. N'N'-тетраметилэтилендиамин, барбитураты), которые при введении их в нетоксичных концентрациях в нетоксичный лак подавляли как микро-, так и макрообрастание в морских условиях.
7. Экологически безопасная защита от биообрастания может быть создана на основе высокотоксичных активных форм кислорода, которые быстро распадаются в воде до низкотоксичных и безвредных продуктов. Перспективной представляется разработка защиты 'супероксидным ион-радикалом и создание циклически работающих покрытий, активирующих растворенный в воде кислород.
8. Построение и анализ математической модели позволили выделить 15 стратегий предотвращения биообрастания, в пределах которых возможна разработка методов профилактики, защиты и борьбы с биообрастанием.
Заключение
Основные положения данной работы составляют концепцию биообрастания, которая описывает его в виде детерминированной последовательности колонизационных процессов: транспортировки рас-селительных форм течением, их оседания, адгезии, прикрепления, развития и роста обрастателей, поселившихся на твердой поверхности. Любые незащищенные объекты как естественного, так и искусственного происхождения неизбежно обрастают.
Поступление обрастателей на твердую поверхность можно представить как результирующую двух потоков их расселительных (ювенильных и взрослых) форм: потока, контролируемого течением и потока, определяемого двигательной (или седиментационной) активностью самих обрастателей.
В лабораторных условиях при отсутствии течения вертикальный поток микрообрастателей на твердую поверхность не является случайным. Он воспроизводит общую сукцессионную последовательность основных групп микрообрастания. В результате в течение суток на горизонтальной поверхности (дне сосуда) формируются сообщества, которые по топической, видовой и численной структуре не отличаются от природных. Такая самосборка сообществ из .суспензии микроорганизмов не зависит от стадии сукцессии донор-ных сообществ.
Анализ потоков расселительных форм на обтекаемые поверхности и их взаимодействий с ними позволил построить математические модели основных колонизационных процессов (оседания, адгезии и роста), общую модель защиты от биообрастания и предсказать градиентное распределение обилия биообрастания на продольно обтекаемых поверхностях.
Градиентное распределение обилия биообрастания, вероятно, широко распространено как на природных обтекаемых твердых телах, так и на технических объектах, что связано с градиентным характером распределения скорости течения в их пограничном .слое. Вполне вероятно, что количественные закономерности, подобные той, которая была установлена для продольно обтекаемых тел, обнаружатся в дальнейшем и для ряда других поверхностей.
Основными причинами биообрастания являются постоянный приток расселительных форм обрастателей (по крайней мере, микроорганизмов) и недостаточная защита поверхностей твердых тел от их колонизации гидробионтами. Дополнительной причиной обрастания технических объектов, как стационарных, так и подвижных, служит то, что многие из них находятся в зоне рискованной эксплуатации: вблизи побережий, на относительно небольших глубинах, где наиболее высока численность расселительных форм.
Структура цикла биообрастания определяет его детерминированность и неизбежность обрастания незащищенных объектов. Критическим для всего процесса колонизации следует признать переход расселительных форм макроорганизмов (и микроорганизмов) от планктонной к перифитонной жизни: адгезию и временное прикрепление.
Биообрастание твердых тел можно представить состоящим из двух периодов: аккумуляционного и ростового. После перехода к перифитонной жизни биомасса обрастателей быстро увеличивается. Поэтому защита технических объектов от биообрастания целесообразна до начала роста осевших организмов, т. е. она должна быть направлена, в первую очередь, на подавление адгезии и прикрепления к поверхности. Широко дискутируемая в литературе репел-лентная защита может быть эффективной только против обрастателей, подвижных на расселительной стадии и поэтому не может считаться универсальной. Математический анализ процессов колонизации и развитие концепции хемобиологической защиты позволяют выйти за пределы традиционных подходов и продолжить разработку экологически безопасной защиты в новых направлениях.;

На основе самосборки сообществ, т. е. процесса биообрастания, протекающего во много десятков раз быстрее, чем^ в море (вследствие высоких концентраций обрастателей и отсутствия течения), лабораторные испытания противообрастательных покрытий ускоряются в сотни раз. Использование динамических стендов и проведение испытаний в период оседания массовых видов макрооб-растателей позволяет многократно увеличить скорость испытаний в морских условиях.