Е.А. Зилов
Гидробиология и водная экология
Учебное пособие. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2007.
Раздел 4. Загрязнение водных экосистем
19. Загрязнение водной среды углеводородами
19.1. Нефтепродукты
В настоящее время поверхность Мирового океана на огромных
площадях оказалась покрытой углеводородной пленкой. Причинами этого считают:
- сброс отходов нефтеперегонных заводов
(например, только один завод средней мощности дает 400 т отходов сут.–1);
- сброс балласта и промывка танков
нефтевозов после транспортировки (количество нефти, попадающей при этом в воду,
в среднем, составляет 1% от перевозимого груза, т. е. 1-2 Мт год-1);
- большое число аварий с нефтеналивными
судами (только за период с 1967 по 1974 г. произошла 161 авария (Эрхард, 1984),
с 1960 по 1970 – около 500 (Рамад, 1981)).
Мировая общественность обратила внимание на проблему в конце
шестидесятых годов в связи с катастрофой танкера «Тори Каньон», который 18
марта 1967 г. по пути в Милфорд сел на мель к северо-востоку от островов
Силли. В Северное море вылилось около 123 тыс. т нефти, было
загрязнено 180 км побережий Англии и Франции. В течение последующих
полутора десятилетий произошел целый ряд привлекших внимание общественности аварий
танкеров, повлекших катастрофическое загрязнение морской поверхности и
побережий. Вот далеко неполный их перечень:
21.08.1972 г.: столкновение двух либерийских танкеров; к
берегам Южной Африки принесено 100 тыс. т нефти;
7.06.1975 г.: гибель в Индийском океане японского
танкера; выброшено в океан 237 тыс. т нефти;
12.05.1976 г.: взрыв танкера «Уркиоло» у берегов Испании;
выброшено в море 100 тыс. т нефти;
март, 1978 г.: авария супертанкера «Амоко Кадис»
водоизмещением 233 тыс. т у берегов Франции; выброшено в море 220 тыс. т нефти;
6.08.1983 г.: гибель испанского супертанкера у берегов Южной
Африки; в океан выброшено 217 тыс. т нефти;
19.12.1987 г.: затопление танкера в Оманском заливе;
выброшено в море 115 тыс. т горючего.
Примерно половина всей добытой нефти транспортируется морем.
Только в 1989 г. из Персидского залива было вывезено 504 Мт нефти, из
которых 117 Мт обогнуло мыс Горн. 340 Мт нефти было привезено морем в
Европу и 315 Мт – на восточное побережье США (Clark et al., 1997).
В настоящее время по морю ежегодно транспортируется более
1 млрд. т нефти. Часть этой нефти (от 0,1 до 0,5 %)
выбрасывается в океан более или менее легально: речь идет не о непредвиденном,
а в некотором смысле сознательном загрязнении в результате практики сброса
промывочных и балластных вод в открытое море. После разгрузки нефтяные танки
промываются морской водой, а потом заполняются ею как балластом, что придает
судну большую устойчивость. Эта вода, загрязненная нефтью, впоследствии
сбрасывается в зонах открытого моря, специально оговоренных международными
соглашениями. Например, только за год в Средиземном море легально сбрасывается
около 300 000 т груза нефтеналивных судов.
По словам Ф. Рамада (1981) не менее 300 судов, которые
проходят Па-де-Кале и огибают побережье Франции, ежедневно сбрасывают
балластные воды, в результате чего образуется настоящее «черное море». Обычно
это проделывается ночью или же сброс производится в кильватерную струю судна,
что позволяет ввести в заблуждение патрульные самолеты.
Кроме того, внимание общественности привлекли и аварии
морских буровых установок. Так, в январе 1969 г. в открытом море у
побережья Калифорнии, неподалеку от Коал-Ойл-Пойнт, в результате неправильной
эксплуатации буровой установки в Тихий океан ежедневно попадало от 8 до
16 т нефти. В апреле 1977 г. произошла большая авария на буровой
платформе «Браво» в центральной части Северного моря. За 8 сут. из
скважины было потеряно 13 тыс. т нефти и 19 тыс. т газа.
Источники загрязнения
На рисунке 39 приведены доли разных антропогенных источников
в загрязнении океана нефтепродуктами. Но, необходимо учитывать и то, что нефть
– природное вещество и попадает в морскую воду не только в результате
техногенной активности, но и с естественными выходами (по разным оценкам от
20 кт до 2 Мт год-1). Расчеты антропогенного
поступления нефти и нефтепродуктов, по разным источникам, существенно
различаются (см. таблицы 21–23), варьируя в пределах от 3 до 6 Мт год–1.
В любом случае это превосходит естественное поступление нефти в 1,5 – 30 раз.
Необходимо обратить внимание на то, что техногенное поступление нефтепродуктов
далеко не всегда связано с прямыми выбросами в воду. Чрезвычайно мощным
источником загрязнения открытых районов океана являются дальние атмосферные
переносы. Возникновение этого потока связано с неполным сгоранием бензина,
керосина и других легких фракций нефти. Время их пребывания в атмосфере
составляет 0,5-2,3 года, причем около 90 % этих веществ выпадает из
атмосферы в северном полушарии. Следует отметить и более высокую, как правило,
токсичность этих легких нефтепродуктов по сравнению с тяжелыми фракциями,
которые ближе к естественным нефтям.
Таблица 21
Основные источники поступления нефти
в океан (Сытник, 1987)
Источник поступления
|
Объем поступления (Мт год–1)
|
Морской транспорт
|
1-1,5
|
Речной транспорт и приморские города
|
1,9
|
Береговой сток
|
0,8
|
Атмосфера
|
0,6
|
Естественные выходы
|
0,6
|
Добыча на шельфе
|
0,1
|
Всего
|
5-5,5
|
Рис. 39. Антропогенное
поступление нефтепродуктов в океаны (Frid, 2002)
Таблица 22
Поступление нефтяных углеводородов в
морскую среду (Мт год-1) (Segar, 1998)
Источник
|
Поступление
|
Всего из природных источников
|
0,25
|
Добыча нефти и газа на шельфе
|
0,05
|
Танкерные перевозки
|
0,7
|
Сброс из доков
|
0,03
|
Загрязнение портовых акваторий
|
0,02
|
Топливо и трюмные стоки
|
0,3
|
Аварии танкеров
|
0,4
|
Аварии других судов
|
0,02
|
Атмосфера
|
0,3
|
Городские стоки
|
0,7
|
Переработка
|
0,1
|
Прочие промышленные стоки
|
0,2
|
Городской смыв
|
0,12
|
Речной сток
|
0,04
|
Захоронение в океане
|
0,02
|
Итого
|
3,25
|
Таблица 23
Поступление нефтяных углеводородов в
морскую среду (Мт год–1) (Израэль, 1989)
Источник загрязнения
|
Возможные пределы оценок
|
Наиболее вероятная оценка
|
Природные
|
Выходы нефти на дне
|
0,02-2,0
|
0,2
|
Эрозия осадков
|
0,005-0,5
|
0,05
|
Всего
|
(0,025) – (2,5)
|
(0,25)
|
Антропогенные
|
Добыча нефти на шельфе
|
0,04-0,06
|
0,05
|
Транспортировка нефти
|
0,4-1,5
|
0,7
|
Судоходство (за
исключением танкеров)
|
0,01-0,03
|
0,02
|
Аварии судов (за исключением
танкеров)
|
0,02-0,04
|
0,02
|
Танкерные операции
|
Обслуживание танкеров в
доках
|
0,02-0,05
|
0,03
|
Дизельное топливо
|
0,2-0,6
|
0,3
|
Аварии танкеров
|
0,3-0,4
|
0,4
|
Всего
|
(0,95)-(2,62)
|
(1,47)
|
Поступление из атмосферы
|
0,05-0,5
|
0,3
|
Бытовые стоки
|
0,4-1,5
|
0,7
|
Перегонка нефти
|
0,06-0,6
|
0,1
|
Неочищенные промышленные
воды
|
0,1-0,3
|
0,2
|
Дождевая вода с городских территорий
|
0,01-0,2
|
0,12
|
Речной сток
|
0,01-0,5
|
0,04
|
Захоронение нефтепродуктов
в океане
|
0,005-0,02
|
0,02
|
Всего
|
(0,585)-(3,12)
|
(1,18)
|
Общее поступление
|
1,7-8,8
|
3,2
|
Состав нефтяных загрязнений
Нефти из разных месторождений существенно отличаются по
химическому составу (табл. 26). Так, нефти Северного моря относительно
светлые, содержат много легких фракций, нефти из Венесуэлы – тяжелые и темные.
Естественно, что основные химические элементы нефти – углерод (80-87 %) и
водород (10-15 %). Кроме того, в гетероциклических соединениях нефти
содержатся также обычные для органических соединений сера (0-10%), кислород
(0-5%) и азот (0-1%). Помимо этих элементов, сырая нефть включает целый ряд
металлов в следовых количествах – V, Ni, Fe, Al, Na, Ca, Cu, U.
Таблица 26
Среднее содержание основных классов
углеводородов и их производных (%) в нефти и бензине из различных месторождений
(Израэль, 1989)
Компоненты
|
Сырая нефть
|
Бензин
|
Алифатические
или парафиновые (алканы)
|
15-55
|
25-68
|
Циклопарафиновые
(циклоалканы, нафтены)
|
30-50
|
5-24
|
Ароматические (бензины и
полинуклиарные соединения)
|
5-20
|
7-55
|
Асфальтовые соединения
(асфальтены, гетероциклические вещества, содержащие кислород, серу и азот)
|
2-15
|
0,1-0,5
|
Олефины (алканы или этиленовые
соединения)
|
0
|
0-41
|
Формы нефтяных загрязнений
В море нефть встречается в самых разных формах:
мономолекулярные пленки, пленки толщиной до нескольких миллиметров, пленки на
скалах, нефть в донных осадках, эмульсии «вода в нефти» или «нефть в воде»,
нефтяные агрегаты.
Сразу же при попадании нефти в морскую среду обычно
образуется слик (поверхностная пленка). В первые часы существования нефтяного
слика доминируют физико-химические процессы. Затем важнейшее значение
приобретает микробная деструкция. В целом судьба нефтяного слика в море
характеризуется общей цепью последовательных процессов: испарение,
эмульгирование, растворимость, окисление, образование агрегатов, седиментация,
биодеградация, включающая микробное разрушение и ассимиляцию.
1 т нефти, растекаясь по поверхности океана пленкой
толщиной в 1/16 мкм, занимает площадь 10-12 км2, а 5 т,
сброшенных при промывке танков, образуют на поверхности воды покрывало длиной
75 км и шириной 800 м, т.е. нефтяная пленка покрывает площадь около
60 км2.
Континентальные воды
От нефтяного загрязнения страдают, естественно, не только
морские, но и пресные воды. Сточные воды нефтеперегонных заводов, смена масла в
автомобилях, утечки масла из картеров, расплескивание бензина и дизельного
топлива в момент заправки автомобилей – все это приводит к загрязнению источников
воды и водоносных слоев. При этом загрязняются не только и даже не столько
поверхностные, сколько подземные воды. Поскольку бензин проникает в почву в
семь раз быстрее, чем вода, и придает неприятный вкус питьевой воде даже при
таких низких концентрациях, как 1 млн-1, подобное загрязнение
способно сделать неприемлемой для питья довольно значительное количество
подземных вод.
Воздействие нефтепродуктов на водные экосистемы
Мазут, дизельное топливо, керосин (сырая нефть значительно
легче подвергается биологической и другой деструкции), покрывая пленкой воду,
ухудшают газо- и теплообмен океана и атмосферы, поглощают значительную часть
биологически активной компоненты солнечного спектра.
Интенсивность света в воде под слоем разлитой нефти
составляет, как правило, только 1 % интенсивности света на поверхности, в
лучшем случае 5-10 %. В дневное время слой темноокрашенной нефти лучше
поглощает солнечную энергию, что приводит к повышению температуры воды. В свою
очередь, в нагретой воде снижается количество растворенного кислорода и
увеличивается скорость дыхания растений и животных.
При сильном нефтяном загрязнении наиболее очевидным
оказывается ее механическое действие на среду. Так, нефтяная пленка,
образовавшаяся в Индийском океане в результате закрытия Суэцкого канала
(маршруты всех танкеров с аравийской нефтью шли в этот период через Индийский
океан), снизила испарение воды в 3 раза. Это привело к уменьшению облачности
над океаном и развитию засушливого климата в прилегающих районах.
Немаловажным фактором является биологическое действие
нефтепродуктов: их прямая токсичность для гидробионтов и околоводных
организмов.
Береговые сообщества можно расположить по возрастанию
чувствительности к нефтяному загрязнению в следующем порядке:
Скалистые берега, каменные платформы, песчаный пляж, галечный
пляж, укрытые скалистые берега, укрытые пляжи, марши и мангровые заросли,
коралловые рифы.
|