Е.А. Зилов
Гидробиология и водная экология
Учебное пособие. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2007.
Предыдущая |
Содержание статьи:
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.
Предыдущая |