ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 447, № 5, с. 557-560
ГЕОХИМИЯ
УДК 581.5
БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕТАЛЛАМИ И РАДИОНУКЛИДАМИ В РЕГИОНАХ НЕФТЕДОБЫЧИ
© 2012 г. Член-корреспондент РАН Т. И. Моисеенко, С. Н. Гашев
Поступило 27.04.2012 г.
Разработка и добыча углеводородного сырья приводит к поступлению в окружающую среду большого спектра загрязняющих веществ. Основное внимание исследователей уделяется изучению последствий загрязнения природных сред нефтяными отходами. В то же время серьезную угрозу представляют такие сопутствующие элементы, как тяжелые металлы и радионуклиды, которые поступают на поверхность вместе с нефтью. Эти элементы имеют высокую физиологичную активность, способны накапливаться в живых организмах в концентрациях, превышающих многократно их содержания в абиотических компонентах, оказывать токсичное действие [1, 2].
Западная Сибирь играет ключевую роль в обеспечении России углеводородным сырьем. Здесь добывается около 60% от всей нефти в России и 6% от мировой. Степень загрязнения тяжелыми металлами окружающей среды вокруг месторождений зависит от количества и площади разливов нефти, а также от состава нефти. Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти [3, 4].
Содержание урана как природного радионуклида в различных типах нефти колеблется в пределах двух порядков: п ■ 10-4 — п ■ 10-2%, т.е. до 10— 15 мг на 100 г нефти. Наличие 908г и 137С8, приуроченное к смолисто-асфальтеновой фракции или пластовым водам [4, 5], может приводить к повышению общего радиоактивного фона на территории, загрязненной нефтью.
Если нефтяное загрязнение способно со временем биодеградировать под действием микробиологической активности, то металлы и радионуклиды включаются в биогеохимические циклы и могут долго циклировать в окружающей среде. Их содержание в живых организмах может слу-
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской Академии наук, Москва Тюменский государственный университет
жить хорошим индикатором оценки масштабов и площадей бывших разливов нефти. Однако исследования в этом направлении практически не проводились. Поэтому были предприняты работы по изучению интенсивности накопления металлов и радионуклидов в наземных экосистемах с целью биогеохимической индикации регионов загрязнения и оценки последствий для живых систем комплексного загрязнения окружающей среды при нефтедобыче.
Исследовано содержание 12 микроэлементов (Al, Ba, V, Fe, Mn, Cu, Ni, Sn, Pb, Sr, Ti и Cr) в надземной части зеленых мхов и шкурках красной полевки, взятых с нефтезагрязненной территории Аганского месторождения спустя 8 лет после разлива нефти (средняя часть Западно-Сибирской равнины) (табл. 1). В качестве контроля был выбран участок в этом же регионе за пределами горного отвода месторождения. Анализ содержания микроэлементов проводили методом лазерного эмиссионного микроспектрирования на приборе ЛМА-10 фирмы "CARL ZEISS JENA".
Содержание радионуклидов в растительных объектах изучали в шести регионах на территории Тюменской области, характеризуемых различной степенью близости к эксплуатируемым месторождениям нефти и газа. Для анализа отбирали мохово-лишайниковый покров, а также кору и ветви древесных растений. Анализ на содержание в образцах радионуклидов 90Sr и 137Cs проведен методом гамма-спектрометрии (табл. 2).
МЕТАЛЛЫ
Результаты исследований показали, что зеленые мхи, отобранные в местах нефтяного загрязнения, в надземных частях накапливают микроэлементы в значительных количествах. Содержание таких элементов, Al, Fe, Ni, Sn, Pb, Ti, Cr , в 2—4, Sr и Ba в 6—7 раз, ванадия более чем в 30 раз выше в зонах бывших разливов нефти по сравнению с содержаниями таковых на контрольном участке. В шкурках красных полевок с нефтеза-грязненной территории также установлено повышенное накопление микроэлементов (Al, Ba, Fe,
558
МОИСЕЕНКО, ГАШЕВ
Таблица 1. Содержание микроэлементов (мг/кг золы) во мхах и шкурках красных полевок на нефтезагрязненной территории и фоновых участках
Район А1 Ва V Бе Мп Си N1 Яп РЬ Яг Т1 Сг
Надземная часть зеленых мхов
Фоновый Х 330 233 0.17 517 367 50 1.7 0.27 5.7 333 76.7 2.7
т 33 133 0.09 235 66.7 1.2 0.3 0.15 1.3 333 23.3 0.9
Нефтяного Х 730 1667 5.55 1500 467 18.3 6.0 1.17 20 2000 167 9.3
загрязнения т 384 726 4.75 287 120 6.0 2.1 0.17 5.8 500 66.7 0.7
Достоверность тф 1.04 1.94 12 2.64 0.73 2.17 2.04 4.07 2.42 2.78 1.27 5.97
различий Р< - - - - - - - 0.05 - 0.05 - 0.01
Шкурки красных полевок
Фоновый Х 809 133 11 453 114 7 1 0.3 13 117 104 2
т 95 84 10 24 93 2 0.3 0.1 2 19 21 1
Нефтяного Х 2000 183 1 1667 300 30 4 0.5 30 50 117 5
загрязнения т 500 17 0 167 0 0 0.6 0 0 0 33 0
Достоверность Тф 2.34 0.58 1.0 7.20 2.00 11.5 4.47 2.00 8.50 3.53 0.33 3.00
различий Р< - - - 0.01 - 0.001 0.05 - 0.01 0.05 - 0.05
Примечание. Х — среднее арифметическое, т — ошибка репрезентативности, Тф — фактическое значение Т-критерия Стью-дента, Р — уровень значимости.
Мп, Си, N1, Яп, Т1, Сг), особенно Бе, Си и Сг (табл. 1), по сравнению с животными, обитающими на фоновых участках идентичного по геохимическим условиям региона.
Отмечено синхронное накопление всех изученных элементов (кроме Яг) в надземной части мхов и в шкурках мохоядных красных полевок на исследуемой территории спустя 8 лет после разлива нефти, которое подтверждается достоверным уравнением связи:
полевка = 3.5958 + 0.8977ХМ(Ж (фон), р = 0.001,
^полевка = 177.7626 + 0.342ХмЖ (разлив нефти), р = 0.05.
Содержание элементов в моховом покрове отражает геохимические условия произрастания мхов и уровень антропогенного загрязнения [6]. Накопленные металлы во мхах (рацион питания красных полевок) поступают в организм и накапливаются в более высоких концентрациях по сравнению с фоновыми участками.
Следует отметить, что корреляция между содержанием элементов во мхах и шкурках полевок снижается при загрязнении по сравнению с условно фоновой территорией, что свидетельствует о нарушении на загрязненных участках природной биогеохимической миграции элементов в системе продуценты—консументы. Отмечается высокое накопление алюминия и железа в
шкурках полевок, обитающих в местах бывших разливов нефти. Отмеченные зависимости подтверждают, что моховой покров спустя 8 лет после разлива нефти содержит высокие концентрации металлов и является первым звеном их биогеохимической миграции.
РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
При добыче нефти в результате выноса на поверхность целого ряда естественных и антропогенных радионуклидов вблизи устьев скважин и в местах скопления нефтешламов на территории месторождений мощность экспозиционной дозы гамма-излучения достигает от 60 до 5600 мкР/ч (при фоне 9—11 мкР/ч и допустимой дозе 30 мкР/ч). Уровень радиации в зонах факелов по сжиганию неутили-зируемых компонентов нефти и газа выше фонового на 43% [7] (табл. 2).
Моховый покров активно накапливает радионуклиды [5, 8]. Территориальный анализ распределения радионуклидов показал, что на Севере, в районе Нижневартовска, где сосредоточено большое количество производств по добыче и первичной подготовке нефти, содержание 137Сз в лишайниках в 2.8 раза, 908г почти в 2 раза превышает аналогичный показатель для района Чертовых озер, отдаленного от регионов нефтедобычи. При этом меняется и соотношение радионуклидов 137Сз/908г в растительных образцах за счет увеличения накопленного растениями цезия. Если на большей ча-
БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕТАЛЛАМИ 559
Таблица 2. Содержание радионуклидов в растительных объектах в разных пунктах Тюменской области (Бк/кг сухой массы)
Пункт Растительный объект 9^г 137Сз
Чертовы озера (фон), Красноселькупский район, северная тайга Лишайники 35.0 ± 5.00 80.0 ± 10.00
п. Угут, Сургутский район, средняя тайга Лишайники 42.2 ± 4.01 102.2 ± 11.40
Муравленко, Пуровский район, северная тайга Лишайники 50.0 ± 10.00 95.0 ± 25.00
п. Пунга, Советский район, средняя тайга Лишайники 50.0 ± 10.00 120.0 ± 30.00
Мхи сфагновые 55.0 ± 5.00 145.0 ± 25.00
Мхи зеленые лесные 60.0 ± 20.00 120.0 ± 50.00
Мхи политриховые 105.0 ± 15.00 200.0 ± 50.00
Кора и ветви (сосна, осина, береза) 43.3 ± 8.82 93.3 ± 18.56
г. Нижневартовск, средняя тайга Лишайники 62.5 ± 7.50 220.0 ± 56.57
Кора и ветви (сосна, береза) 40.0 ± 10.00 50.0 ± 10.00
г. Тюмень, подтайга Лишайники 40.0 ± 5.77 146.7 ± 31.80
Мхи зеленые лесные 90.0 ± 30.00 380.0 ± 60.00
Мхи политриховые 70.0 ± 20.00 650.0 ± 90.00
Кора и ветви (сосна, береза) 30.0 ± 10.00 230.0 ± 30.00
сти исследованных участков это соотношение колеблется в пределах 1.9—2.4 ед., то у Нижневартовска составляет 3.5 ед., что более чем в два раза превышает значение этого показателя в глобальных атмосферных выпадениях — 1.6—1.7 ед. [9]. Повышенные показатели загрязнения лишайникового покрова у Нижневартовска искусственными радионуклидами могут быть связаны также с проведением в районе Среднего Приобья в начале 80-х годов прошлого века серии подземных ядерных взрывов с целью сейсмозондирования и повышения нефтеотдачи пластов.
В южных регионах Западной Сибири отмечены также высокие показатели накопления 137Сз во всех растительных объектах по сравнению с северными территориями. Содержание В7С5 в зеленых, полит-риховых мхах и коре деревьев в районе Тюмени выше аналогичных показателей для северных территорий в 2.5—3.3 раза. Соотношение ^^Сз/^г вблизи Тюмени находится в диапазоне от 3.7 ед. в лишайниках, до 9.2 ед. в политриховых мхах, что указывает на наличие источника загрязнения радионуклидами территории Западной Сибири. Можно предположить, что источником повышения содержаний радионуклидов наряду с нефтедобычей и сжиганием попутного газа могут также быть инциденты на ядерных комплексах: на ПО "Маяк" в Челябин-
ской области, на Белоярской АЭС в Свердловской области.
Таким образом, исследования содержаний металлов и радионуклидов в компонентах биоты (лишайники, мхи, древесные растения и мелкие млекопитающие) на техногенных территориях Западной Сибири показали, что в зонах нефтедобычи происходят интенсивное загрязнение и биоаккумуля
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.