Нефтяные углеводороды в океане
И.А.Немировская
Без углеводородных соединений современную жизнь представить себе практически невозможно. Это топливо, освещение, транспорт, но это и аварийные разливы, загубленные пляжи, уничтоженные птицы и животные. Проблема загрязнения морских сред не теряет своей актуальности на протяжении многих лет, даже несмотря на энергетические и экономические кризисы. Пока не прекратится транспортировка нефти по морю и подводным путепроводам, пока будет проводиться разработка морских нефтегазовых месторождений, аварии неизбежны (хотя их количество в последнее время значительно уменьшилось).
Для разработки мер по борьбе с загрязнением Мирового океана нефтепродуктами необходимо определить их источники, физико-химические и механические свойства, пространственное распространение и глубину проникновения. До сих пор не систематизированы результаты наблюдений за токсичностью загрязняющих веществ и длительностью их воздействия на физико-химические свойства морской воды.
Кроме того, необходимо учитывать, что распространение антропогенных углеводородов происходит на существующем в природе устойчивом биогеохимическом фоне. Напомним, что фитопланктон ежегодно синтезирует в океане 12 млн т углево-
© Немировская И.А., 2008
Инна Абрамовна Немировская, доктор химических наук, заведующая аналитической лабораторией Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН. Область научных интересов — нефтяные и природные углеводороды в океане.
дородов, а по последним данным Национального Исследовательского Совета США (^Б), количество антропогенных углеводородов, поступающих из всех источников, составляет 1.3 млн т в год, при возможном интервале от 0.47 до 8.4 млн т в год [1]. Без изучения фоновых углеводородных концентраций невозможно выделить их антропогенную составляющую. Если для ксенобиотиков, таких как пестициды, эти концентрации равны нулю, то для нефтяных углеводородов дело обстоит сложнее. При определении загрязненности ими морских вод необходимо знать их природные доантропо-генные уровни. Особенно важны исследования геохимических барьерных зон, где наиболее интенсивно идут процессы рассеивания и концентрирования. Определение современного биогенного фона и принципа разде-
ления естественной и антропогенной составляющих становится важнейшей задачей как при мониторинговых исследованиях, так и при определении экологического состояния отдельных морских акваторий.
Миграционные формы нефтяных углеводородов
Нефть и нефтепродукты, попадающие в водную среду естественных водоемов, очень скоро перестают существовать как исходные субстраты. В море нефть находится в различных миграционных формах: поверхностных пленках (сликах); эмульсиях (типа «нефть в воде» и «вода в нефти»); нефтяных агрегатах и комочках; в растворенной форме; сорбированной взвесями и донными осадками; аккумулированной водными ор-
Количество загрязняющих веществ в океане. Цветом показаны нефть и нефтепродукты, поступившие с аварийными разливами [2].
ганизмами. Количественное соотношение этих форм нахождения нефти в море определяется множеством факторов и зависит как от состава и свойств самой нефти, так и условий ее поступления в водоем и его гидрологических особенностей.
Нефтяные слики — первоначальная форма, которая образуется при аварийных разливах и распаде нефтеводяных эмульсий. Разливы — наиболее слож-
ные и динамичные явления распределения примесей в море. Для их количественного описания разработаны многочисленные методы и математические модели, но все они весьма условны. Каждый разлив по-своему уникален и неповторим из-за практически бесконечного набора природных и антропогенных факторов.
В первые часы существования пленок преобладают физи-
ко-химические процессы — испарение и растворение. Затем нефть начинает разлагаться под действием микроорганизмов. Наши исследования показали, что образование равномерных пленок определяется содержанием высокомолекулярных соединений (смол и асфальтенов), которые слабо трансформируются под воздействием внешних факторов [3]. При содержании асфальтенов более 1% нефть плохо растекается по морской поверхности.
Нефть, как и поверхностная вода, движется со скоростью, составляющей несколько процентов от скорости ветра. По приблизительным оценкам, скорость перемещения нефтяных пленок составляет 60% от скорости течения и 2—4% от скорости ветра. Так, под влиянием Канарского течения слики от северо-западного побережья Африки дрейфуют в западном направлении, уменьшаясь в размерах, и в восточных районах Атлантики они встречаются чаще, чем в западных.
На сегодняшний день площадь покрытия поверхности
Схема распределения и миграции нефти в море.
океана пленками нефтепродуктов меньше частоты их обнаружения и в среднем не превышает 1%. Их распространение совпадает с трассами морского судоходства и особенно с маршрутами танкерных перевозок. Для Северной Атлантики количество нефтяных углеводородов в пленках оценивается в 38 — 46 тыс. т, а для северной части Тихого океана — около 7 тыс. т [2]. «Танкерная» нагрузка на Атлантический океан и его моря составляет 38% всех морских перевозок нефти, в то время как в Индийском и Тихом океанах — соответственно 34 и 28%.
При понижении температуры из нефти испаряется значительно меньше углеводородов. Если в условиях умеренного климата большинство легких углеводородов улетучивается через 1 — 3 дня, то в море Бофорта (Северный Ледовитый океан) при разливе нефти из танкера «Exxon Valdez» за это же время испарилось лишь 20% от общего количества [4]. В отличие от разливов в районах с умеренным климатом, естественная очистка после выбросов нефти в Арктике может длиться не годы, а десятилетия.
Агрегаты — одна из самых распространенных форм нефтяного загрязнения. При перевозке в танкерах и длительном испарении вязкость нефти увеличивается настолько, что формируются смоляные комки или агрегаты. Такие образования, сорбируя взвешенные минеральные и органические частицы, постепенно уплотняются до весьма твердых комочков и шаров. При балластировке и очистке танков они попадают в море.
Суммарный вес нефтяных агрегатов на всей акватории Мирового океана составляет не менее 0.5 млн т [2]. Их содержание на морской поверхности в различных акваториях варьирует в широких пределах: от 0.001 до 2270 мг/м2. К наиболее загрязненным районам относится Северная Атлантика между Гибралтаром и Азорскими о-вами. Мак-
симальные концентрации нефтяных агрегатов тяготеют к таким судоходным районам, как Саргассово и Средиземное моря. Однако в последние годы наметилось устойчивое уменьшение их концентраций в открытых водах Средиземного моря, где среднее содержание агрегатов составило 37 мкг/м2 в 1969 г., 9.7 мкг/м2 в 1974 г. и 1.2 мкг/м2 в 1987 г.
Индийский и Тихий океаны загрязнены в меньшей степени, мы не встречали смоляных комков и в водах, омывающих Антарктиду.
В Тихом океане присутствие нефтяных комков и агрегатов также связано с танкерными перевозками, но не в меньшей степени зависит от основных течений, которые переносят их далеко за пределы морских путей. В районе Куросио, Южно- и Восточно-Китайском морях их скопление обусловлено муссон-ными течениями. Причем в северо-западных и западных районах чаще встречаются свежие сгустки, а на юге и юго-востоке — выветренные. Нефтяные агрегаты выносятся из динамически активных зон и накапливаются в относительно спокойных. В стержневой полосе Гольфстрима, по нашим данным, их содержание значительно ниже (0.03 мг/м2), чем на периферии (11.6 мг/м2).
Распространение нефтяных агрегатов зависит и от донного рельефа. Они скапливаются на дне в трещинах песчаника, образуя вытянутые полосы, перемещаются придонными орбитальными волновыми движениями. Накопление смоляных агре-
Концентрация, г/погонный метр
1 — 10 10—100 >100
гатов на глубинах от уреза воды до 6—7 м совпадает с зоной максимальной деформации волн.
Наиболее загрязнены морские берега заливов и бухт. Особенно это относится к внутренним морям с интенсивным судоходством и развитой прибрежной промышленностью. Нередко загрязнение пляжей связано не только с морскими перевозками, но и с добычей нефти и газа на морском шельфе или с природными поступлениями из донных осадков. В проливе Санта-Барбара (Калифорния) на участке протяженностью около 1.5 км ежедневно высачивается 10—15 т нефти. Здесь обнаружены полужидкие нефтяные комки и их прослойки в вертикальном разрезе донных осадков до 2 м.
В зоне пляжа на побережье Ливии встречаются участки, где на 1 м2 приходится несколько десятков килограммов агрегатов. В восточной части Средиземного моря на побережье Израиля также установлен высокий уровень накопления нефтепродуктов — 3.5 кг/год комков на 1 м береговой линии. Принято, что при концентрации комков больше 100 г на погонный метр пляж не годится для рекреации (табл.1). Ежегодное поступление нефтепродуктов в Средиземное море оценивается в 880 тыс. т, из которых 180 тыс. составляют смоляные агрегаты на пляжах, а 9 тыс. — плавает в море [2].
Морские течения и атмосферная циркуляция обуславливают перемешивание и перемещение нефтепродуктов по всей акватории моря, что также приводит к загрязнению его шельфа
Загрязнение
низкое, фоновое среднее высокое, не годится для рекреационных задач
0—1.0 незначительное
Таблица 1
Классификация побережья по загрязненности смоляными комками [3]
Таблица 2
Количество аварий в наиболее судоходных районах
Район Количество аварий
Мексиканский залив 267
Прибрежные районы США 140
Средиземное море 127
Персидский залив 108
Прибрежные районы Японии 60
Балтийское море 52
Прибрежные районы Англии и Ла-Манш 49
Малайзия и Сингапур 39
Западное и северное побережья Франции 30
и берегов. Обследование побережий Азовского, Черного, Каспийского и Баренцева морей выявило их значительную загрязненность. Содержание нефтепродуктов в некоторых участках Каспия не только сопоставимо, но даже превышает их концентрацию в таком неблагополучном регионе Мирового океана, как Средиземное море.
Особенно крупное единовременное поступление нефтепродуктов происходит в прибрежных районах, где по статист
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.