ПОЛ МИКРОСКОЛОМ ПОЧВА, ЗАГРЯЗШМЯ НЕФТЬЮ
Доктор биологических наук Галина РУСАНОВА, Институт биологии Коми научного центра УрО РАН
В течение Международного полярного года (2007-2008) ученые мира старались оценить состояние природных экосистем в высоких широтах, выявить их естественные изменения и различные последствия деятельности человека. Для севера европейской части России одним из важнейших техногенных факторов остается освоение нефтегазовых месторождений. Здесь почвы, подвергшиеся углеводородному загрязнению, не восстанавливаются в полной мере, что проявляется, в частности, в морфологическом строении, в том числе на микроуровне. Заглянем же в глубины их профиля и попробуем оценить степень трансформации.
Изучение тонких срезов почвы ненарушенного строения (шлифов) под микроскопом с увеличением в 40-80 раз позволяет лучше понять, как именно она организована и функционирует. С помощью этого метода можно проверить наши представления об объекте исследования, обнаружить надежные диагностические признаки современных процессов*. Между тем сведения о трансформации микростроения при нефтяном загрязнении крайне немногочисленны. Мы решили хотя бы отчасти за-
*См.: Г. Русанова. Болыиеземельская тундра: взгляд в прошлое. — Наука в России, 2007, № 1 (прим. ред.).
полнить имеющийся пробел и провели соответствующее исследование криогенных почв Болыиеземель-ской тундры*, пострадавших от разливов углеводородного сырья 1 год и 20 лет назад, с целью оценки их состояния.
ДО И ПОСЛЕ РАЗЛИВА
В северной части Европейской России, недалеко от побережья Баренцева моря (Варандейский комплекс
*Большеземельская тундра — холмистая моренная равнина высотой до 250 м в пределах Ненецкого автономного округа и Республики Коми (прим. авт.).
Ландшафт района исследований.
Фото И. Лавриненко
нефтяных месторождений) мы в 1999 г. отобрали пробы почв, загрязненных год назад. Последствия разливов двадцатилетней давности оценили южнее -в бассейне реки Печора (вблизи ее дельты), на северной границе подзоны южных гипоарктических тундр. Здесь, в районе расположения Ванейвисского комплекса в середине 1980-х годов проводили геолого-разведочные работы, в ходе которых на поверхность попали дизельное топливо, отработанные буровые растворы, газоконденсатная смесь и т. п.
Несколько слов о природных условиях района изысканий. В южной тундре преобладают кустарниковые ивняково-мелкоерниковые растительные ассоциации, в северной — кустарничково-моховые сообщества. На этой холмистой, пологоувалистой территории многолетняя мерзлота местами имеет не сплошное, а островное распространение. Причем глубже всего — на 90-100 см — она залегает в почвах, классифицируемых как подзолы и подбуры, в глееземах мы регистрировали ее уже на 60-80 см, а в торфяно-под-золах глеевых и сухоторфяных почвах — на 40 и 36 см соответственно. Отметим: глубина оттаивания изученных супесчано-песчаных разновидностей составляет 60-80 см, суглинистых — 40-60, торфяных — 20-40 см. Память о неоднократных вторжениях сюда ледника и наступлениях моря хранят самые разные отложения — моренные супеси и суглинки, верхнечетвертичные морские, ледниково-морские, флюви-огляциальные и озерно-аллювиальные, в настоящее время служащие материнскими породами.
Из всех генетических слоев почв мы отбирали горизонтально и вертикально ориентированные образцы, а затем по специальной методике с применением естественных смол и органических растворителей
фиксировали материал для изготовления шлифов. Подобные смеси не оказывают влияния на перераспределение в нем загрязнителей, что первостепенно для наших объектов. Дальнейшее изучение проводили в лаборатории под поляризационным микроскопом с увеличением 70.
Прежде чем заглянуть в окуляр, вспомним: даже не подвергавшиеся загрязнению почвы указанных месторождений уже содержат нефтяные углеводороды, количество которых колеблется в пределах десятых долей грамма на 1 кг мелкозема и растет по мере приближения к работающим техническим системам. Это, главным образом, результат диффузии данных веществ из нефтегазоносных толш на дневюто поверхность. Причем самые высокие фоновые показатели — около 2 г/кг - выявлены в верхних горизонтах подзолов иллювиатьно-гумусово-железистых*. формирующихся в супесях, подстилаемых суглинками, а также глееземов торфяных, занимающих подчиненное положение в ландшафте, и почв, расположенных на сорбционных. глеевых. механических, геохимических и физико-химических барьерах**, способствующих осаждению и консервации техногенных органических веществ. «Отстают» в этом отношении (фоновое содержание нефтяных углеводородов 1-1.4 г/кг) подбуры и подзолы, развивающиеся в ры.хлых песчаных отложениях. Дело в том, что здесь
*В ряле почв при накоплении выносимых из вышележащей толщи вешеетв — оксидов железа, органических компонентов, тонкодисперсных глинистых минералов - формируется иллювиальный горизонт, что находит отражение в их названии (прим. ред.).
**Перечисленные «барьеры» — зоны резкого уменьшения миграционной активности каких-либо химических элементов или вешеетв. обусловленного различными механизмами ( механическое удержание. смена геохимического режима и пр.) (прим. ред.).
Микростроение торфяно-глеезема через 1 год после загрязнения. А - фрагментация растительных остатков (0-10 см); В, С- обволакивание пленкой загрязнителя агрегатов, фрагментов детрита (10-15см); Ь - черный ореол в глеевом горизонте.
органические загрязнители легко мигрируют вниз по профилю и накапливаются не только в органогенных, но и иллювиальных горизонтах, а также над мерзлотой.
И еще. В тундре загрязнение нефтепродуктами идет «рука об руку» с усилением экзогенных процессов — дефляции, солифлюкции*, деградации мерзлоты. Почти всегда наблюдается механическое нарушение почвенного покрова. Анализируя микроморфологию нашего объекта, мы наблюдали проявления всех перечисленных техногенных воздействий и должны были их учитывать, делая выводы.
Разумеется, трансформированные варианты почв сравнивали с незатронутыми техногенным воздействием, характерные особенности которых связаны как с разнообразием геолого-геоморфологических условий, так и со спецификой мерзлотной обстановки. Формирующиеся на северной границе южных ги-поарктических тундр, на рыхлых супесчаных отложениях подбуры и подзолы характеризуются проявлением криогенных процессов, оглеением нижней части профиля при близком (до 1 м) залегании мерзлоты. В профиле глееземов торфянистых наблюдается слабая дифференциация по илу и содержанию оксидов железа и алюминия. Гидроморфным подтипам свойственны деструкция органического вещества и, опять-таки, криогенная переработка материала.
При загрязнении нефтяными углеводородами стираются естественные черты (меняется окраска, уплотняется сложение), происходит подщелачивание почвенного раствора, перестраивается почвенно-поглощающий комплекс, растет содержание углеро-
"Солифлюкция (от лат. solum — почва, земля и fluctio — истечение) — вязко-пластическое течение увлажненных тонкодисперсных грунтов на склонах, развивающееся в процессе их промерзания и протаивания (прим. ред.).
да, опускается граница мерзлоты. Степень трансформации зависит от количества привнесенных веществ и затрагивает либо весь профиль, либо его верхнюю часть.
Вот краткая морфологическая характеристика проанализированного нами профиля торфяно-глеезема со сроком загрязнения 1 год. Верхний 15-сантиметровый торфяной слой вблизи буровой скважины Ва-рандейского комплекса пропитан нефтью и окрашен в черный цвет. Далее — тиксотропный* глеевый горизонт (15-30 см) с маслянистой вязкой консистенцией и черными пятнами на синем фоне. Глубина сезонного оттаивания почвы увеличилась на 14 см по сравнению с ненарушенными аналогами. Что же мы увидели при семидесятикратном увеличении?
Анализ микростроения показал: верхняя часть торфа характеризуется интенсивной фрагментацией растительных остатков, а нефтепродукты концентрируются на глубине 10-15 см. Здесь гидрофобная черная пленка обволакивает коагуляционные агрегаты, частицы детрита, а также стенки пор, препятствуя полноценной аэрации профиля, образуются крупные темноокрашенные сгустки, масса загрязнителя заполняет пустоты. В глеевом горизонте видны отдельные его ореолы и следы диффузного проникновения в минеральную толщу
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
По данным химического анализа почвы Ванейвис-ского комплекса с 20-летним загрязнением, залегающие на водоразделах, содержат значительное количество углеводородов — 21-41 г/кг, что в 10-20 раз превышает фоновые показатели. Как известно, высоко-
Тиксотропия — способность некоторых структурированных дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру (прим. ред.).
Микростроение подзола через 20 лет после загрязнения. А - мелкоагрегированные черные включения между зернами скелета (0-14 см); В - светло-коричневые флюидальные микрозоны (14-24 см);
С - локальная цементация зерен скелета темно-коричневой массой (24-35 см); й - толстые оболочки на зернах скелета (35-60 см).
молекулярные компоненты нефти интенсивно сорбируются в гумусовом горизонте (но чем влажнее субстрат, тем это явление выражено слабее), а потом проникают в глубь профиля по порам и трещинам. На поверхности они образуют непроницаемый экран — битуминозную корку из смол и асфальтенов, что снижает аэрацию и провоцирует процесс оглеения. Теперь подробно о трансформации микростроения.
В легких автоморфных почвах — песчаных подзолах и подбурах — мы наблюдали аккумулятивный (накопительный) тип профильного распределения загрязнителя; хроматографическая картина при этом весьма четкая: черный цвет сосредоточен в верхних слоях, коричневый — в средних, светло-бурый, свидетельствующий о развитии оглеения, — в нижней части. На глубине 0-14 см нефтепродукты законсервировались в промежутках между зернами скелета*: мы наблюдали здесь черные микроучастки, мелкие сгустки с фестончатыми краями, агрегированные вследствие криогенного дробления. Ритмичные процессы то замерзания, то оттаивания почвы способствуют освобождению легких углеводородных
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.