научная статья по теме ПОД МИКРОСКОПОМ ПОЧВА, ЗАГРЯЗНЕННАЯ НЕФТЬЮ Науковедение

Текст научной статьи на тему «ПОД МИКРОСКОПОМ ПОЧВА, ЗАГРЯЗНЕННАЯ НЕФТЬЮ»

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.

Показать целиком