Основные источники загрязненияи свойства загрязнителей

На территории Российской Федерации нефтепромыслы занимают значительные площади в Западной и Восточной Сибири, Поволжье, на Северном Кавказе (рис. 6.1).

Нефть - концентрат жидких, преимущественно углеводородных продуктов преобразования в осадочных толщах захороненного органического вещества.

Изменения природной среды и, в частности, почв на этапе обустройства нефтепромыслов связаны с работой тяжелой техники, вызывающей механические нарушения рельефа и растительности, перемешивание материнских пород и добавление новых субстратов, разрушение и погребение почв (рис. 8.1). Добыча нефти на этом этапе принципиально не отличается по характеру воздействия на почвы от добычи других полезных ископаемых.

Вместе с тем, специфическим фактором трансформации почв является бурение скважин, при котором на поверхность сбрасываются буровые растворы, реагенты воздействия на нефтяной пласт, и буровые шламы - смеси выбуренных пород и буровых растворов. Буровые растворы и их производные содержат цементы, нефтепродукты, соли, кислоты, щелочи, диспергированную глину, метанол, ацетон, фосфор- и кремнийор- ганические соединения, фенолы, графит, поверхностноактивные вещества, тяжелые металлы и многое другое. При бурении и дальнейшей экс

плуатации скважин из буровых сточных вод и пластовых жидкостей формируются техногенные потоки, размеры которых в значительной мере определяются количеством скважин на промышленных площадках (кустах) и уровнем применяемых технологий (герметичность оборудования, работа насосных станций, коррозия трубопроводов и т.д.), а также числом и масштабами аварийных выбросов пластовых и закачиваемых в скважины вод (для поддержания давления в нефтяном пласте).

В результате специфика воздействия на почвы на нефтепромыслах заключается в привносе широкого спектра геохимически активных веществ, в первую очередь хлоридов, карбонатов и сульфатов щелочных и щелочноземельных катионов, а также углеводородов.

alt="" />

Рис. 8.1. Нефтяные скважины в Туркмении (Небит-Даг, 1938 г., фото Б.А. Федоровича) и в Калининградской области (2002 г., фото М.И. Герасимовой)

В ходе эксплуатации нефтяных месторождений в нормальном режиме и подготовки компонентов нефти к транспортировке по продук- топроводам в почвы поступает определенное количество нефти и нефтепродуктов. При неполном сгорании попутных газов в «факелах» в атмосферу выбрасываются сажа, канцерогенные углеводороды - полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе 3,4-бенз(а)пи- рен, сернистые соединения, которые поступают в почвы в соответствии с розой ветров. Однако наибольшие масштабы нефтяного загрязнения связаны с авариями на нефтепроводах и разливами нефти при нарушении технологии эксплуатации скважин.

Основным загрязнителем почв является нефть - сырая и товарная. Сырая нефть содержит пластовые жидкости, из товарной, или обессоленной нефти, они удалены. При порывах нефтепроводов в почву сбрасывается товарная нефть, поэтому в геохимической трансформации почв соли не участвуют. В товарной нефти содержатся легкие и тяжелые фракции, которые различаются токсичностью (мутагенностью и канцероген- ностью). Они подвижны в пористых средах. Кроме основного компонента - углеводородов, в нефти присутствуют смолы и асфальтены, с которыми связаны микроэлементы, а также соединения серы, в том числе H2S.

Преобразование нефти в гипергенных условиях происходит сравнительно медленно и слабо зависят от конкретной природной обстановки. В этом заключается еще одна специфическая черта нефтяного загрязнения.

На первом этапе деградации нефти в ландшафтах происходит ее физико-химическое разрушение, дегазация, ультрафиолетовая деструкция, особенно в первые месяцы.

Второй этап, продолжающийся в среднем 3-4 года, характеризуется высокой микробиологической активностью. Количество нефти на единицу объема почвенной массы уменьшается, но увеличивается концентрация наиболее устойчивых высокомолекулярных соединений. В дальнейшем продолжается микробиологическая деструкция нефти, количество ее в почвах сокращается, однако сохраняется высокая экологическая опасность остаточных продуктов.

Время деструкции нефти зависит от концентрации ее в почвах и может составлять годы и десятилетия.

В результате микробиологической деструкции нефти и нефтепродуктов происходит трансформация исходного состава загрязнителя, частичная его утилизация и разложение до конечных продуктов (Исмаилов, 1988', Звягинцев и др., 1989; 2002).

Компоненты нефти различаются по подвижности и токсичности. Наиболее токсична сырая нефть, но она более подвержена микробиологической деструкции. Тяжелые фракции нефти слабо подвижны в почвах, в отличие от легких, например, бензина, который перемещается в почвах в полтора раза быстрее, чем вода.

Длительность сохранения нефтепродуктов в почвах определяется их количеством и составом, а также климатическим потенциалом загрязненных территорий. Поскольку оптимальными условиями для разложения нефти являются температуры 25-30°С и влажность, близкая к наименьшей [XLVIII] влагоемкости почвы, в холодных и переувлажненных почвах деградация нефти продолжается в течение десятилетий. В жарких и сухих районах разложение нефти ограничивается дефицитом влаги. Значительная часть нефтедобывающих предприятий России сосредоточена в средне- и северотаежных ландшафтах (Западная Сибирь); в других странах - в Азербайджане, Туркмении и на Ближнем Востоке - нефтепромыслы находятся в условиях аридного климата, поэтому вопросы деградации нефти и нефтепродуктов в почвах приобретают здесь особую экологическую значимость.

Рис. 8.2. Скорость трансформации нефти в верхних горизонтах почв (Пи- ковский, 1993)

Почвы: I - тундрово-глеевые; II - подзолы

Вещества: 1 - исходная нефть: 2 - через год; 3 - через 2 года

Одним из путей изучения экологической опасности нефтяного загрязнения являются модельные опыты по разложению нефти в разных природных зонах, проводившиеся по инициативе М.А. Глазовской на Географическом факультете МГУ (Глазовская, Пиковский (1985)1, Солн- [XLIX] цева (1981[L], 19882). В экспериментах, проведенных Н.П. Солнцевой и под ее руководством, оценивались максимально возможные количества нефти, удерживаемые разными почвенными горизонтами, т.е. «нефтеем- кость» почв. Так, было установлено, что нефтеемкость торфа во много раз выше, чем минерального субстрата при прочих равных условиях, а при полной влагоемкости она существенно падает.

Рис. 8.3. Модель поведения сырой нефти в почвенных экосистемах (Солнцева, 1998)

1 - преимущественное осаждение тяжелых фракций нефти; 2 - преимущественное осаждение легких фракций; 3 - преимущественное накопление минерализованных вод и легких фракций нефти; 4 - загрязненные воды капиллярной каймы; 5 - вторичное внутрипочвенное загрязнение; 6 - уровень сезонного подъема загрязненных почвенно-грунтовых вод; 7 - вторичные потоки загрязнителей; 8 - уровень почвенно-грунтовых вод

Изучение свойств различных видов нефти и нефтепродуктов, в сочетании с результатами экспериментов и сведениями о свойствах почв, влияющих на судьбу нефти и ее производных, послужило основанием

для прогноза ближайших и отдаленных последствий загрязнения почв и других компонентов ландшафта. С другой стороны, знание свойств загрязнителей и их поведения в определенных природных условиях необходимо для организации мониторинга.

Наиболее полные исследования судьбы нефти и нефтепродуктов в почвах, влияния их на свойства почв и почвенные процессы, геохимические миграционные потоки и многие другие аспекты нефтяного загрязнения многие годы изучались Н.П. Солнцевой и изложены в ее монографии (1998).

В первом приближении Н.П. Солнцева (1998) разделяет техногенные воздействия на почвы в районах нефтепромыслов на две основные группы: первичное и вторичное. Миграция нефти и нефтепродуктов в условной катене и образование ореолов первичного и вторичного загрязнений представлены на схеме (рис. 8.3).

Почвы на нефтепромыслах подвержены специфическим воздействиям, связанным со сбросом сильноминерализованных вод и с поступлением на поверхность или внутрь почвенного профиля своеобразного нефтяного субстрата, геохимически пассивного и относительно устойчивого в природных ландшафтах. Механические воздействия на почвы нефтепромыслов имеют место, но они не специфичны.