Природные источники нефти.
Некоторая часть загрязнений всё же приходится на природные источники нефти. Прямых измерений количества нефти, попадающей в океан из природных источников, нет. Однако, эти цифры несравнимо малы по сравнению с влиянием антропогенных загрязнений. Если бы нефть продолжительное время просачивалась в океан, то все залежи давно бы исчезли. Кроме того, любой выход нефти должен сопровождаться появлением характерных блестящих пятен, но такие пятна не наблюдались.
Небольшая доля утечки нефти приходится на суда, затонувшие ещё во времена Второй Мировой Войны, корпуса которых подверглись коррозии и протекают. Большая часть углеводородов поступает в атмосферу в результате испарения или неполного сгорания топлива, после чего вступает в реакции и превращается в другие вещества. Однако оставшаяся часть существует в виде жидких капель и адсорбируется на мелких атмосферных частичках. Жидкие и твёрдые частицы неизбежно оседают на поверхности океана, внося значительный вклад в общее загрязнение.
В нефти, кроме основных главных углеводородных соединений (парафины, нафтены, ароматические соединения, олефины), почти всегда присутствуют соединения серы, азота и кислорода.
Токсичность нефти зависит от содержаний в ней ароматических углеводородов, которые способны сохраняться в морской воде и донных отложениях в силу своей стойкости. Алканы обладают не меньшей токсичностью, но имеют большую склонность к деградации. Кроме того, в присутствии нефтяных углеводородов, токсичность других загрязняющих веществ (металлов и хлорированных углеводородов) проявляется в большей степени. Наличие нефти в донных отложениях способствует интенсивному накоплению в них хлорированных углеводородов и металлов. С другой стороны, её наличие замедляет переход других загрязняющих веществ из донных отложений в воду.
Установлено, что при дноуглубительных работах часть углеводородов переходит из донных отложений в водную толщу в виде частиц эмульсии или в растворённой форме. Их дальнейшая судьба во многом зависит от начального состоянии при попадании в воду. Нефтепродукты могут: ассимилироваться морскими организмами, повторно седиментировать, образовывать нефтяные агрегаты, окисляться, растворяться и испаряться.
Ещё одна особенность нефтяных загрязнений – способность захватывать и концентрировать тяжелые металлы, пестициды. Когда нефть разливается на большой площади, то велика вероятность протекания различных реакций, так как растворённые в нефти вещества получают возможность участвовать в различных химических процессах.
В случае образования плёнки, концентрирование происходит на поверхности и возможно в самой плёнке. Концентрирование металлов изменяет их токсичность и усложняет молекулярный перенос в плёнке вследствие реакций между металлом и органическими соединениями. Эти процессы, протекающие в нефтяной плёнке, могут также вызвать концентрирование в замкнутой биологический цепи питания с участием низших организмов. Таким образом, введение загрязнений в биологическую среду питания ускорится.
Характер растекания нефти по поверхности водоёмов:
Способность нефти растекаться по поверхности воды проявляется только в начальный период её нахождения на воде и на распространение по водоёму существенно не влияет.
Скорость растекания нефтепродуктов лёгкой фракции (бензин, керосин) ниже, нежели у тяжёлой фракции (мазут, масло), так как поверхностное натяжение у границы с водой у первых выше. По той же причине, при одинаковых количествах, продукты лёгкой фракции растекаются на меньшей площади.
Зона загрязнения распространяется на несколько километров от места попадания нефти в воду. С момента утечки и до момента начала работ по локализации и ликвидации нефтяного загрязнения её распространение по водоёму уже обычно завершается, т.е. зона загрязнение приобретает почти максимальные размеры и определённую форму. Распространение пролитой нефти в условиях водоёма происходит под влиянием течения, ветра, колебаний уровня воды и имеет свои особенности. Для реки, ввиду близости берегов, нефть быстро достигает их. Наличие заводей, мелководных участков, покрытых растительностью, создаёт благоприятные условия для скопления нефти. На открытых участках, где есть ветер и течение, нефть долго не задерживается – её сносит в спокойные зоны. Обычно, в этих же местах скапливается и мусор, с которым она перемешивается.
При интенсивном поступлении нефти из повреждённого судна образуется нефтяное пятно в виде широкой полосы, у которой толщина в середине больше, чем по краям. При постепенном же поступлении – пятно имеет вид узкой полосы. От места утечки нефть перемещается по равнодействующей силы ветра и течения до достижения берега. А, достигнув его, переформируется. В одних случаях, нефть ветром прижимается к берегу или какой-либо преграде и располагается в виде клина – у основания толщина больше. Если действие ветра незначительно, то и толщина слоя примерно одинаковая. Нефть, оставшаяся на берегу из-за понижения уровня воды, также располагается в виде клина или равномерным слоем.
При изменении направления ветра, нефть из одних участков может быть перенесена в другие, загрязняя и их. Как правило, она располагается вдоль берега, заполняя все заводи. Но нередко загрязнённые зоны чередуются с чистыми.
Если же в водоёма скорость течения значительна, то протяжённость зоны загрязнения увеличивается. Известны случаи, когда она достигала 50-130 км. Плавучая нефтяная плёнка может охватывать огромные пространства. Установлено, что одна капля может занимать площадь примерно в 0,25м2. А тонна нефти покрывает пространство в 500 га. Собрать такую нефть очень трудно.
Все виды нефти содержат легкокипящие элементы, которые быстро испаряются. И уже через несколько дней пятно уменьшается на 25%. Низкомолекулярные элементы выводятся из пятна, главным образом, в результате растворения. Причём, ароматические углеводороды растворяются быстрее парафинов.
Разложение нефти под воздействием бактерий и окисления:
Биохимическое воздействие бактерий, грибков и организмов на компоненты нефти гораздо шире и охватывает самые разнообразные вещества по сравнению с процессами испарения и растворения. Однако, не существует такого микроорганизма, способного разрушить все компоненты нефти. Бактериальное воздействие характеризуется высокой избирательностью, и полное разложение требует воздействия многочисленных видов микроорганизмов. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, для разрушения которых требуется воздействие очередных организмов. Парафиновые углеводороды наиболее легко разлагаются бактериями, следовательно, более устойчивые циклопарафиновые и ароматические исчезают из океанской среды с меньшей скоростью.
Также нефтяные углеводороды подвержены процессам химического окисления и фотоокисления, но в водной среде эти процессы недостаточно исследованы.
Содержание питательных веществ и кислорода является определяющим фактором для деятельности микроорганизмов. Для полного окисления 4 литров сырой нефти потребуется кислород, содержащийся в 1,5 миллионах литров морской воды, насыщенной воздухом при 60°С, что эквивалентно количеству воды слоем 30 сантиметров и площадью 5000 км2.
Нефтяная плёнка препятствует процессу аэрации – поглощения водой кислорода через поверхность. В таких условиях бактериальное разложение может иметь отрицательные последствия, так как уменьшает количество кислорода. При постоянном расходе кислорода, прекращение аэрации может оказаться гибельным для животного мира водоёма. Нефть относится к числу трудноокисляемым организмами веществ, потому самоочищение загрязнённых территорий происходит очень длительное время.
Влияние физических параметров окружающей среды на скорость разложения нефти в воде:
Скорость разложения зависит от параметров окружающей среды, и один из главных – это температура воды. В общем случае, при повышении температуры на 10°С скорость реакций увеличивается в 2-4 раза. Понижение же температуры тормозит не только химические, но и биологические процессы, связанные с деструкцией и трансформацией углеводородов. Скорость разложения углеводородов также зависит и от солёности, особенно в тех районах, которые подвержены влиянию речного стока.
Распад нефти в менее солёных водах протекает наиболее активно. С увеличением активной реакции среды скорость разрушения нефтепродуктов возрастает. Так как диапазон изменений рН в море колеблется в пределах 2 единиц, то эффект изменения периода полураспада нефти в море в зависимости от изменения рН в 25 раз меньше, чем от колебаний температуры, и в три раза меньше, чем от колебаний солености.
В процессе самоочищения морской среды от углеводородов значительная роль принадлежит донным отложениям, которые, с одной стороны, способствуют очищению с помощью адсорбцию, но с другой стороны, могут сами стать источников повторного загрязнения. При этом наносы и взвешенные частицы, действуя как “ловушки”, играют значительную роль в миграции нефтяных загрязнений.
Углеводороды, адсорбируясь на взвешенных частицах, осаждаются на донных отложениях, но не всегда остаются на их поверхности. Кроме того, углеводороды, связанные со взвешенными частицами, могут вновь перейти в толщу воды под воздействием гидрометеорологических факторов.
В глубоководных районах при наличии придонных течений повышенная концентрация нефти в донных отложениях обуславливается также повторным суспендированием взвешенных частиц.
Незначительная плотность современных отложений и гидродинамическая активность способствует загрязнению донных отложений по глубине. При этом повышается связность неуплотнённых песков и илов в присутствии нефти, уменьшается дисперсность и пористость, из-за чего часть донных отложений преобразуется в прослой с высоким содержанием нефти.