Содержание нефти в донных отложениях уменьшается от глинистых илов к суглинистым и супесчаным и от пылеватых песков к крупным. При этом увеличение содержания углеводородов в донных отложениях сочетается с уменьшением их плотности и увеличением дисперсности. Причина повышенной концентрации нефти в мелкодисперсных отложениях служит то, что они обладают большей сорбционной способностью, а, значит, и способностью удерживать.
Однако, способность к сорбции может значительно изменяться под воздействием гидрометеорологических факторов (волнение, течение), дноуглубительных и гидротехнических работ, что многократно и наблюдалось в естественных условиях.
Образование нефтяных комочков в воде:
Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсии двух типов: прямые “нефть в воде” и обратные “вода в нефти”. Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и наиболее характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества.
После удаления летучих и растворимых фракций остаточная нефть чаще образует вязкие обратные эмульсии, которые стабилизируются высокомолекулярными соединениями типа смол и асфальтенов и содержат 50-80% воды (“шоколадный мусс”). Под влиянием абиотических процессов вязкость “мусса” увеличивается и начинается его слипание в нефтяные комочки от 1мм до 10см. Агрегаты представляют собой смесь высокомолекулярных углеводородов, смол и асфальтенов. Потери нефти на формирование подобных агрегатов составляют 5-10%. Такие образования могут длительное время сохраняться на поверхности воды, переноситься течениями, оседать на дно и выбрасываться на берег. Нефтяные комочки нередко заселяются сине-зелёными и диатомовыми водорослями, усоногими рачками и другими беспозвоночными.
Соотношение всех процессов, способствующих удалению нефти из водной среды изучено слабо, но известно, что именно активность бактерий определяет конечную судьбу нефти в воде.
Некоторые из фракций, содержащиеся в нефти, весьма токсичны, причём их токсичность возрастает по мере увеличения концентрации. Низкокипящие и некоторые ароматические соединения (бензол, ксилол) токсичны и в разной степени растворимы в воде. В состав высококипящих фракций входят канцерогенные вещества. Нефть сама по себе тоже токсична, но данных об отравлениях нефтью, попадающей внутрь организма, немного. Эмульсии нефти могут физически воздействовать на организмы, вызывая удушье.
Общее воздействие нефти на морскую среду можно разделить на 5 категорий:
1. непосредственное отравление с летальным исходом.
2. серьёзные нарушения физиологической активности.
3. эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами.
4. болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм.
5. изменения в биологических особенностях среды обитания.
Отравления с летальным исходом:
Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на важные процессы в клетках, особенно на процессы обмена между ними.
Наибольшую опасность представляют растворимые в воде ароматические углеводороды. Воздействие парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы может вызвать наркотическое действие, но необходимая для этого концентрация высока и отсутствует в нефтяных пятнах. Смерть взрослых морских организмов может наступить после контакта в течение нескольких часов с растворимыми ароматическими углеводородами, содержание которых составляет 10-4-10-2%. Смертельные концентрации для икринок и мальков составляет 10-5%, таким образом они чувствительнее к нефти в 10-100 раз.
Смертельные концентрации ароматических углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию. Однако, уже упоминалось, что после длительного пребывания в воде нефть теряет многие свойства и компоненты.
Токсичные эффекты от нефтяных пятен обычно локализованы и наибольшая смертность там, где загрязнение ограничено прибрежными районами с большим содержанием живых организмов. Большинство нефтяных загрязнений находится далеко от берега, в районах с большими глубинами, поэтому опасные фракции частично испаряются либо разбавляются водой до того, как пятно достигнет прибрежных районов. Компоненты, являющиеся причиной смертельных исходов при больших концентрациях, могут создавать проблемы и при малых – нефтяные углеводороды взаимодействуют с живыми организмами, чувствительными к химическим веществам, влияя на их выживаемость.
Нарушения физиологической активности:
Проблемы, вызванные попаданием нефти в гидросферу, нередко гораздо шире и продолжительнее по своему воздействию, чем это обычно предполагается. Если учесть также сточные воды, то очевидно, что район, подвергшийся загрязнению, может превратиться в непригодный для водных организмов любого вида.
Химический способ передачи информации играет очень важную роль в жизни морских организмов. Например, морские хищники находят свою добычу по химическим веществам, содержащихся в воде в количестве 10-7%. Подобная химическая природа процессов привлечения, отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания.
Некоторые компоненты нефти (главным образом ароматические углеводороды) влияют на химические коммуникационные процессы, блокируя рецепторы организма или подавляя естественные стимулы. Известно, что воздействие ароматических углеводородов в количестве 10-6-10-5% может вызвать серьёзные проблемы.
Обволакивание живого организма нефтепродуктами:
Эффекты покрытия и удушья являются основными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. В последние годы частой темой для обсуждения были покрытые нефтью пляжи и гибель находящихся в зоне прилива растений, планктона, птиц.
Морские птицы стали первыми жертвами загрязнения морских вод нефтью. Опускаясь на нефтяные пятна, они пачкали своё оперение. Углеводороды обволакивали перья, нарушая их гидрофобность и нарушая защитную функцию оперения. Поэтому, покрытые мазутом птицы переохлаждались и гибли от гипотермии. Кроме того, птицы интоксицировались нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или попытке очистить перья. В результате чего, происходили серьёзные нарушения функций эндокринной системы, в частности функции надпочечной железы.
В настоящее время Ла-Манш, Северное и Средиземное море, всё в большей степени загрязняемые нефтью, постепенно становятся непригодными для обитания морских птиц. Кроме того, следует учитывать и то обстоятельство, что малочисленные колонии больше подвержены случайностям при воспроизводстве, что влечет за собой высокий процент смертности эмбрионов и птенцов.
Болезненные изменения, вызванные попаданием углеводородов в организм:
Любой организм, живущий в водной среде, находится с ней в химическом равновесии. Если содержание углеводородов в воде меньше даже 10-7% они могут поглощаться организмом и накапливаться в тканях. Такое внедрение химических веществ, содержащих ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, так как подобные вещества являются канцерогенными.
Если же загрязнение невелико и концентрация мала, то они могут полностью выводиться из организма. Однако, при продолжительном пребывании в подобных условиях возможно постоянное загрязнение организма. Показано, что у рыб и ракообразных выведение большинства углеводородов из организма происходит за две недели. Однако, обмен веществ у низших организмов происходит медленнее и механизм его недостаточно понятен.
Прожорливые морские рыбы – основное звено пищевой цепи в морях умеренных широт, нередко проглатывают нефтяные комочки. Таким образом, рыбы накапливают значительное количество токсичных веществ, которые по пищевой цепи могут дойти до человека.
Эффект долгосрочных воздействий непосредственно не обнаруживается и носит кумулятивный характер. Эти эффекты могут быть вызваны периодическим введением веществ с большим временем “жизни” или непрерывным введением устойчивых либо неустойчивых веществ. Протекающие при этом процессы, как химически, так и биологически влияют на окружающую среду.
Очень часто опасные концентрации соответствуют максимально допустимым уровням, не допускающим никаких отклонений в наборе веществ. Например, сточные воду поставляют в систему питательные вещества, но не все организмы могут извлечь из этого пользу. В связи с этим некоторые организмы получают преимущество над другими и экологическое равновесие в той или иной степени нарушается.
В пределах одного вида, при переходе от молодого организма к взрослой особи, требования к питательным веществам изменяются, что отражается и в разной реакции на отклонения от нормы. Взрослые организмы могут перенести определённый уровень загрязнения, который в то же время является смертельным для молодых. Поэтому наличие взрослой рыбы вовсе не означает, что воды пригодна для жизни водных организмов.
Нефть и нефтяные смолы содержат канцерогенные вещества, которые могут способствовать появлению аномального количества новообразований у организмов, сходных с раковыми опухолями человека.
Изменения в биологических особенностях среды обитания:
Загрязнение нефтепродуктами влияет на окружающую среду и может привести к невозможности жизни в субстрате. Субстрат является средой, от которой организм или растение получает поддержку. Присутствие углеводородов разной массы в количестве 10-6-10-5% может химически изолировать субстрат от всех видов. Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной поддержке – просто опираются на него и испытывают меньшую зависимость; виды, живущие в субстрате, то есть активно от него зависящие, более уязвимы.