Гидросферы нефтью

Биологические и физические изменения, обусловленные загрязнением

Отложений

Тип донных отложений	Кол-во определений	Среднее содержание углеводородов, мг/г сухого грунта	Предел колебаний углеводородов, мг/г сухого грунта
Ил глинистый		6,6	1,0-17,1
Ил суглинистый		1,5	0,5-2,0
Ил супесчаный		0,9	0,3-2,2
Песок крупный		0,2	0,1-0,2
Песок средний		0,7	0,1-0,7
Песок мелкий		2,2	-
Песок пылеватый		6,4	3,8-8,9

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 особенно 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» повышается и начинается его слипание

в агрегаты – нефтяные комочки размерами от 1 мм до 10 см. Агрегаты

представляют собой смесь высокомолекулярных углеводородов, смол и

асфальтенов. Потери нефти на формирование агрегатов составляют 5-10 %.

Высоковязкие структурированные образования – «шоколадный мусс» и нефтяные

комочки – могут длительное время сохраняться на поверхности воды, переносится

течениями, выбрасываться на берег и оседать на дно. Нефтяные комочки нередко

заселяются перифитоном (сине-зеленые и диатомовые водоросли, усоногие рачки и

другие беспозвоночные).

Соотношение всех процессов, способствующих удалению нефтяных углеводородов из

водной среды, изучено слабо. Вместе с тем установлено, что именно активность

бактерий определяет окончательную судьбу нефти в воде.

Эффекты влияния нефтяных загрязнений на жизнь океана до некоторой степени

спорны. Обычно мнение общественности едино­душно в том, что эти эффекты

нежелательны, но из многочислен­ных отчетов, обзоров и материалов

конференций, посвященных этой теме, можно почерпнуть очень мало сходящихся

мнений. Эти расхождения можно объяснить тем, что исходные параметры

неф­тяного пятна не приводятся при сравнении результатов измерений, не

сформулирована область применения данных по токсичности, полученных в

лабораторных условиях, отсутствует информация о составе нефти, размерах пятна

и других параметрах. Таким обра­зом, выводы, сделанные в результате

исследований, необходимо рассматривать в большинстве случаев лишь как

предположитель­ные, а также считать, что они являются скорее качественными,

чем количественными.

Некоторые из фракций, содержащихся в нефти, весьма токсичны, причем их

токсичность возрастает по мере увеличения кон­центрации этих фракций при

поглощении или растворении их в водной системе. Низкокипящие насыщенные

углеводороды и неко­торые ароматические соединения (бензол и ксилол) токсичны

и в разной степени растворимы в воде. В состав высококипящих фрак­ций входят

канцерогенные вещества, по-видимому, относящиеся к полициклическим

соединениям. Нефть сама по себе тоже токсич­на, но данных об отравлении

нефтью, попадающей внутрь орга­низма немного. Нефть эмульгируется,

образующиеся эмульсии с разным содержанием нефти могут быть токсичны, и

физически воздействовать на организмы, вызывая удушье.

Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5

категорий:

· непосредственное отравление с леталь­ным исходом,

· серьезные нарушения физиологической активности,

· эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродук­тами,

· болезненные изменения, вызванные внедрением углеводо­родов в организм,

· изменения в биологических особенно­стях среды обитания.

Отравление с леталь­ным исходом

Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов

на некоторые важные процессы в клетках и, особенно на процессы обмена между

клетками.

Растворимые в воде ароматические углеводороды представля­ют наибольшую опасность для морской среды. Воздействие пара­финовых углеводородов низкой молекулярной массы (С₁₀ и менее) может вызвать наркотическое действие, но

необходимая для этого концентрация крайне высока и отсутствует в нефтяных

пятнах. Имеющиеся данные указывают, что 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 таких компонентов для икринок и

мальков ниже и равны 10^-5%. Таким образом, икринки и мальки в 10—100

раз чувствительнее к действию углеводородов, чем взрослые организмы.

Смертельные концентрации ароматических углеводородов воз­можны в нефтяных

пятнах, не подвергшихся атмосферному воз­действию, однако уже говорилось, что

после длительного пребы­вания в воде нефть теряет многие летучие и

растворимые компо­ненты. В таблице дана оценка токсической

чувствительности различ­ных морских организмов в виде концентрации

ароматических со­единений, вызывающей отравления.

Как установлено, гибель морских организмов ассоциируется с определенным

изучаемым нефтяным загрязнением. Токсичные эффекты обычно локализованы, и

смертность наибольшая там, где загрязнение ограничено прибрежными районами с

большим содержанием живых организмов. Большинство нефтяных загряз­нений

находится вдали от берегов, в районах с большими глуби­нами, поэтому

токсичные нефтяные фракции частично испаряются либо разбавляются водой до

безопасной концентрации еще до то­го, как нефтяное пятно достигнет прибрежных

районов. Компонен­ты, являющиеся причиной смертельных исходов при больших

кон­центрациях, могут создавать серьезные проблемы и при меньших

концентрациях. Эти проблемы заключаются в том, что нефтяные углеводороды

взаимодействуют с морскими организмами, чувстви­тельными к химическим

веществам, влияя на их выживаемость.

Таблица Чувствительность водных организмов в виде

концентрации ароматических соединений, вызывающих

отравления

Наименование организмов	Концентрация Сх10^4, %
Растения	10-1000
Рыба	5-50
Личинки (все виды)	0,1-1,0
Обитатели морского дна (креветки и т.д.)	1-10
Брюхоногие (улитки и т.д.)	10-100
Двустворчатые моллюски	5-50
Морские ракообразные	1-10
Др. морские беспозвоночные	1-10

После аварии танкера «Торри-Каньон» были получены ценные данные о

последствиях загрязнения биоценозов морских вод нефтепродуктами.

Исследования, проведенные на биологической станции в Плимуте, показали, что весь

планктон серьезно пострадал от контактов с углеводородами, особенно

Halosphaera и Pterosperma, планктонные водо­росли из группы

Prasinophycea, которые обитают в верхних слоях океана. Пострадал также и

зоопланктон, находящийся в зараженной зоне. По имеющимся данным, погибло около

90 % пелагических яиц икринок европейской сардины, и количество мальков резко сократилось.

Нарушение физиологической активности

Проблемы, возникающие при попадании нефти в гидросферу, нередко значительно

шире и имеют более долговременный характер, чем это обычно предпола­гается.

Если принять также во внимание влияние сточных вод, то, очевидно, что район,

подвергнутый такой опасности, может пре­вратиться в непригодный для водных

организмов любого типа. Поскольку химические характеристики и сточных вод и

нефти не­известны либо недостаточны, то предсказание долговременных

химических и биохимических последствий такой комбинации за­грязнений будет

недостоверным.

Химический способ передачи информации играет важную роль в поведении отдельных

морских организмов. Морские хищники, например, находят свою добычу с помощью

органических хими­ческих веществ, содержащихся в морской воде в количестве 10

^-7%. Подобная химическая природа процессов привлечения и отталкивания

играет важную роль при защите от хищников, лока­лизации места обитания и для

привлечения особей противополож­ного пола. Имеется достаточно информации, чтобы

сделать пред­положительные выводы о действии нефти на химические связующие, что

некоторые компоненты нефти (главным образом раст­воримые ароматические

углеводороды) влияют на химические коммуникационные процессы, блокируя

рецепторы организма или подавляя естественные стимулы. Сущность таких

коммуникационных нарушений остается еще неясной, определенным является лишь то, что воздействие растворимых ароматических углеводоро­дов в количестве (10

^-6-10^-5)% может вызвать значительные проблемы.

Обволакивание живого организма нефтепродук­тами

Эффекты покрытия и удушения являются основными вредны­ми последствиями при

загрязнении нефтепродуктами. В последние годы частой темой для обсуждения

были пляжи, покрытые нефтью и смолистыми отложениями, гибель находящихся в

зоне прилива низкорастущих растений, планктона, птицы.

Морские птицы стали первыми жертвами загрязнения вод нефтью. Чистиковые,

утиные, чайки, трубконосые, опускаясь на нефтяные слики, сильно пачкали свое

оперение. Углеводороды обволакивали перья птиц, нарушая их гидрофобность и

сводя на нет защитную функ­цию оперения, поэтому, покрытые мазутом, птицы

переохлаждались и гибли от гипотермии. Кроме того, птицы интоксицировались

нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или при попытках очистить перья. В

результате этой интоксикации произошло серьезное нарушение эндокринной

системы, в частности функции надпочечной железы.

Авария танкера «Торри-Каньон» стала настоящей гекатомбой для колоний морских

птиц, как в Бретани, так и в Корнуолле. Заповедник на островах Ле-Сет-Иль, где

в течение 60 лет напряженного труда удалось воссоздать процветающие колонии

птиц, был полностью зара­жен. Количество тупиков (Fratercula arclica),

населявших заповедник, после катастрофы уменьшилось с 4000 до 600 особей, а

численность гагарок (Aica torda) и тонкоклювых или длинноклювых кайр

(Uria aalge) - с 700 до 100 особей. С другой стороны, северная олуша

(Sula bassana) - удивительно устойчивый вид - значительно легче пе­ренесла

катастрофу.

В настоящее время Ла-Манш, Северное и Средиземное моря, все в большей степени

загрязняемые нефтью, постепенно становятся непри­годными для обитания морских

птиц. Так, было подсчитано, что еже­годно от 20000 до 50000 особей,

представителей 50 видов (из которых 14 утиные), населяющих побережье

Нидерландов, становятся жерт­вами этого катастрофического загрязнения. В

Великобритании поги­бает до 250000 птиц в год! Это касается и популяций,

населяющих окрестности Новой Земли, где колонии тупиков, насчитывавших сотни

тысяч особей, за несколько лет сильно поредели.

В результате ряда аварий танкеров был нанесен невосполнимый урон различным

колониям морских птиц. Авария танкера «Gerd Maersk» в эстуарии Эльбы повлекла

за собой гибель от 250000 до 500000 особей турпана (Melanitta fusca).

Турпан обыкновенный

Некоторые ученые считают, что из-за загрязнения океана нефтью в Северной

Атлантике ежегодно погибает до 400000 птиц. Так, сильно поредели колонии

тупиков на островах Силли в Корнуолле, что очень показательно. Если в 1907 г

там насчитывалось до 100000 птиц, то к 1967 г. - только 100 особей.

Загрязнение океана углеводородами является основной причиной массовой гибели

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 внедрением

углеводо­родов в организм

Поражение в результате накопления углеводородов в тканях характерно для многих,

если не для всех морских организмов. Можно ожидать, что любой организм, живущий

в водной среде, должен находиться с ней в химическом равновесии. Если

содер­жание углеводородов в воде даже меньше 10^-7% они могут

пог­лощаться организмом и накапливаться в различных тканях. Такое внедрение

химических веществ, содержащих полициклические аро­матические углеводороды,

изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, так как подобные

вещества являются кан­церогенными.

Если воздействие загрязнений невелико и концентрация их ма­ла, то они могут

полностью выводиться из организма. Однако при продолжительном пребывании в

этих условиях возможно постоян­ное загрязнение организма. Показано, например,

что у ракообраз­ных и рыб выведение большинства углеводородов происходит в

течение двух недель. Однако обмен веществ у низших организмов происходит

гораздо медленнее и механизм его еще недостаточно понятен. Так, например, нет

доказательств связи между качеством пищи и увеличением количества нефтяных

углеводородов в мор­ских организмах.

Прожорливые морские рыбы, такие, как скумбрещука (Scombere-sox sann.s),

- основное звено пищевой цепи в морях умеренных ши­рот нередко проглатывают

мелкие комочки нефти. Таким образом, рыбы накапливают значительные количества

токсичных веществ, ко­торые, продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до

человека!

Эффект долгосрочных воздействий непосредственно не обнару­живается и обычно

носит кумулятивный характер. Эти эффекты могут быть вызваны периодическим

введением веществ с большим временем «жизни» или непрерывным введением

устойчивых либо неустойчивых веществ; они зависят от реакционной способ­ности

этих веществ. Протекающие при этом химические и биохи­мические процессы как

физически, так и биологически влияют на окружающую среду.

Очень часто опасные концентрации соответствуют максималь­но допустимым

уровням, не допускающим никаких отклонений в наборе веществ. Например,

сточные воды поставляют в систему питательные вещества, но не все организмы

могут извлечь из этого пользу. В связи с этим некоторые организмы получают

преиму­щество перед остальными 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. Так, взрослые организмы могут перенести

определенный уровень загрязнения, который в то же время уничтожает молодые

орга­низмы. Поэтому наличие взрослой рыбы в определенной водной системе не

означает, что вода подходит для жизни водных орга­низмов.

Как нефть, так нефтяные смолы (гудрон) содержат некоторые канцерогенные

вещества. Результаты нескольких исследований, проведенных на моллюсках в

загрязненных водах, свидетельствуют о том, что у этих животных обнаруживаются

аномально большое число новообразований, сходных с раковыми опухолями

человека. Нефть, концентрирующаяся в моллюсках, в частности двустворчатых,

может быть отнесена к числу причин, вызывающих эти новообразования.

Для точного определения уровня каких-либо загрязнений следует помнить, что

каждое соединение и вид организма выполняют определенные функции в

экологической структуре. К ним отно­сятся биологическое поглощение,

конкуренция химических и биохимических реакций, которая определяется

скоростями и механиз­мами реакций, и конкуренция за такие биологически важные

ве­щества, как кислород. При всем разнообразии основной упор нужно делать на

химическую реакцию, независимо от того, возни­кает ли при этом потребность в

кислороде просто для окисления или для протекания реакции образования

комплексов различной степени устойчивости и биологической активности.

Изменения в биологических особенно­стях среды обитания

Загрязнение нефтепродуктами влияет и на среду обитания и может привести к

невозможности выживания в субстрате. Суб­страт является средой, от которой

растение или организм получает поддержку. Имеющиеся данные показывают, что

присутст­вие углеводородов различной молекулярной массы в количестве менее (10

^-6-10^-5)% может химически изолировать субстрат от всех видов

. Влияние высококипящих нерастворимых углеводородов зависит от связи между

организмом и субстратом. Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной

поддержке - они просто опираются на субстрат - испытывают малое влияние; виды,

живущие в субстрате, другими словами активно зависящие от него, более уязвимы.

Вблизи Саутгемптона (Англия) имеются соленые марши, куда сливаются отходы

нефтеперегонного завода – 5800 литров воды каждый день с очень незначительным

загрязнением (10х10^-6 – 20х10^-6). Систематическое

загрязнение нефтью привело к гибели всей растительности маршей на площади 36 Га

вокруг завода. После гибели растительности пески начали сдуваться ветрами и

смываться дождями, так что эффективная глубина загрязнения почвы нефтью резко

возросла. Птицы и другие водные существа, которые раньше находили здесь

пропитание, теперь вынуждены были покинуть эти места. Таким образом, даже

очень малые уровни загрязняющей нефти при длительном действии могут привести к

серьезным последствиям для сообщества водных организмов.

В районах, где нефть часто попадает в воду, например на морском нефтяном

месторождении «Мейн-Пасс» в Мексиканском заливе, заметными становятся и

изменения видового состава морского сообщества. Организмы, селящиеся на

донных осадках в заливе Тимбальер (Мексиканский залив), принадлежат в

основном к двум видам, известным тем, что они обитают преимущественно в

загрязненных районах. Мексиканский залив загрязнялся нефтью на протяжении

столь длительного времени, что сейчас там невозможно отыскать еще не

загрязненное место, чтобы надежно оценить характер прежних природных

сообществ.

В Северном море, напротив, промышленное бурение с целью добычи нефти и газа

началось в 1973 году, и с тех пор там велись биологические исследования.

Последние выявили постепенное увеличение содержания нефти в донных осадках в

окрестностях буровых скважин. Кроме того, заметно снизилось число видов

водных организмов, а также общая численность организмов. С течением времени

площадь областей, в которых были отмечены эти явления, постоянно возрастает.

Водные организмы, населяющие поверхностный слой Мирового океана, обеспечивают

возврат в атмосферу значительной части свободного кислорода планеты. Огромный

объем Мирового океана свидетельствует о неисчерпаемости природных ресурсов

планеты. Кроме того, Мировой океан является коллектором речных вод суши,

ежегодно принимая около 39 тыс. кубических километров воды. Наметившееся в

отдельных районах загрязнение Мирового океана грозит нарушить естественный

процесс влагооборота в его наиболее ответственном звене - испарении с

поверхности океана.

Дата добавления: 2014-01-20