Нефтяные углеводороды в донных осадках
Распределение углеводородов, так же как органического вещества, зависит от гранулометрического состава осадков. Илистые отложения (особенно при доминировании фракции 100 мкг/г осадки считаются загрязненными. В области лавинной седиментации и местах массированного поступления нефтепродуктов содержание углеводородов резко увеличивается, как в пересчете на сухой осадок (>1000 мкг/г), так и в составе органического вещества (>5%).
В районах с постоянным поступлением загрязняющих веществ расчет содержания миграционных форм алифатических углеводородов (в процентах к общему количеству) показал, что на глубинах до 10 м подавляющая часть углеводородов (>90%) содержится в верхнем слое донных осадков. Основная часть нефтепродуктов поступает в водоемы с промышленными и сточными водами в виде эмульсий, при разрушении которых легкие фракции всплывают на поверхность и испаряются, а тяжелые опускаются на дно. Наиболее интенсивно этот процесс происходит в проточных водоемах. В последние годы во многих программах мониторинга нефтяного загрязнения предпочтение отдается анализу донных осадков, а не воде, которая в большей степени отражает сезонные поступления загрязняющих веществ.
При авариях более 1000 т на небольших глубинах нефтепродукты довольно быстро достигают дна. В осадках умеренного климата последствия нефтяных разливов могут прослеживаться более 9 мес. В арктических условиях нефть сохраняется значительно дольше. Даже через восемь лет после аварии «Exxon Valdez» в некоторых пробах осадков маркеры указывали на присутствие нефти из этого танкера [5].
Под действием химических и биохимических процессов происходит деградация углеводородов (особенно интенсивно в летнее время), приводящая к увеличению смолистых компонентов. Даже в районах с постоянным поступлением нефтепродуктов углеводороды в донных осадках имели нефтяной состав лишь в зимне-весенний период. В августе 2006 года, по нашим данным, в устье Волги при концентрациях алифатических углеводородов 4557 мкг/г (62,65% от Cорг) маркеры указывали на доминирование биогенных соединений. Таким образом, состав углеводородов донных осадков не соответствует составу разлитой нефти, а отражает процессы сорбции и биотрансформации при седиментации.
Дисперсия концентраций полиаренов в донных осадках в районах с постоянным поступлением загрязняющих веществ настолько велика, что средняя величина сопоставима со стандартным отклонением. Распределение полиаренов, так же как и алифатических углеводородов, в таких акваториях не зависело от гранулометрического типа осадков, и в грубодисперсных отложениях их концентрации зачастую были выше, чем в илистых. Осадки относятся к слабо загрязненным при содержании суммы кольчатых полиаренов <100 нг/г. В районах с постоянным поступлением загрязняющих веществ их концентрации в донных осадках обычно превышают 1000 нг/г. При величинах более 4000 нг/г осадки становятся токсичными. Перераспределение индивидуальных полиаренов в толще воды способствует аккумуляции в осадках высокомолекулярных, наиболее токсичных углеводородов, таких как бенз[а]пирен. Основная его часть благодаря малой растворимости сорбируется взвешенными частицами, которые и переносят его в донные осадки. Использование молекулярных маркеров позволило установить, что в отдельных районах с постоянными поступлениями загрязняющих веществ основные источники полиаренов — продукты, образующиеся при сжигании топлива, и нефтяные продукты, поступающие при аварийных разливах и промывке танкеров. Отсутствие связи между содержанием в осадках алифатических углеводородов и полиаренов свидетельствует о различных источниках, формирующих уровни этих углеводородных классов.
* * *
Суммируя приведенные данные, можно заключить, что многообразие источников нефтепродуктов не всегда позволяет однозначно трактовать генезис углеводородов, обнаруженных в различных морских объектах. Нефтяные углеводороды, попадающие в океан антропогенным путем, трансформируясь, становятся близкими по составу природным углеводородам, которые постоянно существуют в океане и образуются при естественных биогеохимических процессах. Однако биогенные углеводороды медленно синтезируются на огромных площадях, и скорость их образования соответствует скорости утилизации. Из-за сбалансированности этого процесса такие углеводороды не только не оказывают вредного воздействия на морскую среду, а наоборот, поддерживают ее стабильность.
Антропогенные углеводороды поступают в короткий период времени в определенные районы, что неизбежно приводит к негативным экологическим последствиям. Особенно опасны нефтяные разливы в арктических морях и при наличии снежно-ледяного покрова.
Используя данные по содержанию алифатических углеводородов в различных миграционных формах, мы попытались оценить величины их потоков и массу в океане. Балансовые расчеты проводились на основе среднего содержания алифатических углеводородов в различных морских объектах и в составе органического вещества с учетом массы органического углерода в океане [10]. При ежегодном поступлении нефтяных алифатических углеводородов с суши (прибрежная продукция, реки, атмосфера и др.) — 1,4·1012 г — и от морских источников — 0,6·1012 г — их поток составляет соответственно 33 и 4,2%. Если в целом для океана в общем балансе нефтяные углеводороды пока не играют существенной роли, то в прибрежно-эстуарных зонах их поток соизмерим с речным стоком. Основная масса антропогенных углеводородов концентрируется в донных осадках в области маргинальных фильтров и не попадает в открытые морские воды.
Литература:
Oil in the sea III: Inputs, fates and effects. Report 2002 by the National Research Council (NRS). Washington, 2002.
ITOPF (International Tanker Owners Pollution Federation Limited) 2007/2008. Handbook 2007/2008.
Немировская И.А. Углеводороды в океане: снег— лед— вода— взвесь— донные осадки. М., 2004.
Owens E.D., Mayseth Martin С.А., Lamarchr A., Brown J. // Mar. Pollut. Bull. 2002. V. 44. P. 770–780.
Page D.S., Boehm P.D., Douglas G.S. et al. // Mar. Pollut. Bull. 1999. V. 38. №4. P. 247–260.
Немировская И.А. Углеводороды снежно-ледяного покрова высокоширотных акваторий // Природа. 2003. №2. С. 62–71.
Лисицын А.П. // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. №1. С. 15–48.
Dai M., Martin J.M., Cauved G. // Mar. Chem. 1995. V. 51. P. 159–175.
Ferandes M.B., Sicre M.A. // Organic Geochemistry. 2000. V. 31. P. 363–374.
Романкевич Е.А., Ветров A.A. // Геохимия. 1997. №9. C. 945–952.
Автор: И. А. Немировская
