В поверхностных водах существуют зоны мелко- и крупномасштабных флуктуации, превышающие фоновые значения более чем в пять-шесть раз. Это наблюдается во многих морских акваториях, включая как открытые океанские воды (Саргассово море) и окраинные моря (Норвежское море), так и внутренние моря (Балтийское, Черное).
На разрезе Северное море - северная часть Баренцева моря на соседних станциях содержание углеводородов изменялось почти в три раза. Максимальная концентрация - 92 мкг/л - установлена не в районе нефтяных вышек (32 мкг/л), а в области скопления рыболовных судов в восточной части Норвежского моря, в акватории Скандинавского побережья (о. Вестеролен) на апвеллинге континентального склона (область поднятия глубинных вод). Среднее же содержание по всему разрезу - 24 мкг/л. В этом районе определена максимальная концентрация растворенного органического углерода - 3-27 мкгС/л, при средней - 2,28 мкгС/л.
Пограничные зоны. Еще В.И. Вернадский считал, что большая часть биогеохимической активности океана сосредоточена в пограничных зонах: между океаном и сушей, океаном и атмосферой, водой и дном;, а за их пределами основная масса вод океана (около 2/3 его объема) в биогеохимическом отношении инертна. Значительные изменения свойств углеводородов происходят именно в пограничных зонах [3].
Содержание углеводородов в поверхностном микрослое (пограничной зоне вода- атмосфера, толщиной 200-300 мкм) значительно превышает их концентрации в поверхностных водах. Это обусловлено как структурными особенностями молекул воды, так и малой растворимостью гидрофобных углеводородов. Фактор обогащения углеводородами поверхностного микрослоя в отдельных случаях может достигать 20-30, а обычное его значение в морской воде не превышает 10-15. Содержание углеводородов в поверхностном микрослое зависит от перемешивания воды. При силе ветра более 3-х баллов оно резко падает. Поверхностный микрослой образуется как в прибрежных, так и в открытых океанских водах. По маршруту Средиземное море (Марсель) - Красное море - Аденский залив - Индийский океан (о. Реюньон) при скорости ветра, не превышающей 5 м/с, он покрывал от 20 до 80% морской поверхности.
Но и релаксационные процессы проходят в этом слое быстрее, чем в поверхностных водах. Скорость разложения органических соединений здесь выше, чем в поверхностных водах. Свободный доступ кислорода, постоянный приток биогенных элементов, взвешенных и растворенных веществ, большая численность и разнообразие бактерий создают экологический фон, наиболее благоприятный для окисления органических соединений. Антропогенные углеводороды, попадающие в морскую воду, разрушаются микроорганизмами с максимальной скоростью именно в поверхностном микрослое. Здесь же наиболее интенсивно происходит и их испарение.
Другой геохимический барьер, где происходит резкое изменение концентрации и состава углеводородов, - область смешения речных вод с морскими. А.П. Лисицын показал, что эта область (маргинальный фильтр) состоит из трех основных частей: гравитационной, физико-химической и биологической [7]. В гравитационной зоне из-за подпруживания речных вод морскими происходит осаждение песчано-алевритовых фракций. Она характеризуется высокой мутностью вод и затрудненным фотосинтезом. В физико-химической зоне происходит захват коллоидов и растворенных соединений (флоккуляция и коагуляция). После осаждения различных соединений вода просветляется, развивается фитопланктон и возникает следующая - биологическая зона (ассимиляция и трансформация растворенных веществ).
По нашим данным, в области маргинального фильтра может осаждаться более 80% алифатических углеводородов (табл. 3). Наиболее подробно мы изучали содержание и состав углеводородов в барьерной зоне Северная Двина - Белое море. Характерная черта рек Арктики - повышенное содержание растворенных форм органических соединений и железа. Коричневые и бурые воды северных рек протекают по почвам тундры, богатых гумусом [7]. Северная Двина - не исключение. Она пересекает таежно-лесную, лесотундровую и тундровую зоны с подзолистыми и болотными почвами. Ее воды в устьевой области характеризуются высоким содержанием растворенного органического углерода, в среднем до 20 мг/л. «Потери» углеводородов в области маргинального фильтра минимальны (исключением был 2007 год, когда пробы отбирались во время прилива).
Состав углеводородов в самой реке характеризовался повышенным содержанием нефтяных соединений и пирогенных полиаренов. Прибрежные районы Белого моря, особенно район Двинского залива и порт Архангельск, становятся местом перегрузки, переработки, транспортировки газоконденсата, нефти и нефтепродуктов. Грузооборот нефтеналивного флота вырос с 94 600 т в 1998 году до 3 136 111 т в 2006 году. В гравитационной части маргинального фильтра происходит выпадение самых крупных частиц речной взвеси (песчаных и алевритовых), а вместе с ними высокомолекулярных терригенных углеводородов, нефтяных соединений и высокомолекулярных полиаренов.
При смешении речных вод с морскими водами под воздействием электролита (морской воды) происходит переход растворенных форм во взвешенные (сорбция-десорбция, соосаждение и др.). Тонкая часть во взвеси рек обычно преобладает над всеми остальными фракциями, и в этой части фильтра углеводороды преимущественно содержатся во взвешенной форме. Образование огромного количества сорбентов приводит к накоплению в осадках терригенного вещества. Здесь обычно работают машины, очищающие фарватер от ила. После коллоидно-сорбционной стадии с многочисленными химическими и физико-химическими превращениями мутность воды снижается. Возникают световые условия для развития фитопланктона. Вновь увеличивается содержание углеводородов во взвешенной форме, однако по составу это уже биогенные углеводороды.
Мы наблюдали изменение содержания и состава полиаренов в области маргинального фильтра в устье Эльбы. Уменьшение концентраций там произошло за счет высокомолекулярных пирогенных соединений, образующихся при сгорании топлива.
Автор: И. А. Немировская
