Загрязнение нефтью: влияние на экосистемы и методы борьбы

Одной из причин нарушения кислородного баланса в атмосфере и изменения климата земного шара называют загрязнение окружающей среды черным золотом и продуктами его переработки. Образование пленки на воде ухудшает тепло-, газо-, влагообмен. Это влечет тяжелые последствия, иногда необратимые.

Происхождение отходов

Черное золото засоряет экосистемы по антропогенным причинам и в результате природных выбросов. В естественных условиях нефть выходит из трещин и разломов океанического дна, а также поступает в моря с разрушенными горными породами. Природные факторы называют миграционными потоками.

Процессы выбросов характерны для регионов, где распространены нефтегазовые бассейны. Такие участки занимают около 15% от общей площади Мирового океана. 10–15 тонн ежедневно поступает в калифорнийский пролив Санта-Барбара. Толчком к образованию миграционных потоков может послужить вулканическая активность в местах, где кровь земли протекает в непосредственной близости от ее поверхности.

Основные причины нефтяного загрязнения по вине человека условно разделяют в следующем соотношении:

• штатная транспортировка — 30%;
• аварии при перевозках судами — 4,9%;
• отходы при очистке сырца — 3,3%;
• выбросы техникой в атмосферу — 9,8%;
• выполнение операций при добыче — 0,3%;
• промышленные и городские отходы — 9,8%;
• аварии на нефтедобывающем заводе — 2%.

Итого — 60,1%. По последним сведениям, в год от 200 тысяч до 2 миллионов тонн нефтяных отходов попадает в океан с течением рек. Это чуть меньше половины общего потока. Но незаинтересованность добытчиков нефти в истинной статистике мешает выяснить источники засорений. Поэтому невозможно однозначно утверждать, что на оставшиеся 40%, нефтяное загрязнение акватории возникает по вине человека или воле природы.

Учитывая факты нарушения экологического законодательства со стороны производителей, предполагается, что 10% загрязнений в реках приходится на долю естественного поступления. Остальные 30% — антропогенный фактор. Из списка также видно, что последствия загрязнений нефтью с судов и трубопроводов приходится ликвидировать реже, чем проблемы из-за несовершенства методов добычи и транспортировки.

Механизмы образования пленки на воде

Основное загрязнение нефтью и продуктами ее переработки всех экосистем происходит при попадании этих веществ в Мировой океан. 1 тонна разлитого сырца или нефтепродукта способна засорить 12 км2 площади.

На поверхности воды образуется пленка. Она препятствует проникновению кислорода в толщу. Морским обитателям не хватает воздуха. При концентрации нефтепродуктов 17 г/моль и толщине слоя 4,1 мм, в течение 25 дней сокращается поступление кислорода в воду на 40%.

Черное золото — многокомпонентное вещество. Экологические последствия нефтяного загрязнения зависят от размеров фракций, их характера, а также степени уязвимости организмов к влиянию токсинов.

Под действием воды, ультрафиолетовых лучей, ветра, температуры, времени, состав меняется. Загрязняющий слой плывет по воде, разносится ветром и течением. С ним последовательно происходят процессы:

1. Окисление — происходит под действием солнечного света. Влияние нефти на гидросферу определяется толщиной слоя. Чем он тоньше, тем быстрее окисляется, становится менее вреден. В результате контакта с водными микроорганизмами нефтепродукты расщепляются на углеводороды и другие соединения. Но микробы воздействуют только при определенных условиях, они не в силах разложить тяжелые фракции. В среднем разлагается от 40 до 80% нефти. Активность организмов определяется химическим составом пленки, температурой воды, содержанием в ней кислорода, водорода, питательных веществ.
2. Испарение. Если составляющие нефти или продукта ее переработки обладают малой молекулярной массой, то они улетучиваются на 75%, большой — на 10%. Осуществляется выброс окислителей и других вредных веществ в воздух. Наиболее опасен 3,4-бензапирен, который служит источником канцерогенов и вызывает мутации. Воздействие нефтяного загрязнения на экосистемы продолжится, когда вместе с осадками испарившиеся фракции попадут в почву.
3. Устремление ко дну. Фитопланктон и взвешенные в воде частицы увлекают тяжелые фракции за собой в глубину, где откладываются на неопределенный срок. Залежи могут быть выброшены на поверхность и снова образовать пленку.
4. Уплотнение. После испарения легких частиц пятно сжимается, образуя еще более густую пленку. Эта масса не распадается длительное время. Нарушается фотосинтез, затрудняется поступление кислорода. Течением пятно может отбросить к берегу, что негативно скажется на флоре и фауне прибрежной зоны.

Нефть и продукты ее переработки разлагаются за сутки. Пленку образуют уже совсем другие, не менее опасные соединения. Разложение происходит неравномерно по зонам водоемов, большое значение имеют также времена года. При холодном климате процесс займет годы, теплом — минимум 4 месяца.

С течением и ветром нефтяное пятно на поверхности водоема достигает берегов. Отсюда оно проникает в почву, разносится грунтовыми водами, штормами может быть обратно выкинуто в океан. Вариантов много, часто все эти процессы сочетаются. Через почву черное золото попадает в пресные водоемы, которые используются в качестве питьевых источников. 1 г нефти портит 100 л воды, а характерный привкус появляется уже при содержании 0,5 мл/литр.

Классификация

Загрязнение нефтью Мирового океана и любых других водоемов различают по степени воздействия:

1. Слабое — отсутствие пленки, обменные процессы протекают без изменений. Рыбы сохраняют инстинкт размножения, но при их поедании обнаруживается привкус нефтепродуктов. Фиксируется незначительное влияние токсинов на планктон.
2. Среднее — не сказывается на газообмене, окисляемости и минерализации или мало отличается от нормы. Вода и рыба имеют характерный привкус и запах. Наблюдаются случаи аномального развития и летального исхода личинок рыб. Пятна образуются на отдельных участках.
3. Сильное нефтяное загрязнение — миграция рыб, гибель случайно заплывших особей и икры, отсутствие бентоса и планктона в результате нарушения обменных процессов и нехватки кислорода. Пленка уверенно образуется на отдельных участках поверхности.
4. Очень сильное — загрязняющий слой представляет собой сплошное пятно на поверхности. В зараженной области отсутствуют бентос, рыбы и планктон. На дне наблюдаются отложения тяжелых фракций. Полностью изменен ход обменных процессов. Флора и прибрежная зона покрыты мазутом и нефтью. Разливы нефти при транспортировке — наиболее частая причина таких загрязнений.

Настоящие экологические бедствия согласно этой классификации наступают в 2 последних случаях. Но также видно, что изменения у рыб происходят и при слабом засорении. А ведь они служат источником питания для многих млекопитающих.

Пути влияния на экосистемы и их обитателей

Последствия нефтяного загрязнения сказываются на экологической и социально-экономической обстановке в регионе. Это выражается в ухудшении качества ресурсов, изменении видового состава засоренных областей, появлении тяжелых заболеваний у всех видов флоры и фауны.

Водоемы

Процесс загрязнения описан в разделе «Механизмы образования пленки». Вместе со взвешенными частицами и фитопланктоном тяжелые соединения оказываются в толще воды. По пути ко дну неопределенный процент поглощается двустворчатыми моллюсками, зоопланктоном.

Отдельные виды глубинных обитателей способны выполнять функции хранилища токсичных отходов. Для других — пища губительна или вызывает болезни и мутации. Воздействие на беспозвоночных из-за их малой подвижности продолжается десятилетиями.

Влияние нефтяного загрязнения на рыбу сказывается на всех ее видах в разной мере. Наиболее негативному воздействию подвержены икра, молодые особи. Исследования рыб, умерших от черного золота, показали видоизменения печени, нарушение сердечных сокращений. Нефть лишает их плавательной функции за счет разрушения плавников. Распространение заражающих веществ усугубляется посредством пищевой цепи.

Фауна

Влияние нефти на животных изучено недостаточно. Жировой слой китообразных, сивучей и тюленей, окутанный пленкой, вызывает расход тепла. Мех полярных медведей, выдр, новорожденных морских котиков и других пушистых обитателей скомкивается. Из-за этого утрачивается способность сохранять тепло и влагу, что приводит к смерти.

Нефть способна проникать через кожу некоторых животных, вызывая отравление. Отдельные виды переваривают отходы, употребляемые с пищей, водой и воздухом. Полярные медведи наименее защищены от масштабных загрязнений.

Воздействие на птиц происходит в следующих направлениях:

1. Сочетание холодной воды и толстой пленки вызывает спутывание перьев. Птица приземляется на загрязняющий слой, но выбраться из него уже не в состоянии. В результате она просто тонет. Разлив нефти в море приводит к массовой гибели.
2. Вдыхание ядовитых паров, чистка перьев, потребление воды и еды в зоне заражения делает летунов уязвимыми к заболеваниям, нападениям хищников. Возможен летальный исход при интоксикации, мутации.
3. Смерть птенцов в период инкубации — наступает в результате загрязнения яиц перьями родителей.

У всех обитателей зоны поражения наблюдаются раздражение глаз. Загрязнение воды нефтью в разных уголках мира неоднократно губило популяции ондатр, выдр, сумчатых крыс. Через месяц после взрыва платформы в Мексиканском заливе на берегу штата Луизианы, наряду с другими мертвыми животными, были обнаружены 189 морских черепах.

Лабораторные опыты на земноводных и крысах показывают однозначно негативное влияние на всех представителей фауны. На поздних стадиях созревания яиц зародыши умирали, на ранних — показывали аномальное поведение.

Грунт

Загрязнение нефтью почвы образуется, когда пятно достигает берега или при выбросе продуктов непосредственно на землю. Риск заражения увеличивается в зонах добычи и переработки. Здесь загрязнение экосистемы вызвано нарушением технологических процессов, целостности и герметичности оборудования.
Также процедура вывоза отходов сложная, а хранилища переполнены. Поэтому предприятия просто сливают их в окружающую среду. Усиливаются социально-экономические последствия загрязнения нефтью, так как под угрозой находятся лесные угодья и сельскохозяйственные культуры.

При попадании на землю, нефтепродукты не успевают обрабатываться ультрафиолетом, утекают в почву. Глубина залегания отходов составляет от 12 см до 1 метра. Величина зависит от молекулярной массы частиц.

Битумные фракции из-за своей тяжести опускаются на минимальное расстояние от поверхности. Они отделяются почвенными частицами и склеивают их. Образуется твердая корка, с которой природа редко справляется самостоятельно.

Особенно опасно проникновение самой нефти. Легкие компоненты опускаются в глубь, а тяжелые мешают их испарению, образуя мертвую зону недалеко от поверхности. Сначала погибает микрофлора, затем — растения. При небольшой толщине корки за год образуется перегной. Тогда слой постепенно разрушается.

Другой фактор влияния отходов — токсичность отдельных компонентов. Успех борьбы за выживание зависит от умения видов приспосабливаться к новой среде.

Естественная защита окружающей среды от нефти осуществляется бактериями, которые способствуют окислению вредоносных продуктов. Состояние почвы в этом случае будет зависеть от распространенности таких микробов. Действие отходов на флору продолжается от нескольких недель до 5 лет.

Человечество

Выбросы нефти в экосистемы истощают природные ресурсы, ухудшают их качество. Снижается видовое разнообразие, изменяется состав ареалов обитания. Как следствие, снижается уровень жизни людей в близлежащих населенных пунктах от места скопления отходов.

С точки зрения экономики, последствия разливов нефти включают денежные затраты на фактический и возможный ущерб. Для финансовой оценки применяют показатели:

• выделение средств на уменьшение загрязнений, снижение содержания канцерогенов;
• издержки, направленные на восстановление объектов;
• компенсации на лечение людей;
• рыночная цена;
• дополнительные расходы, связанные с изменением качества ресурсов.

Вред нефти для человека носит комплексный характер. В организм она поступает с водой, воздухом, отравленной пищей. Симптоматика не специфична:

• головные боли, головокружения;
• быстрая утомляемость;
• желудочные спазмы;
• нарушение сердечных ритмов;
• рассеянность;
• нарушение органов восприятия: слуха, зрения, обоняния.

При своевременной постановке диагноза, и в случае отравления высокосернистым продуктом, возможно излечение от интоксикации. При тяжелых формах, больной не поддается полному восстановлению.

Изменяется состав крови, увеличивается объем гормонов щитовидной железы, страдает нервная система. Такие симптомы свойственны работникам нефтедобычи и переработки, а также в областях, где ближе всего расположены источники нефтяного загрязнения.

Методы борьбы

Профилактику утечки черного золота осложняет несовершенство технологии добычи и переработки. В России и ряде стран остро стоит проблема своевременной замены оборудования. Не во всех государствах есть единое законодательство, четко устанавливающее сроки эксплуатации трубопроводов, судов.

Способы преодоления последствий в воде одинаковы при авариях, работе в штатном режиме и в результате миграционных процессов:

1. Механические — предполагают черпание загрязняющего слоя любыми средствами от лопат до машин. В Азербайджане используют безнапорный гидроциклон, который отделяет углеводороды и откачивает сырец с помощью патрубка. Французы собирают продукт на специальном судне. В РФ для аварийных случаев разработана вихревая воронка производительностью 30 м3/час. Суть методов состоит в отделении нефти от остальных фракций и ее сбор.
2. Физические — нефтяные линзы (центр заражения) в почве отыскивают, очерчивают его контуры и взрывают. Детонатор подбирают такой мощности, чтобы создать оболочку, недоступную для нефти и воды.
3. Физико-химические — адсорбентами выступают компоненты различной природы. Солома отделяет нефть в объеме, который в 30 раз больше ее собственного. Также используются резиновая крошка, пенополиуретан, торф, пемза, угольная пыль, мох, опилки. Далее сырец локализуют путем пропускания через валики и осаждают.
4. Микробиологические — рассеивание бактерий, питающихся нефтью над очагом поражения. Для развития микроорганизмов создается благоприятная среда, добавляются фосфаты и нитраты.
5. Химические — применяют растворители и кислоты на основе натрия, кремния, железа.

Для профилактики загрязнения нефтепродуктами необходимо следить за состоянием транспорта, оборудования, соблюдать нормы экологического законодательства. Но эти меры остаются на совести обработчиков черного золота.

Выбросы черного золота относятся к типу загрязнения химического характера и вызывают соответствующие процессы в атмосфере. Но заканчивается все сменой видового состава в пораженной области, ухудшением качества ресурсов и выделением расходов на их восстановление. Утечка нефти происходит не только из-за аварий, поэтому человек в силах повлиять на ситуацию.