Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

§ 1. Роль пленок нефтепродуктов в загрязнении воды

Основным загрязнителем водных бассейнов являются про­дукты нефти, которые, будучи легче воды, образуют на ее поверх­ности пленки различной интенсивности. Альбедо этих пленок обычно колеблется в пределах 8—15%, что в 1,5—2 раза превы­шает альбедо чистой воды. Благодаря этому, пятна нефтепродук­тов при наблюдении их в перспективе выделяются на поверхно­сти воды более светлым тоном и четко видны с самолета.

Нефтяные загрязнения быстро распространяются на обширные водные акватории. Установлено, что 1 г нефтепродуктов обра­зует на поверхности воды пятно, диаметр которого может дости­гать, в зависимости от вида нефтепродуктов, от 1 до 2 м. Интен­сивному распространению их способствует то, что продукты нефти и вода имеют малые коэффициенты трения, благодаря чему пятна нефтепродуктов особенно легко и быстро распространяются по водной поверхности, образуя тонкие пленки. Последние, находясь между двумя весьма подвижными средами вода—воздух, сами приобретают большую динамичность, дрейфуя по поверхности во­доема под воздействием ветра и течения. Скорость ветрового дрейфа пятен пленок нефтепродуктов составляет 2,1—5,3% скорости ветра, изменяясь в зависимости от интенсивности пленок и состава нефтепродуктов.

Динамичность пограничных сред вода—воздух изменяется во времени и пространстве, что вызывает нарушение монолитности пленки. Именно поэтому поверхность воды обычно покрыта плен­кой нефтепродуктов не сплошь, а в виде отдельных пятен. Си­стема распределения этих пятен по поверхности воды формируется в основном под влиянием ветра — главного фактора, опре­деляющего размеры и форму пятен нефтепродуктов и их густоту (сплоченность).

Маслянистая нефтяная пленка обладает свойствами адсорбции. Обволакивая находящиеся в воде пузырьки воздуха и взвешен­ные твердые частицы (попавшие из воздуха или захваченные турбулентными или волновыми потоками со дна), нефтяные за­грязнения вместе с ними попадают в толщу вод, образуя водные растворы. Частично они оседают на грунт. Часть нефтепродуктов, содержащихся в пленке, испаряется (особенно быстро легкие их фракции) и разносится воздушными потоками. Этот процесс про­исходит более интенсивно при высокой температуре воды и ветре.

Чтобы установить роль пятен нефтепродуктов в химическом за­грязнении открытых и удаленных от места сброса водных райо­нов, были проведены специальные исследования. Самолет, выпол­нявший авиасъемки загрязненности, наводил экспедиционное судно на пятна нефтепродуктов различной интенсивности. На подходах к пятну, во время пересечения самого пятна и после выхода из него с судна отбирались пробы воды на химический анализ с поверхностного горизонта (с глубины 0—40 см).

Как видно на рис. 1, на участке моря, свободном от нефтяной пленки, загрязненность нефтепродуктами поверхностного слоя вод в районе полевых работ составляла 0,2 мг/л. Непосредственно под пятном нефтепродуктов большой интенсивности содержание их резко увеличивалось. Наибольшее их количество наблюдалось примерно под центральной частью пятна и достигало 3 мг/л, а в других случаях (в более интенсивных пятнах) даже 4—5 мг/л. Характерно, что этот максимум приходился на те точки гидрохи­мического разреза, которые «дольше других» находились под пят­ном (при расчете продолжительности времени нахождения этих точек под пятном учитывались течения и возможный дрейф неф­тяной пленки под влиянием ветра). Температура и содержание кислорода в воде, наоборот, в зоне нефтяной пленки быстра уменьшались.

Изменение поверхностной температуры воды, содержания кислорода и нефтепродуктов

Изменение поверхностной температуры воды, содержания кислорода и нефтепродуктов

На участке водной поверхности, освободившейся от пленки нефтепродуктов вследствие ее ветрового дрейфа, содержание нефтепродуктов уменьшилось до 0,7 мг/л, в то время как перед фронтальной частью пятна оно составляло 0,2 мг/л. Таким обра­зом, после прохождения пятна содержание нефтепродуктов в по­верхностном слое воды несколько увеличивается. Величина этого остаточного загрязнения зависит при прочих равных условиях от интенсивности пленки нефтепродуктов и продолжительности со­хранения ее в данном месте.

Выполненные исследования позволяют считать, что пятна неф­тепродуктов являются источниками загрязнений водных масс и распространителями их (наряду с течениями) по площади вод­ных бассейнов.

§ 2. Влияние пятен нефтепродуктов на гидрохимический состав поверхностных вод

Каждое пятно нефтепродуктов на водной поверхности является, как было показано выше, источником и переносчиком загрязне­ния. Поэтому содержание нефтепродуктов (равно как и ряда других гидрохимических показателей загрязнения) в поверхност­ном слое водного района должно изменяться в зависимости от интенсивности нефтяных пятен, их густоты (сплоченности) и про­должительности сохранения в данном месте.

Если рассматривать какой-либо узколокальный район, то сте­пень загрязненности поверхностного слоя воды в его отдельных участках будет зависеть от того, где была взята проба: на участке чистой воды между пятнами нефтепродуктов или под пят­ном и даже в какой точке пятна. Именно этим в значительной степени объясняется часто наблюдающиеся резкие колебания содержания нефтепродуктов в поверхностных пробах воды, взятых в относительно близко расположенных точках или через сравнительно короткие промежутки времени в одной и той же точке. В последнем случае изменчивость обусловливается дрей­фом пятен.

При такой изменчивости содержания нефтепродуктов во вре­мени и по площади оценить степень загрязнения поверхностного слоя вод района можно только посредством средних величин, рассчитанных по данным наблюдений в ряде точек района, распо­ложенных более или менее равномерно по его площади. Только оперируя со средними величинами, можно выявить закономерно­сти хода процессов загрязнения поверхностного слоя вод в том или ином интересующем нас районе.

Иллюстрируют сказанное рис. 2 и 3, на которых приводятся фактические величины неоднократных измерений содержания нефтепродуктов, кислорода, окисляемости и БПК5 в поверхностном слое вод на гидрохимическом разрезе в море. На рис. 2 изме­нения эпизодически измеренных величин гидрохимических элемен­тов во времени и пространстве представляются почти хаотиче­скими. Эта бессистемность исчезает, если наблюдения на каждой станции осреднить за весь период наблюдений (рис. 3). Сразу выявляется определенная закономерность хода этих характери­стик по площади водоема и их логически оправданная взаимо­связь: кривые, характеризующие содержание растворенного в воде кислорода, РН и БПК имеют обратный ход с кривой, отражаю­щей содержание нефтепродуктов.

Изменение во времени и пространстве содержания кислорода, нефтепродуктов, окисляемости и БПК5

Изменение во времени и пространстве содержания кислорода, нефтепродуктов, окисляемости и БПК5

Таким образом, осреднение результатов наблюдений позво­ляет как бы устранить «пятнистость поверхностных загрязнений» по площади и во времени и исключить нерепрезентативность разовых гидрохимических и гидрологических определений, появляю­щуюся вследствие своеобразия механизма загрязнения поверх­ностного слоя вод нефтепродуктами. При этом, как и при любом осреднении, уменьшаются в некоторой степени также погрешно­сти метода гидрохимического анализа.

Осредненный ход гидрохимических элементов в поверхностном слое вод

Осредненный ход гидрохимических элементов в поверхностном слое вод

При визуальной оценке поверхностных загрязнений с само­лета определяется некоторая средняя величина загрязнения того или иного участка водной поверхности. Принцип осреднения по площади в этом случае как бы включается в саму сущность ме­тода визуального определения. Благодаря этому степень сопоста­вимости материалов авиационных наблюдений оказывается срав­нительно высокой.

С усилением ветра и развитием волнения усиливается размыв пленки и поступление в водную толщу нефтепродуктов. При вол­нении происходит массовое образование пузырьков воздуха, ко­торые, обволакиваясь поверхностной нефтяной пленкой, попадают в толщу вод. Количество пленки нефтепродуктов на поверхности при этом начинает уменьшаться (рис. 4). Таким образом, наблю­дается обратная связь между скоростью ветра и количеством пленки нефтепродуктов на поверхности воды. Загрязненность по­верхностного слоя воды (0—40 см), по данным химических ана­лизов, обычно при этом тоже несколько уменьшается, поскольку при волнении увеличивается толщина слоя перемешивания вод.

Ход средней скорости ветра и содержания нефтепродуктов в поверхностном слое воды

Ход средней скорости ветра и содержания нефтепродуктов в поверхностном слое воды

С прекращением волнения пузырьки воздуха вместе с обво­лакивающей их пленкой нефтепродуктов быстро всплывают и лопаются, и первоначальная картина пленочного загрязнения по­верхности воды восстанавливается. При этом наблюдается некоторое ослабление интенсивности пленки нефтепродуктов, по­скольку часть ее под действием ветра и волнения испаряется и уносится в атмосферу и какая-то доля ее растворяется в толще вод.

Вследствие дрейфа пленки нефтепродуктов происходит ее на­копление у подветренных берегов, где она волнами частично вы­брасывается на берег, загрязняя пляжи, прибрежные камни и донные грунты (до глубин, охватываемых волновыми процессами). Это также является одной из причин некоторого уменьше­ния количества пленки нефтепродуктов на поверхности воды после прохождения шторма.

§ 3. Влияние пленок нефтепродуктов на гидрологический и гидрохимический режимы глубинных вод

Поскольку альбедо пленок нефтепродуктов значительно выше, чем альбедо чистой воды, прогревание загрязненной водной по­верхности происходит неравномерно: более интенсивно прогре­ваются участки чистой воды и менее интенсивно — участки, за­тянутые нефтяной пленкой. В холодный период года наблюдается обратная картина: под пятнами пленки нефтепродуктов вода выхолаживается медленнее, чем на участках чистой или менее за­грязненной водной поверхности. При стоянии штилевой или ма­ловетреной погоды это различие в термическом состоянии по­верхностного слоя вод четко вырисовывается на картах авиасъемок загрязненности и температуры воды, выполненных одновременно. В таких случаях изотермы как бы оконтуривают зоны с различной густотой и интенсивностью пятен нефтепродук­тов. Нередко изотермы при этом несколько сдвинуты относи­тельно границ соответствующих зон загрязнения. Сдвиг этот вы­зывается воздействием ветра, так как скорость дрейфа пятен неф­тепродуктов, согласно данным экспериментальных наблюдений на реках, примерно в два раза больше скорости дрейфа поверхност­ного слоя чистой воды.

Различная степень прогревания поверхностного слоя воды, покрытой пятнами нефтепродуктов различной густоты и интен­сивности, сопровождается изменением плотности вод — этого глав­ного фактора, вызывающего перемещение водных масс морей и озер по глубине. Кроме того, изменение плотности вод происхо­дит также за счет поступления в водную массу некоторого коли­чества нефтепродуктов в растворенном виде.

В летний период вследствие несколько большей плотности по­верхностных вод, находящихся под пленкой нефтепродуктов, вод­ные массы погружаются, образуя на глубине слои загрязненных вод. Погружение их идет до тех пор, пока плотность вод в этих загрязненных слоях не будет уравновешена плотностью более глубоких слоев воды. В ряде мелководных районов морей и озер загрязненные слои воды опускаются до дна, образуя придонные воды, содержащие значительное количество нефтепродуктов. Особенно характерно образование таких глубинных загрязнен­ных слоев в период осеннего выхолаживания вод, когда усили­вается вертикальная конвекция.

Ветер и вызванное им волнение и течение оказывают сущест­венное влияние на перемещение этих слоев. Чтобы проследить это влияние, экспедиционным судном были выполнены две съемки гидрохимического разреза, включающего в себя три глубоковод­ные морские станции. Первая съемка проводилась в период дей­ствия северо-восточного ветра силой 6 баллов, вторая — в период маловетрия. На верхнем графике рис. 5, где приводятся резуль­таты наблюдений, выполненных в штормовую погоду, четко видны две струи мощного загрязнения: на глубине 10—25 и 0—20 м. Максимальная величина загрязнения составляла в обоих струях 1,8—1,9 мг/л.

Изменение загрязненности вод нефтепродуктами во время и после прохождения шторма

Изменение загрязненности вод нефтепродуктами во время и после прохождения шторма

Во время второй съемки, выполненной после шторма, обе струи загрязнений несколько ослабли. В глубинных горизонтах сформировался слой загрязненных вод с максимальной величиной содержания нефтепродуктов 1,1 мг/л.

Среднее по глубине содержание нефтепродуктов (мг/л) на станциях было:

Sh_001

Отсюда видно, что после шторма среднее количество нефте­продуктов в водной толще резко уменьшилось, хотя загрязненность поверхностных слоев (если не считать ст. 3, где произошло отклонение в пространстве струи загрязнений) существенно не изменилось.

Итак, поверхностные пленки нефтепродуктов, нарушая режим прогревания и выхолаживания поверхностью вод, изменяют и их плотность, способствуя тем самым перемещению вод по глубине, в результате которого поверхностные загрязненные воды могут опускаться в глубинные слои.

Этот процесс существенно усиливается в период осеннего выхо­лаживания вод.

Таким образом, появился новый техногенный фактор, участ­вующий в формировании гидрологических и гидрохимических про­цессов, происходящих в океанах, морях, озерах и водохранили­щах. Без учета этого фактора в настоящее время нельзя пра­вильно представить ход гидрологических и гидрохимических процессов, происходящих в водных массах. Именно поэтому при любых гидрологических и гидрохимических работах необходимо отбирать пробы воды по всей глубине для определения содержа­ния основных элементов, характеризующих прямым или косвен­ным образом степень загрязнения водных масс.

§ 4. Загрязнение грунтов

Тяжелые фракции нефтепродуктов сравнительно быстро осе­дают на грунт. Более легкие фракции, адсорбируя твердые ча­стицы, находящиеся в водной массе, вместе с ними также посте­пенно выпадают в осадок, загрязняя грунты. Это нередко вызы­вает гибель бентоса — основного продукта питания донных организмов. Седиментация взвешенных веществ происходит осо­бенно интенсивно при резком уменьшении скорости течений, как, например, при расширении русел рек, при впадении их в море (озеро), а также при выходе водных потоков из проливов и уз­костей.

В мелководных прибрежных районах при сильном волнении скопившиеся на дне нефтепродукты могут захватываться волно­вым орбитальным движением частиц воды, окатываться ими и приобретать округлые формы. Нередко такие окатанные комочки (диаметр их обычно 1—3 см) выбрасываются волновым прибоем на отмелые берега и пляжи морей, крупных озер и водохрани­лищ. Для очищения пляжей от этих загрязнений иногда прихо­дится снимать с помощью бульдозеров верхний слой песка тол­щиной 10—15 см.

Осевшие на дне нефтепродукты частично растворяются в воде, что приводит ко вторичному загрязнению придонных слоев, ча­стично окисляются, поглощая растворенный в воде кислород.

Таким образом, донные загрязнения нефтепродуктами создают вторичный эффект, вызывая загрязнение и дефицит кислорода в придонных слоях воды.

§ 5. Влияние загрязнений на животный и растительный мир водных объектов

Пленка нефтепродуктов сохраняется на поверхности воды в течение нескольких месяцев. Как всякое инородное тело, она нарушает баланс энергии и веществ, существующий между атмос­ферой и водной средой на границе их раздела. Имея большие, по сравнению с чистой водной поверхностью, коэффициенты от­ражения, нефтяная пленка уменьшает поступление в водную массу света и тепла, что отрицательно сказывается на развитии органической жизни, особенно фитопланктона, являющегося пер­вопродуктом питания водных организмов.

Пленка нефтепродуктов затрудняет поступление в водную массу атмосферного кислорода и нарушает обмен углекислоты. Она препятствует развитию волнения, вследствие чего также уменьшается поступление атмосферного кислорода в толщу вод. Кроме того, на окисление нефтепродуктов в воде расходуется значительное количество молекулярного кислорода. В результате в водной массе образуется дефицит свободного кислорода и угле­кислоты, что влечет за собой голодание и вымирание организмов, обитающих в водной среде.

Основная роль в поддержании баланса кислорода в атмосфере принадлежит одноклеточным планктонным водорослям морей и океанов. Считается, что они выделяют в атмосферу не менее по­ловины всего содержащегося в ней кислорода. Загрязнение Ми­рового океана нефтью и продуктами ее переработки не может не привести к уменьшению количества фитопланктона. Так возни­кает одна из важнейших проблем современности — проблема ис­чезновения свободного кислорода в атмосфере.

Некоторые составляющие нефтепродуктов имеют токсические свойства и, попадая в воду, передают эти свойства водной среде. Правда, концентрация этих веществ в воде обычно незначи­тельна, и они почти не оказывают влияния на взрослые особи. Однако они весьма вредно воздействуют на бактерии и другие первичные организмы (являющиеся важным звеном в органиче­ской жизни водоема), а также на процессы размножения, осо­бенно на развитие икры и мальков.

Таким образом, поверхностные пленки нефтепродуктов, на­рушая баланс энергии и веществ между воздушной и водной средами, вызывают нарушения в сложной биологической цепи, присущей жизни в водоемах, следствием которых может явиться постепенное вымирание водных организмов.

Нарушения в биологической цепи создают и другие виды за­грязнений. Воздействие их на биологические процессы также весьма многогранно. Некоторые из них, обладая токсическими свойствами, уничтожают растения и живые организмы. При этом резко увеличивается количество разлагающегося органиче­ского вещества и растет потребление кислорода, идущего на его разложение. Отдельные виды загрязнений вызывают нарушения в цепи питания организмов и могут стимулировать бурный рост некоторых растений и животных. Это ведет к нарушению биоло­гического равновесия, так как при этом кислород буквально вы­сасывается из воды, что приводит к массовой гибели организмов. Другие виды загрязнений нарушают гормональное равновесие в организмах, воздействуют на системы воспроизводства, способ­ствуют канцерогенезу.

Для пищевой цепи опасны даже загрязнения малых концен­траций, если они воздействуют длительное время. Такие загряз­нения препятствуют росту особей и их воспроизводству, меняют пути миграций рыб. Нередко они могут накапливаться в орга­низмах, увеличивая их уязвимость перед болезнями.

Таким образом, степень воздействия различных загрязнений на животный и растительный мир водоемов зависит от вида за­грязнений, его концентрации и устойчивости, от самоочищающей способности водного объекта и других факторов. Один и тот же вид загрязнений по-разному влияет на отдельные виды животных и растительных организмов. Именно поэтому эффект воздействия загрязнений на биологический режим водоемов очень разнообра­зен и в каждом отдельном случае может иметь свои специфиче­ские особенности.