Влияние нефти и нефтепродуктов на гидробионты

Тюлени и китообразные более выносливы к большому количеству попавшей в организм нефти и быстро переваривают ее.

Попавшая в организм нефть может вызвать желудочно-кишечные кровотечения, почечную недостаточность, интоксикацию печени, нарушение кровяного давления. Пары от испарений нефти ведут к проблемам органов дыхания у млекопитающих, которые находятся около или в непосредственной близости с большими разливами нефти.

 К вредному влиянию  большинства разливов нефти можно  отнести сокращение пищи или изменение отдельных видов. Это влияние может иметь разную продолжительность, особенно в брачный период, когда передвижение особей женского пола и молоди ограничено.

 Морские выдры и  тюлени особенно уязвимы к  разливам нефти из-за плотности  размещения, постоянного пребывания  в воде и влияния на теплоизоляцию меха. Попытка имитировать влияние разливов нефти на популяцию тюленей на Аляске показала, что относительно небольшой (всего 4%) процент от общего числа погибнет при «чрезвычайных обстоятельствах», вызванных разливами нефти. Хоть ежегодная естественная гибель и гибель в результате попадания в морские рыбные сети намного больше, чем запланированные потери при разливах нефти, но на восстановление после «чрезвычайных обстоятельств» потребуется 25 лет [14].

3 ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ

3.1 Влияние нефти и нефтепродуктов на гидросферу

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, а также изменения в биологических особенностях среды обитания.

Литр нефти лишает кислорода, необходимого рыбам, 40 тыс. литров морской воды. Тонна нефти загрязняет 12 км² поверхности океана. Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое, где опасность встречи с нефтью весьма велика. При концентрации ее в морской воде в количестве 0,1–0,01 мл/л икринки погибают за несколько суток. На 1 га морской поверхности может погибнуть более 100 млн. личинок рыб, если имеется нефтяная пленка. Чтобы ее получить, достаточно вылить 1 л нефти [15].

Источников поступления  нефти в моря и океаны довольно много. Это аварии танкеров и буровых платформ, сброс балластных и очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками.

Варварское отношение  к природе при освоении нефтяных месторождений проявляется часто проявляется в нашей стране. По различным причинам при добыче и транспорте нефти часть сырья выливается на земную поверхность и в водоемы. Только за 1988 г. при порывах нефтепроводов на Самотлорском месторождении в одноименное озеро попало около 110 тыс. т нефти. Известны случаи слива мазута и сырой нефти в реку Обь (нерестилище ценных пород рыб) и другие водные артерии страны.

Вода жизненно необходима не только людям. Чтобы вырастить 1 т зерна, нужно 1000 м³ воды, чтобы выплавить 1 т стали – 120 м³. Количество пресной воды, пригодной для человека, с каждым годом становится все меньше и меньше. Уже сейчас ежегодно США платят 2 млрд. дол. Канаде за право использовать естественные источники пресной воды, находящиеся на территории этой страны [12].

3.2 Отравление гидробионтов нефтепродуктами с летальным исходом

Отравление нефтепродуктами, обычно, сопровождается летальным исходом. Это 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 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 2 дана оценка токсической чувствительности различных морских организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающей отравления [13].

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 2 — Чувствительность водных организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающих отравления

После аварии танкера  «Торри-Каньон» были получены ценные данные о последствиях загрязнения биоценозов морских вод нефтепродуктами [5].

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 в районе так называемого «черного моря», и количество мальков резко сократилось.

3.3 Нарушение физиологической активности организмов

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 [7].

3.4 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 катастрофой 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 [15].

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).

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 [7].

3.5 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 [15].