Нефтяное загрязнение и его последствия

При изменении направления  ветра, нефть из одних участков может  быть перенесена в другие, загрязняя  и их. Как правило, она располагается  вдоль берега, заполняя все заводи. Но нередко загрязнённые зоны чередуются с чистыми.

Если же в водоёма скорость течения значительна, то протяжённость  зоны загрязнения увеличивается. Известны случаи, когда она достигала 50-130 км. Плавучая нефтяная плёнка может  охватывать огромные пространства. Установлено, что одна капля может занимать площадь примерно в 0,25м². А тонна нефти покрывает пространство в 500 га. Собрать такую нефть очень трудно.

Все виды нефти содержат легкокипящие элементы, которые быстро испаряются. И уже через несколько  дней пятно уменьшается на 25%. Низкомолекулярные  элементы выводятся из пятна, главным  образом, в результате растворения. Причём, ароматические углеводороды растворяются быстрее парафинов.

Биохимическое воздействие  бактерий, грибков и организмов на компоненты нефти гораздо шире и  охватывает самые разнообразные  вещества по сравнению с процессами испарения и растворения. Однако, не существует такого микроорганизма, способного разрушить все компоненты нефти. Бактериальное воздействие  характеризуется высокой избирательностью, и полное разложение требует воздействия  многочисленных видов микроорганизмов. При этом образуется ряд промежуточных  продуктов, для разрушения которых  требуется воздействие очередных  организмов. Парафиновые углеводороды наиболее легко разлагаются бактериями, следовательно, более устойчивые циклопарафиновые и ароматические исчезают из океанской среды с меньшей скоростью.

Также нефтяные углеводороды подвержены процессам химического  окисления и фотоокисления, но в  водной среде эти процессы недостаточно исследованы.

Содержание питательных  веществ и кислорода является определяющим фактором для деятельности микроорганизмов. Для полного окисления 4 литров сырой нефти потребуется  кислород, содержащийся в 1,5 миллионах  литров морской воды, насыщенной воздухом при 60°С, что эквивалентно количеству воды слоем 30 сантиметров и площадью 5000 км².

Нефтяная плёнка препятствует процессу аэрации – поглощения водой  кислорода через поверхность. В  таких условиях бактериальное разложение может иметь отрицательные последствия, так как уменьшает количество кислорода. При постоянном расходе  кислорода, прекращение аэрации  может оказаться гибельным для  животного мира водоёма. Нефть относится  к числу трудноокисляемым организмами  веществ, потому самоочищение загрязнённых территорий происходит очень длительное время.

Скорость разложения зависит  от параметров окружающей среды, и один из главных – это температура  воды. В общем случае, при повышении  температуры на 10°С скорость реакций  увеличивается в 2-4 раза. Понижение  же температуры тормозит не только химические, но и биологические процессы, связанные с деструкцией и  трансформацией углеводородов. Скорость разложения углеводородов также  зависит и от солёности, особенно в тех районах, которые подвержены влиянию речного стока.

Распад нефти в менее  солёных водах протекает наиболее активно. С увеличением активной реакции среды скорость разрушения нефтепродуктов возрастает. Так как  диапазон изменений рН в море колеблется в пределах 2 единиц, то эффект изменения  периода полураспада нефти в  море в зависимости от изменения рН в 25 раз меньше, чем от колебаний температуры, и в три раза меньше, чем от колебаний солености.

4. Биологические и химические изменения, связанные с нефтяным загрязнением

Некоторые из фракций, содержащиеся в нефти, весьма токсичны, причём их токсичность возрастает по мере увеличения концентрации. Низкокипящие и некоторые  ароматические соединения (бензол, ксилол) токсичны и в разной степени  растворимы в воде. В состав высококипящих  фракций входят канцерогенные вещества. Нефть сама по себе тоже токсична, но данных об отравлениях нефтью, попадающей внутрь организма, немного. Эмульсии нефти  могут физически воздействовать на организмы, вызывая удушье.

Общее воздействие нефти  на водную среду можно разделить на 5 категорий:

1.  непосредственное отравление с летальным исходом.

2.  серьёзные нарушения физиологической активности.

3.  эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами.

4.  болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм.

5.  изменения в биологических особенностях среды обитания.

Отравления с  летальным исходом. Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на важные процессы в клетках, особенно на процессы обмена между ними.

Наибольшую опасность  представляют растворимые в воде ароматические углеводороды. Воздействие  парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы может вызвать  наркотическое действие, но необходимая  для этого концентрация высока и  отсутствует в нефтяных пятнах. Смерть взрослых организмов может наступить  после контакта в течение нескольких часов с растворимыми ароматическими углеводородами, содержание которых составляет 10^-4-10^-2%. Смертельные концентрации для икринок и мальков составляет 10^-5%, таким образом они чувствительнее к нефти в 10-100 раз.

Смертельные концентрации ароматических  углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию. Однако, уже упоминалось, что после длительного пребывания в воде нефть теряет многие свойства и компоненты.

Токсичные эффекты от нефтяных пятен обычно локализованы и наибольшая смертность там, где загрязнение  ограничено прибрежными районами с  большим содержанием живых организмов. Большинство нефтяных загрязнений  находится далеко от берега, в районах  с большими глубинами, поэтому опасные  фракции частично испаряются либо разбавляются водой до того, как пятно достигнет  прибрежных районов. Компоненты, являющиеся причиной смертельных исходов при  больших концентрациях, могут создавать  проблемы и при малых – нефтяные углеводороды взаимодействуют с  живыми организмами, чувствительными  к химическим веществам, влияя на их выживаемость.

Нарушения физиологической  активности. Проблемы, вызванные попаданием нефти в гидросферу, нередко гораздо шире и продолжительнее по своему воздействию, чем это обычно предполагается. Если учесть также сточные воды, то очевидно, что район, подвергшийся загрязнению, может превратиться в непригодный для водных организмов любого вида.

Химический способ передачи информации играет очень важную роль в жизни водных организмов. Например, морские хищники находят свою добычу по химическим веществам, содержащихся в воде в количестве 10^-7%. Подобная химическая природа процессов привлечения, отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания.

Некоторые компоненты нефти (главным образом ароматические  углеводороды) влияют на химические коммуникационные процессы, блокируя рецепторы организма  или подавляя естественные стимулы. Известно, что воздействие ароматических углеводородов в количестве 10^-6-10^-5% может вызвать серьёзные проблемы.

Обволакивание живого организма нефтепродуктами. Эффекты покрытия и удушья являются основными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. В последние годы частой темой для обсуждения были покрытые нефтью пляжи и гибель находящихся в зоне прилива растений, планктона, птиц.

Птицы стали первыми жертвами загрязнения вод нефтью. Опускаясь на нефтяные пятна, они пачкали своё оперение. Углеводороды обволакивали перья, нарушая их гидрофобность и нарушая защитную функцию оперения. Поэтому, покрытые мазутом птицы переохлаждались и гибли от гипотермии. Кроме того, птицы интоксицировались нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или попытке очистить перья. В результате чего, происходили серьёзные нарушения функций эндокринной системы, в частности функции надпочечной железы.

В настоящее время Ла-Манш, Северное и Средиземное море, всё  в большей степени загрязняемые нефтью, постепенно становятся непригодными для обитания морских 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.

Болезненные изменения, вызванные попаданием углеводородов  в организм. Любой организм, живущий в водной среде, находится с ней в химическом равновесии. Если содержание углеводородов в воде меньше даже 10^-7% они могут поглощаться организмом и накапливаться в тканях. Такое внедрение химических веществ, содержащих ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, так как подобные вещества являются канцерогенными.

Если же загрязнение невелико и концентрация мала, то они могут  полностью выводиться из организма. Однако, при продолжительном пребывании в подобных условиях возможно постоянное загрязнение организма. Показано, что у рыб и ракообразных выведение большинства углеводородов из организма происходит за две недели. Однако, обмен веществ у низших организмов происходит медленнее и механизм его недостаточно понятен.

Прожорливые морские рыбы – основное звено пищевой цепи в морях умеренных широт, нередко  проглатывают нефтяные комочки. Таким  образом, рыбы накапливают значительное количество токсичных веществ, которые  по пищевой цепи могут дойти до человека.

Эффект долгосрочных воздействий  непосредственно не обнаруживается и носит кумулятивный характер. Эти  эффекты могут быть вызваны периодическим  введением веществ с большим  временем “жизни” или непрерывным  введением устойчивых либо неустойчивых веществ. Протекающие при этом процессы, как химически, так и биологически влияют на окружающую среду.

Очень часто опасные концентрации соответствуют максимально допустимым уровням, не допускающим никаких  отклонений в наборе веществ. Например, сточные воду поставляют в систему  питательные вещества, но не все  организмы могут извлечь из этого  пользу. В связи с этим некоторые  организмы получают преимущество над  другими и экологическое равновесие в той или иной степени нарушается.

В пределах одного вида, при  переходе от молодого организма к  взрослой особи, требования к питательным  веществам изменяются, что отражается и в разной реакции на отклонения от нормы. Взрослые организмы могут  перенести определённый уровень  загрязнения, который в то же время  является смертельным для молодых. Поэтому наличие взрослой рыбы вовсе  не означает, что воды пригодна для  жизни водных организмов.

Нефть и нефтяные смолы  содержат канцерогенные вещества, которые  могут способствовать появлению  аномального количества новообразований  у организмов, сходных с раковыми опухолями человека.

Изменения в биологических  особенностях среды обитания. Загрязнение нефтепродуктами влияет на окружающую среду и может привести к невозможности жизни в субстрате. Субстрат является средой, от которой организм или растение получает поддержку. Присутствие углеводородов разной массы в количестве 10^-6-10^-5% может химически изолировать субстрат от всех видов. Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной поддержке – просто опираются на него и испытывают меньшую зависимость; виды, живущие в субстрате, то есть активно от него зависящие, более уязвимы.

Вблизи Саутгемптона (Англия) имеются соленые марши, куда сливаются  отходы нефтеперегонного завода – 5800 литров воды каждый день с очень  незначительным загрязнением (10х10^-6 – 20х10^-6). Систематическое загрязнение нефтью привело к гибели всей растительности на площади 36 Га вокруг завода. После гибели растительности пески начали сдуваться ветрами и смываться дождями, так что эффективная глубина загрязнения почвы нефтью резко возросла. Птицы и другие водные существа, которые раньше находили здесь пропитание, теперь вынуждены были покинуть эти места. Таким образом, даже очень малые уровни загрязняющей нефти при длительном действии могут привести к серьезным последствиям для сообщества водных организмов.

В районах, где нефть часто  попадает в воду, например на морском  нефтяном месторождении «Мейн-Пасс»  в Мексиканском заливе, заметными  становятся и изменения видового состава морского сообщества. Организмы, селящиеся на донных осадках в  заливе Тимбальер (Мексиканский залив), принадлежат в основном к двум видам, известным тем, что они  обитают преимущественно в загрязненных районах. Мексиканский залив загрязнялся  нефтью на протяжении столь длительного  времени, что сейчас там невозможно отыскать еще не загрязненное место, чтобы надежно оценить характер прежних природных сообществ.

В Северном море, напротив, промышленное бурение с целью добычи нефти  и газа началось в 1973 году, и с  тех пор там велись биологические  исследования, которые выявили постепенное  увеличение содержания нефти в донных осадках в окрестностях буровых  скважин. Кроме того, заметно снизилось  число видов водных организмов, а  также общая численность организмов. С течением времени площадь областей, в которых были отмечены эти явления, постоянно возрастает.

Воздействие нефти  на растительный и животный мир