Забруднення океанів нафтою та нафтопродуктами
УДК 504.054+502.5
Б. І. Дембович, С. В. Яворська
Національний технічний університет України «КПІ», Київ, Україна
B. I. Dembovych, S. V. Yavorska
National Technical University of Ukraine «KPI», Kyiv, Ukraine
Одна із глобальних екологічних проблем Світового океану – забруднення. Під «забруд¬ненням океану» розуміють пряме або побічне надходження речовин або енергії в морське середовище, що несе завдає шкоди живим ресурсам, здоров’ю людей, перешкоджає морській діяльності, погіршує якість морської води. Існують різні види забруднень:
– фізичне – нерозчинні домішки: глина, пісок, намул, пил тощо;
– хімічне – важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), мийні засоби, канцерогени, мінеральні добрива, пестициди;
– біологічне – мікроорганізми (бактерії, віруси), яйця гельмінтів, спори грибів;
– радіоактивне – радіонукліди (цезій-137, стронцій-90, калій-40 тощо);
– теплове – підігріті води ТЕС і АЕС.
До основних джерел забруднення Світового океану належать:
– безпосередні викиди забруднюючих речовин в океан, наприклад, нафтопродуктів при транспортуванні;
– безпосереднє надходження забруднюючих речовин при видобуванні мінеральних ресурсів;
– річковий стік;
– прямий стік із суходолу (теригенний стік);
– перенесення забруднюючих речовин через атмосферу;
– підводні викиди нафти та газу;
– аварійні викиди із суден або підводних трубопроводів.
Аналіз існуючого експериментального матеріалу показує, що основні забруднюючі речовини це:
– вуглеводні (сира нафта, нафтопродукти, нафтові вуглеводні);
– хлоровані вуглеводні (пестициди,поліхлоровані біфеніли);
– токсичні метали;
– радіоактивні речовини.
Забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами – одна з глобальних екологічних проблем. Нафта являє собою в’язку маслянисту рідину, що має темно-коричневий колір та володіє слабкою флуоресценцією. Нафта складається переважно з насичених аліфатичних та гідроароматичних вуглеводнів. Основні компоненти нафти – вуглеводні (до 98 %) – поділяються на чотири класи:
1. Парафіни (алкани) (до 90 % загального складу) – стійкі речовини, молекули яких представлені прямим або розгалуженим ланцюгом атомів вуглецю. Легкі парафіни володіють максимальною леткістю та розчинністю у воді.
2. Циклопарафіни (30–60 % загального складу) – насичені циклічні сполуки з 5–6 атомами вуглeцю в кільці. Крім циклопентану чи циклогексану, у нафті зустрічаються біциклічні та поліциклічні сполуки цієї групи. Вони дуже стійкі та погано піддаються біорозкладанню.
3. Ароматичні вуглеводні (20–40 % загального складу) – ненасичені циклічні сполуки ряду бензолу, що містять у кільці на 6 атомів гідрогену менше, ніж циклопарафіни. Наявні леткі сполуки з молекулою у вигляді одинарного кільця (бензол, толуол, ксилол), потім біциклічні (нафталін) і поліциклічні (пірон).
4. Олефіни (алкени) (до 10 % загального складу) – ненасичені нециклічні сполуки з одним або двома атомами водню біля кожного атома вуглецю в молекулі, що має прямий чи розгалужений ланцюг.
У природних умовах до Світового океану надходить 0,2–2,0 млн. т нафтопродуктів. Їх джерела:
– надходження з континентів зі стоками (приблизно 2 млн. т/рік);
– надходження з атмосфери (приблизно 0,3 млн. т/рік);
– природний виток із надр (приблизно 0,3 млн. т/рік);
– буріння на шельфі (приблизно 0,05 млн. т/рік);
– викиди із суден і аварійні викиди.
Велику шкоду морським екосистемам завдають морські перевезення. Танкерами перевозять щорічно близько 2 млрд. т нафти та нафтопродуктів. Найбільші втрати нафти пов’язані з її транспортуванням із районів добування. Аварійні ситуації, скид за борт танкерами промивних і баластних вод обумовлюють наявність постійних полів забруднення на трасах морських шляхів. Втрати відбуваються навіть за безаварійної роботи морського транспорту. Але під час аварій, коли може розливатися до 40–50 тис. т нафти, уражається поверхня площею близько 100 км2.
Аварії та викиди на підводних нафтопроводах відбуваються регулярно. У більшості випадках їх масштаби досить обмежені. Проте навіть якщо викид невеликий, він здатен завдати серйозної шкоди, оскільки викид нафти відбувається впродовж тривалого періоду часу. До недавнього часу найбільшою аварією такого роду вважалася аварія в затоці Гуанабара (Бразилія, 2000 р.), у результаті якої вилилося 1,3 тис. т нафти. Слід також пригадати вибух нафтової платформи «Deepwater Horizon» («Глибоководний горизонт») 20 квітня 2010 року, який стався за 80 км від узбережжя штату Луїзіана в Мексиканській затоці, що переріс у техногенну катастрофу спочатку локального, а потім і регіонального масштабу з негативними наслідками для екосистеми на десятиліття вперед. На сьогодні ця катастрофа визнана найбільшим виливом нафти у відкритий океан в історії США. Всього на момент аварії на буровій платформі зберігалося 2,6 мільйони літрів дизельного пального. Виробнича потужність платформи складала 8 тис. барелів на добу. Платформа затонула 22 квітня після 36-годинної пожежі, якій передував потужний вибух. Після вибуху та затоплення нафтова свердловина була пошкоджена, і нафта з неї почала потрапляти у води Мексиканської затоки. Нафтова пляма окружністю 965 км наблизилася на відстань приблизно 34 км до узбережжя штату Луїзіана. Аварійні служби США почали процес випалювання нафтової плями. За оцінками спеціалістів, у Мексиканську затоку виливалося близько 700 т нафти щодоби. У товщі вод Мексиканської затоки знайдено плями нафти – одна пляма довжиною 16 км і товщиною 90 м на глибині 1300 м.
Значні нафтові забруднення океану відбуваються внаслідок військових дій. У 1980-х роках минулого століття велике забруднення було пов’язане з військовими діями між Великою Британією та Аргентиною в районі Фолклендських островів, а також між Іраком і Іраном у Перській затоці (1990 р.). В останньому випадку протягом воєнних дій було серйозно пошкоджено 156 танкерів, унаслідок чого відбувся значний вилив нафти (до 1,5 млн т нафти – різні джерела наводять різні дані – вилилося в Перську затоку, нафта вкрила приблизно 1000 км2 поверхні затоки та забруднила близько 600 км узбережжя).
Головні місця нафтового забруднення Світового океану відмічаються на шляхах руху танкерів між Близьким Сходом та Європою, Америкою та Японією. Значні забруднення наявні також у Середземному, Карибському, Південно-Китайському та Японському морях.
Аналіз джерел і форм нафтових забруднень дозволив установити, що в загальній кількості надходжень:
– 23 % складають скиди із суден у море промивних і баластних вод, тобто забруднення, пов’язані з нормальною експлуатацією суден;
– 17 % припадає на скиди нафти та нафтопродуктів у портах чи припортових аквато¬ріях, включаючи втрати при завантаженні бункерів наливних суден;
– 10 % потрапляє з берега разом із промисловими відходами та стічними водами, що містять емульговану, розчинену та плівкову нафту;
– 5 % приносять зливові стоки у вигляді емульгованої, розчиненої та плівкової нафти;
– 6 % пов’язано з катастрофами суден, бурових у морі, коли утворюються суцільні поля, слики та плівки з емульгованої чи розчиненої нафти;
– 1 % дає буріння на шельфі, ці забруднення складаються з емульгованої, розчиненої та плівкової нафти;
– 10 % припадає на нафту, що надходить з атмосфери в розчиненому та газоподібному стані;
– 28 % приносять річкові води, що містять нафту в усьому різноманітті її форм.
Останні два джерела є «транспортерами»: вони сумують нафтові забруднення від різноманітних об’єктів, розташованих далеко від моря (повітряні маси – із забруднених міст по шляху слідування, річки – зі свого басейну), та виносять їх в океан. Агентство США з охорони навколишнього середовища так чином описує ефект розливу нафти: через 10 хвилин після потрапляння у воду 1 т нафти утворюється нафтова пляма товщиною 10 мм. У подальшому товщина плівки зменшується (до менше ніж 1 мм), однак пляма розширюється – 1 т нафти здатна вкрити площу до 12 км2. Подальші зміни відбуваються під впливом вітру, хвиль і погоди. Зазвичай пляма дрейфує під впливом вітру, розпадаючись на дрібніші плями. Нафтова плівка змінює склад спектру та інтенсивність проникнення у воду світла. Пропускання світла тонкими плівками сирої нафти складає від 10–11 % (280 нм) до 60–70 % (400 нм). Плівка товщиною 30–40 нм повністю поглинає інфрачервоне випромінювання. Змішуючись з водою, нафта утворює емульсію двох типів: пряму нафту у воді та зворотну воду у нафті. Прямі емульсії, що складені краплинами нафти діаметром до 0,5 мкм, менш стійкі та характерні для нафти, що містить поверхнево-активні речовини. При утворенні летких фракцій нафта утворює в’язкі зворотні емульсії, які можуть зберігатися на поверхні, переноситися течією, викидатися на берег чи осідати на дно.
Нафта і нафтопродукти справляють негативний вплив на морські біоценози, тому що їх плівки порушують обмін енергією, теплом, вологою та газами між океаном і атмосферою, а також впливають на фізико-хімічні та гідрологічні умови, клімат Землі, баланс кисню в атмосфері, викликають загибель риби, морських птахів та мікроорганізмів. Усі компоненти нафти токсичні для морських організмів. У нафти є ще одна побічна властивість. Її вуглеводи здатні розчиняти ряд інших забруднюючих речовин, таких як пестициди, важкі метали, які разом із нафтою концентруються в приповерхньому шарі і ще більше отруюють його.
Цікаво простежити за трансформацією нафтових забруднень і зміною форм існування нафти при переході з одного середовища в інше. Кожна з форм нафти по-своєму впливає на фізичні, хімічні та біологічні процеси, що протікають у водному середовищі, на межі середовищ та на гідрохімічні бар’єри, має властивий тільки їй механізм трансформації, біологічного та хімічного окислення. Кількісне співвідношення в морі міграційних видів нафти визначається не тільки формою її надходження, а і властивостями самої нафти, гідрологічним режимом моря, рівнем і характером фонового забруднення, концентрацією в нафті та у воді поверхнево-активних речовин. Це співвідношення не залишається постійним у просторі та часі. Проте домінуючою формою нафти в об’ємі вод є емульгована. Не складають винятку і райони аварійних розливів нафти та нафтопродуктів. У свою чергу, емульгована нафта з різним ступенем стійкості в результаті коалесценції може утворювати плівки на поверхні водойми. Цей механізм починає «працювати» під впливом факторів, які знижують стійкість емульсій: зміни властивостей середовища на геохімічних бар’єрах (наприклад, на межі змішування річка – море), зміни висолюючої дії морської води, збільшення об’єму дисперсійного середовища при потраплянні в море.
Утворення нафтової плівки супроводжується зниженням вільної поверхневої енергії на величину, пропорційну зменшенню поверхні. Цей самовільний процес характерний для дисперсійних систем водонафтових емульсій, баластних і промивних вод, якщо до скиду їх в море на судні не застосовували мийні засоби, що містять поверхнево-активні речовини.
Із метою попередження забруднення моря нафтою, перш за все, необхідно вдосконалювати технологічні процеси добування, транспортування, зберігання, переробки, застосування нафти чи нафтопродуктів, виключити скид стічних вод, до складу яких входить нафта. Адже щорічно в результаті технологічної діяльності утворюються десятки мільярдів кубометрів водонафтових емульсій. Способи їх очистки від нафти дорогі та малоефективні, тому стічні води, що містять нафту, є джерелом глобального забруднення нафтою гідросфери, поставляючи у Світовий океан близько 75 % нафтових забруднень.
Охорона морського середовища повинна здійснюватися комплексним шляхом, створюючи при цьому нові технологічні процеси, методи та засоби попередження забруднень, а також створення нормативно правової бази щодо обмеження викиду нафти та нафтопродук¬тів у море. Джерела нафтового забруднення морського середовища і фактори, що впливають на форму забруднення, дуже численні, тому охорона морського середовища повинна здійснюватися комплексним шляхом, створюючи при цьому нові технологічні процеси, методи та засоби попереджання забруднень, а також приймаючи закони щодо обмеження викиду нафти та нафтопродуктів у море. Із метою попередження забруднення моря нафтою, перш за все, необхідно вдосконалювати технологічні процеси добування, транспортування, зберігання, переробки, застосування нафти чи нафтопродуктів, виключити скид стічних вод, до складу яких входить нафта.
Zoocenosis — 2013
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали VІІ Міжнародної наукової конфе ренції. – Дніпропетровськ: Адверта, 2013. – С. 45-48.