Почвы в районах аобычи и транспортировки нефти

При добыче, транспортировке и переработке нефти происходят разнообразные воздействия на окружающую среду, как непосредственные одномоментные или повторяющиеся, так и отдаленные, прямые и косвенные.

Основные источники загрязнения и свойства загрязнителей

На территории Российской Федерации нефтепромыслы занимают значительные площади в Западной и Восточной Сибири, Поволжье, на Северном Кавказе (рис. 6.1).

Нефть — концентрат жидких, преимущественно углеводородных продуктов преобразования в осадочных толщах захороненного органического вещества. Она состоит из углеводородов, высокомолекулярных смолисто-асфальгеновых веществ, минерализованных вод и микроэлементов; в составе нефти обнаружено около 450 индивидуальных соединений, соотношения между которыми варьируют на разных месторождениях и в разных продуктивных пластах (Солнцева, 1998).

Изменения природной среды и, в частности, почв на этапе обустройства нефтепромыслов связаны с работой тяжелой техники, вызывающей механические нарушения рельефа и растительности, перемешивание материнских пород и добавление новых субстратов, разрушение и погребение почв (рис. 8.1). Добыча нефти на этом этапе принципиально не отличается по характеру воздействия на почвы от добычи других полезных ископаемых.

Вместе с тем, специфическим фактором трансформации почв является бурение скважин, при котором на поверхность сбрасываются буровые растворы, реагенты воздействия на нефтяной пласт, и буровые шламы — смеси выбуренных пород и буровых растворов. Буровые растворы и их производные содержат цементы, нефтепродукты, соли, кислоты, щелочи, диспергированную глину, метанол, ацетон, фосфори кремнийорганичсские соединения, фенолы, графит, поверхностноактивные вещества, тяжелые металлы и многое другое. При бурении и дальнейшей эксплуатации скважин из буровых сточных вод и пластовых жидкостей формируются техногенные потоки, размеры которых в значительной мере определяются количеством скважин на промышленных площадках (кустах) и уровнем применяемых технологий (герметичность оборудования, работа насосных станций, коррозия трубопроводов и т. д.), а также числом и масштабами аварийных выбросов пластовых и закачиваемых в скважины вод (для поддержания давления в нефтяном пласте).

В результате специфика воздействия на почвы на нефтепромыслах заключается в привносе широкого спектра геохимически активных веществ, в первую очередь хлоридов, карбонатов и сульфатов щелочных и щелочноземельных катионов, а также углеводородов.

Рис. 8.1. Нефтяные скважины в Туркмении (Небит-Даг, 1938 г., фото Б.А. Федоровича) и в Калининградской области (2002 г., фото М.И. Герасимовой).

В ходе эксплуатации нефтяных месторождений в нормальном режиме и подготовки компонентов нефти к транспортировке по продуктопроводам в почвы поступает определенное количество нефти и нефтепродуктов. При неполном сгорании попутных газов в «факелах» в атмосферу выбрасываются сажа, канцерогенные углеводороды — полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе 3,4-бенз (а)пирен, сернистые соединения, которые поступают в почвы в соответствии с розой ветров. Однако наибольшие масштабы нефтяного загрязнения связаны с авариями на нефтепроводах и разливами нефти при нарушении технологии эксплуатации скважин.

Основным загрязнителем почв является нефть — сырая и товарная. Сырая нефть содержит пластовые жидкости, из товарной, или обессоленной нефти, они удалены. При порывах нефтепроводов в почву сбрасывается товарная нефть, поэтому в геохимической трансформации почв соли нс участвуют. В товарной нефти содержатся легкие и тяжелые фракции, которые различаются токсичностью (мутагенностью и канцерогенностью). Они подвижны в пористых средах. Кроме основного компонента — углеводородов, в нефти присутствуют смолы и асфальтены, с которыми связаны микроэлементы, а также соединения серы, в том числе H₂S.

Преобразование нефти в гипергенных условиях происходит сравнительно медленно и слабо завися ! от конкретной природной обстановки. В этом заключается еще одна специфическая черта нефтяного загрязнения.

На первом этапе деградации нефти в ландшафтах происходит ее физико-химическое разрушение, дегазация, ультрафиолетовая деструкция, особенно в первые месяцы. В этот период содержание нефти в верхних почвенных горизонтах уменьшается почти наполовину (Пиковский, 1993). В результате этих процессов меняется состав нефти, возрастает доля смолистых веществ и асфальтеновых фракций, деятельность микроорганизмов подавлена (рис. 8.2).

Второй этап, продолжающийся в среднем 3−4 года, характеризуется высокой микробиологической активностью. Количество нефти на единицу объема почвенной массы уменьшается, но увеличивается концентрация наиболее устойчивых высокомолекулярных соединений. В дальнейшем продолжается микробиологическая деструкция нефти, количество ее в почвах сокращается, однако сохраняется высокая экологическая опасность остаточных продуктов.

Время деструкции нефти зависит от концентрации ее в почвах и может составлять годы и десятилетия.

В результате микробиологической деструкции нефти и нефтепродуктов происходит трансформация исходного состава загрязнителя, частичная его утилизация и разложение до конечных продуктов (Исмаилов, 1988', Звягинцев и др., 1989; 2002).

Компоненты нефти различаются по подвижности и токсичности. Наиболее токсична сырая нефть, но она более подвержена микробиологической деструкции. Тяжелые фракции нефти слабо подвижны в почвах, в отличие от легких, например, бензина, который перемещается в почвах в полтора раза быстрее, чем вода.

Длительность сохранения нефтепродуктов в почвах определяется их количеством и составом, а также климатическим потенциалом загрязненных территорий. Поскольку оптимальными условиями для разложения нефти являются температуры 25−30°С и влажность, близкая к наименьшей^[1]

влагоемкости почвы, в холодных и переувлажненных почвах деградация нефти продолжается в течение десятилетий. В жарких и сухих районах разложение нефти ограничивается дефицитом влаги. Значительная часть нефтедобывающих предприятий России сосредоточена в среднеи северотаежных ландшафтах (Западная Сибирь); в других странах — в Азербайджане, Туркмении и на Ближнем Востоке — нефтепромыслы находятся в условиях аридного климата, поэтому вопросы деградации нефти и нефтепродуктов в почвах приобретают здесь особую экологическую значимость.

Рис. 8.2. Скорость трансформации нефти в верхних горизонтах почв (Пиковский, 1993).

Почвы: I — тундрово-глеевые; II — подзолы Вещества: 1 — исходная нефть: 2 — через год; 3 — через 2 года Одним из путей изучения экологической опасности нефтяного загрязнения являются модельные опыты по разложению нефти в разных природных зонах, проводившиеся по инициативе М. А. Глазовской на Географическом факультете МГУ (Глазовская, Пиковский (1985)', Солн- ¹ Глазовская М. А., Пиковский Ю И. Комплексный эксперимент по изучению факторов самоочищения и рекультивации загрязненных мефтыо почв в различных природных зонах. — Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах Тр 3 Всес. Совет. Обнинск. Гидрометеоиздат, 1985, с. 185−191.

цева (1981 1988^[2][3]). В экспериментах, проведенных Н. П. Солнцевой и под ее руководством, оценивались максимально возможные количества нефти, удерживаемые разными почвенными горизонтами, т. е. «нефтсемкость» почв. Так, было установлено, что нефтеемкость торфа во много раз выше, чем минерального субстрата при прочих равных условиях, а при полной влагоемкости она существенно падает.

Рис. 8.3. Модель поведения сырой нефти в почвенных экосистемах (Солнцева, 1998).

1 — преимущественное осаждение тяжелых фракций нефти; 2 — преимущественное осаждение легких фракции; 3 — преимущественное накопление минерализованных вол и легких фракций нефти; 4 — загрязненные волы капиллярной каймы; 5 — вторичное внутрипочвенное загрязнение; 6 — уровень сезонного подъема загрязненных почвенно-грунтовых вод; 7 — вторичные потоки загрязнителей; 8 — уровень почвенно-грунтовых вод Изучение свойств различных видов нефти и нефтепродуктов, в сочетании с результатами экспериментов и сведениями о свойствах почв, влияющих на судьбу нефти и ее производных, послужило основанием для прогноза ближайших и отдаленных последствий загрязнения почв и других компонентов ландшафта. С другой стороны, знание свойств загрязнителей и их поведения в определенных природных условиях необходимо для организации мониторинга. На основе всей этой информации производятся оценки потенциала самоочищения почв, составляются карты, разрабатываются концептуальные модели (Глазовская, 1988).

Наиболее полные исследования судьбы нефти и нефтепродуктов в почвах, влияния их на свойства почв и почвенные процессы, геохимические миграционные потоки и многие другие аспекты нефтяного загрязнения многие годы изучались Н. П. Солнцевой и изложены в ее монографии (1998).

В первом приближении Н. П. Солнцева (1998) разделяет техногенные воздействия на почвы в районах нефтепромыслов на две основные группы: первичное и вторичное. Миграция нефти и нефтепродуктов в условной катене и образование ореолов первичного и вторичного загрязнений представлены на схеме (рис. 8.3).

Почвы на нефтепромыслах подвержены специфическим воздействиям, связанным со сбросом сильноминерализованных вод и с поступлением на поверхность или внутрь почвенного профиля своеобразного нефтяного субстрата, геохимически пассивного и относительно устойчивого в природных ландшафтах. Механические воздействия на почвы нефтепромыслов имеют место, но они нс специфичны.

• [1] Исмаилов Н. М. Микробиологическая и ферментативная активность нефтезагрязненных почв. В сб. Восстановление нефтезагрязненных почвенных зкосистем. М, Наука. 1988, с. 42−56.
• [2] Солнцева Н. П. Методика ландшафтно-геохимических исследований влияния техногенных потоков на среду Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М. Наука, 1981. с. 41−47.
• [3] Солнцева Н. П. Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формыпроявления, основные процессы, модели). Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М. 1988, с. 23−42.