Содержание к диссертации
Введение
1. Природные и техногенные полициклические ароматические углеводороды в морских экосистемах 7
1.1. Особенности строения и физико-химические свойства ПАУ 7
1.2. Источники ПАУ 12
1.2.1. Космическое образование ПАУ 12
1.2.2. Эндогенное образование ПАУ 13
1.2.3. Биогеохимическое образование ПАУ 14
1.2.4. Техногенное образование ПАУ 18
1.3. Процессы поступления, переноса, осаждения и накопления ПАУ 20
1.3.1. Атмосферный поток 20
1.3.2. Граница раздела атмосфера-гидросфера 26
1.3.3. Гидросферный поток 28
1.3.4. Преобразование и депонирование 34
1.4. Аналитическое определение ПАУ 37
1.4.1 Спектральные методы анализа ПАУ 39
1.4.2. Хроматографическое определение ПАУ 42
1.4.2.1. Газовая хроматография 42
1.4.2.2. Хромато-масс-спектрометрия 44
1.4.2.3. Высокоэффективная жидкостная хроматография... 46
2. Материалы и методы исследования 50
2.1. Объекты исследования 51
2.2. Методы исследования 53
2.2.1. Полевые методы исследования 54
2.2.2. Камеральные методы исследования 61
3. Результаты и обсуждение 68
3.1. Характеристика района исследований 68
3.2. ПАУ как индикатор техногенного воздействия 80
3.2.1. Последствия катастрофических нефтяных разливов (на примере Печорской губы) 80
3.2.2. ПАУ в районах нефтедобычи (на примере шельфовой зоны о. Колгуев) 90
3.3. ПАУ как индикатор природных процессов (на примере Приразломного нефтяного месторождения) 106
3.4. Аварийные ситуации: нефтяные разливы и их влияние на биотические компоненты Печорского моря 118
3.4.1. Общая характеристика и источники 118
3.4.2. Распределение и миграция нефти в морской среде 123
3.4.3. Типы и сценарии нефтяных разливов 124
3.4.4. Методы борьбы с нефтяными разливами 126
3.4.5. Влияние аварийных ситуаций на биотические объекты морских экосистем (на примере акватории Печорского моря) 128
Выводы 136
Список литературы 138
- Космическое образование ПАУ
- Граница раздела атмосфера-гидросфера
- ПАУ как индикатор техногенного воздействия
- Аварийные ситуации: нефтяные разливы и их влияние на биотические компоненты Печорского моря
Введение к работе
Актуальность исследований. Печорское море наряду с Баренцевым и Карским является одним из перспективных районов российского арктического шельфа, в недрах которого сосредоточены значительные запасы углеводородов. Разработка нефтегазовых месторождений неизбежно связана с ухудшением состояния морской экосистемы, особенно в случае возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций (ТЧС).
Учитывая, что арктические моря наиболее чувствительны к антропогенному воздействию вследствие низких скоростей деструкции загрязняющих веществ в условиях севера, ухудшение экологической ситуации может иметь не только кратковременные, но и отдаленные последствия, которые проявятся через десятки лет после прекращения добычи нефти.
Система мониторинга и прогноза последствий ТЧС включает комплекс методов, необходимых для выявления источников загрязнений и количественного контроля поллютантов, увеличение концентраций которых может стать причиной необратимых изменений в экосистеме (экологической катастрофой).
Загрязняющие вещества делят на две группы: соединения, не имеющие природных аналогов (ксенобиотики) и соединения, природные аналоги которых широко распространены и образуют устойчивый геохимический фон. В первую очередь это касается ароматических углеводородов (АУВ), содержание которых в «типичной» нефти составляет в среднем 29% , а состав и свойства близки к составу и свойствам техногенных нефтепродуктов. Среди АУВ особое место занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), токсичность и канцерогенность которых в сочетании с природным происхождением и широким распространением делают их изучение при оценке последствий ТЧС весьма актуальным.
Целью настоящего исследования является создание основы для прогнозирования и оценки техногенных последствий нефтяных разработок на акватории Печорского моря на базе комплексного изучения компонентов морской экосистемы (донных отложений, водной толщи и гидробионтов).
Задачи исследования состояли в: изучении молекулярного состава полициклических ароматических
углеводородов как одного из показателей оценки последствий ТЧС
при разработке нефтегазовых месторождений (на примере Усинской
нефтяной аварии),
определении содержания и состава ароматических углеводородов в районе действующих месторождений (на примере шельфовой зоны острова Колгуев в Печорском море),
определении содержания и состава ароматических углеводородов в районе предполагаемой нефтедобычи (на примере Приразломного нефтяного месторождения в шельфовой зоне Печорского моря),
обосновании применения экспрессного метода спектрофлуориметрии для обнаружения углеводородных аномалий в водной толще и донных отложениях,
рассмотрении причин, типов и сценариев аварийных ситуаций, связанных с освоением морских углеводородных месторождений и методов по борьбе с ТЧС,
анализе взаимодействия биотической и абиотической составляющих экосистемы Печорского моря.
Объектом исследования послужили материалы, отобранные в ходе
морских научно-исследовательских экспедиций ФГУП
«ВНИИОкеангеология» в 1993 - 2004 гт. на акваториях Печорской губы и Печорского моря, в том числе при непосредственном участии автора (10 экспедиций).
Научная новизна:
Показана информативность ароматических углеводородов как реперов для оценки последствий техногенного воздействия на экосистемы акваторий.
Применен новый методологический подход к выявлению в полевых условиях зон аномального распределения ароматических углеводородов в водной толще и донных отложениях.
На базе исследования характеристических параметров среды на репрезентативных участках акватории Печорского моря создана основа для оценки последствий нефтяных разработок и связанных с ними ТСЧ.
Проведено сравнительное изучение вариаций содержания и состава ароматических углеводородов в зависимости от источников их поступления.
Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы при прогнозировании ТСЧ, решении геоэкологических задач, для мониторинговых исследований океанов и морей,
5 а так же при оценке последствий нефтедобычи (в том числе до начала разработки нефтегазовых месторождений). Защищаемые положения: /. Критерием значимости последствий нефтяных разливов при эксплуатации нефтегазовых месторождений может служить оценка поступления и распределения полициклических ароматических углеводородов в донные осадки акваторий.
Применение экспрессного спектрофлуориметрического метода исследования водной толщи и донных отложений позволяет выявлять углеводородные аномалии и идентифицировать их природу.
Проведена оценка фонового состояния экосистемы Печорского моря и его изменчивости под воздействием техногенных факторов в районах действующих месторождений и предполагаемой нефтедобычи.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2002г.); Second АМАР International Symposium on Environmental Pollution of the Arctic, (Helsinki, Finland, 2002); Fifth International Workshop on Land-Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA) (Москва, 2003г.); Arctic Geology, Hydrocarbon Resources and Environmental Challenges (Tromse, Norway, 2003r), 22nd International Meeting on Organic Geochemistry (Seville, Spain, 2005r.), международной конференции «Современные экологические проблемы Севера» (Апатиты, 2006г.) и ряда других.
Основное содержание диссертации изложено в 10 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов. Общий объем работы составляет 150 страниц, содержит 45 рисунков и 22 таблицы. Список литературы включает 112 наименований.
Космическое образование ПАУ
Среди сотен органических соединений разных классов, установленных в космическом пространстве, присутствуют и ПАУ. Факты их обнаружения в метеоритах являются результатом пиролиза углеродистого вещества при прохождении плотных слоев атмосферы Земли. Гипотеза об образовании ПАУ в космическом пространстве в результате воздействия на органическое вещество жесткого космического излучения подтверждается и данными о возникновении ПАУ на космических телах под воздействием фотонов [8, 9]. Нафталины, фенантрен и пирен идентифицированы на спектральной кривой поглощения межзвездных туманностей. Проведены эксперименты по облучению вещества, имитирующие атмосферы Титана и Юпитера, в которых в продуктах реакции обнаружены 2-4-кольчатые ПАУ [10].
Таким образом, наряду с другими органическими соединениями, возможность образования в космическом пространстве, полициклических ароматических углеводородов можно считать установленным фактом.
Эндогенные факторы, связанные с энергией глубинных недр Земли, вносят существенный вклад в образование ПАУ, о чем свидетельствует нахождение этих углеводородов в гидротермальных жилах, вулканических выбросах, изверженных породах. Так, в Тихом и Индийском океанах - это места выхода на поверхность глубинных разломов, в Атлантическом океане - зона Срединно-Атлантического хребта. Здесь происходят процессы дегазации Земли, сопровождающиеся выносом глубинного вещества и энергии. В результате воздействия этих факторов на органическое вещество донных отложений происходит термохимическое новообразование некоторых ПАУ.
Существенный вклад в общий приток поступлений УВ природного происхождения вносит их миграция через трещины и разломы морского дна. Этот процесс идет на площади не более 10-15% от общей площади Мирового океана, в окраинных районах и внутриматериковых морях, где распространены нефтегазовые бассейны [11, 12]. Так, поступление в море нефти из линейного участка высачивания протяженностью 1,5 км в проливе Санта-Барбара (Калифорния) оценивается в 10-15 т в день. Столь крупные потоки обусловлены небольшими глубинами залегания нефтеносных пластов, благоприятной тектонической и литологической обстановкой.
В результате обнажения, эрозии и переотложения природных битумов, углей, горных пород, почв и донных отложений значительные количества ПАУ поступают на земную поверхность и вносят свой вклад в природные процессы образования полиаренов. Расчеты показали, что в одном кубометре вынесенных на поверхность осадочных горных пород в таких районах могут присутствовать десятки граммов ПАУ [13].
К природным источникам полиаренов в осадочных образованиях и почвах относятся и лесные пожары, как современные, так и произошедшие в прошлые геологические эпохи [14].
Следует подчеркнуть, что биотические процессы способствовали формированию незначительного уровня ПАУ, присутствие которых прослеживается даже в слоях вечной мерзлоты 10 000-летнего возраста [15]. По вопросу о биосинтезе полиаренов существуют противоречивые мнения. Часть исследователей считает, что формирование фонового уровня углеводородов в окружающей среде определяется синтезом ПАУ высшими растениями, фитопланктоном и микроорганизмами. Другие полагают, что только некоторые из них образуются в водорослях, зоопланктоне и других растительных и животных организмах [6, 15]. Вместе с тем, ПАУ не могут быть отнесены непосредственно к классу биомаркеров, таких как н-алканы, стераны, тритерпены и т.п., поскольку их прямые аналоги не были обнаружены в нативной биоте. Кроме того, трудно допустить прямой переход ПАУ (без изменения структуры) из живого вещества в окружающую среду. В живой материи встречаются соединения, имеющие структуру с диеновыми или полиеновыми связями в алифатических углеводородных цепях, преобразование которых в полиарены является наиболее вероятным процессом, протекающих на ранних стадиях осадконакопления [6].
В качестве генетических предшественников фенантрена и его алкил -гомологов рассматривают циклические дитерпеноидные кислоты (абиетиновую и пимаровую), содержащиеся в липидах высших растений [16, 17, 18]. В условиях диагенеза происходит их декарбоксилирование и ароматизация с образованием ретена и пимантрена, представляющих соответственно ди- и триметилфенантрены. На завершающем этапе возможно образование незамещенного фенантрена как наиболее термодинамически устойчивой структуры (Рис. 1.2) [16].
В работе [19] рассмотрена возможность циклизации в геологических условиях каротина и каротиноидных эфиров в конденсированные три- и тетроароматические структуры. Образование фенантреновых структур возможно также при последовательной ароматизации тетрациклических терпанов с пятичленным кольцом Е. Одновременно с ароматизацией происходит потеря метальных заместителей. При этом разрыв С-С связи в кольце А может быть вызван фотохимическим и микробиальным окислением стероидов [20].
Тетрациклические арены в современных осадках представлены углеводородами ряда хризена. Их молекулярная структура позволила предположить в качестве биогенных предшественников пентациклические тритерпены с шестичленным кольцом Е, например а- и Р-амирины, содержащиеся в восках высших растений [21].
Граница раздела атмосфера-гидросфера
Важным этапом перехода ПАУ из атмосферы в гидросферу является преодоление границы раздела сред. Поток через границу раздела сред может быть рассчитан как разница между химическими концентрациями в атмосферной газовой фазе и водном растворе [35]. Поскольку полициклические ароматические углеводороды на границе раздела находятся в нескольких физико-химических состояниях, прямые измерения затруднительны. Ведь следует учитывать, что в атмосфере они существуют, как минимум, в газообразной и адсорбированной формах, а в гидросфере - в растворенной, коллоидной и взвешенной [36].
Согласно известным закономерностям, распределение газ-аэрозоль определяется в первую очередь парциальным давлением паров индивидуальных аренов. Соединения с парциальным давлением (р) более 10 2 Ра, такие как флуорен и фенантрен, находятся почти исключительно в газовой фазе. А низкомолекулярные соединения с р 10 6 Ра преимущественно ассоциированы с аэрозолями. Соединения с давлением паров в диапазоне от 10" до 10" Ра могут находиться в динамическом равновесии, что и было подтверждено натурными наблюдениями (табл. 1.6).
Для распределения атмосфера-гидросфера определяющим фактором является такой параметр как активность, являющаяся функцией химической концентрации индивидуального соединения, его молекулярного веса и парциального коэффициента активности. Активность в паровой фазе - величина независимая, а в растворе определяется константой Генри. Градиент активности (а) представляет отношение активностей в растворе и газовой фазе. Значение а \ отражает перенос из водной фазы в атмосферу, а \ означает обратный процесс.
Индено(1,2,3-с(і) пирен 16,8 1,3 85,0 BeH3(ghi) перилен 13,1 8,3 66,0 Возможной причиной расхождения теоретических расчетов и экспериментальных данных может быть значительная сольвафобность ПАУ и, как следствие, преимущественно коллоидный и взвешенный механизм их переноса в гидросфере. В пользу этого предположения свидетельствуют приведенные в табл. 1.6 содержания ПАУ в водной фазе, в которой явно доминирует лишь хорошо растворимый фенантрен.
Известно, что ПАУ обладают высокими гидрофобными свойствами и, соответственно, низкой растворимостью в воде. Их растворимость снижается от фенантрена до бенз(а)пирена на шесть порядков. Что касается низкомолекулярных ароматических соединений (таких как бензол и нафталин), то они довольно легко могут переходить в водную фазу или испаряться. При увеличении молекулярного веса полиарены преимущественно сорбируются взвесью (табл. 1.7) [35].
В водной среде гидрофобные молекулы ПАУ оказываются в сложной многокомпонентной системе, определяющей многообразие форм их существования. Соединения во взвешенной форме могут быть адсорбированы минеральными частицами, детритом или быть биологически связаны фито- и зоопланктоном и, в зависимости от этого, пребывать в квазиравновессии или седиментировать. Вариации процессов, сопровождающие пребывание ПАУ в водной среде, включая гидрологические, физические и химические особенности седиментационных бассейнов, не дает возможности создать единую модель, описывающую процесс транспортировки ПАУ в донные отложения. Вместе с тем, натурные исследования позволили выявить ряд закономерностей.
Так анализ взвешенной и растворенной фаз в поверхностных водах дельты Роны (северо-западная часть Средиземного моря) показал значительные сезонные качественные и количественные различия, свидетельствующие о флуктуациях речного потока. Распределение ПАУ между фазами варьировало и не отражало систематической зависимости от общего количества взвешенного материала. Следовательно, он не является определяющим фактором, контролирующим распределение ПАУ [35].
Исследования, проведенные в арктическом регионе в эстуарии реки Маккензи (море Бофорта), показали единую картину распределения и концентраций ПАУ во взвешенной и растворенной фазах на разрезе река-море до границы шельфа. Вне зоны влияния речного стока, наблюдалась их большая вариабельность, которая может быть обусловлена, разбросом в распределении тонкодисперсного и коллоидного материала, основного носителя ПАУ.
Характерными особенностями распределения ПАУ в эстуарной зоне данного района, так же как и в Средиземном море, были преобладание ПАУ во взвешенной фазе и относительное обогащение водной фазы ПАУ низкого молекулярного веса (рис 1.6) [35]. Интересно отметить, что в мористой части концентрации ПАУ в растворенной фазе были часто выше, чем во взвешенной, что может быть связано с осаждением последней в зоне маргинального фильтра [37].
Данный факт в сочетании со спецификой молекулярного состава растворенной фазы (рис. 1.7), с одной стороны, свидетельствует о сдвиге равновесия в системе вода-взвесь, возможно, за счет изменения физико-химических характеристик среды, солености, содержания коллоидов [38].
С другой стороны, говорит о возможности дальнего переноса низкомолекулярных ПАУ водными массами. Вместе с тем, есть свидетельства их склонности к биодеградации [39]. Относительное обогащение полиароматическими УВ взвеси и преобладание низкомолекулярных соединений в водной фазе являются, по-видимому, типичными для большинства акваторий вне зависимости от их климатических и гидрологических характеристик.
Немаловажную роль в процессах сорбции-десорбции и, как следствие, распределении ПАУ в водных системах имеют параметры собственно водной среды. Увеличению растворимости ПАУ способствует обогащенность среды органическими соединениями, В модельных экспериментах наблюдалось экспоненциальное увеличение растворимости пирена, фенантрена с повышением содержания органической составляющей от 0 до 30% в водно-метанольных смесях [40].
ПАУ как индикатор техногенного воздействия
В Печорское море впадает самая большая и полноводная река бассейна Северного Ледовитого океана в пределах европейской части России - р. Печора. Соответственно, экологическое состояние данной морской акватории в значительной степени определяется речным стоком, который составляет около 147 тыс. км3/год [66]. Расположенная на примыкающей территории Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция является крупнейшей топливно-энергетической сырьевой базой. Добыча нефти и газа на шельфе и побережье неизбежно приводит к загрязнению водной среды и накоплению в донных осадках и биоте ряда поллютантов. Географическая система р. Печора - Печорская губа - Печорское море является основным путем поступления загрязняющих веществ, в том числе и УВ антропогенного генезиса.
В пределах региона из-за густоты гидрографической сети нефтепроводы часто пересекают водные объекты и при авариях нефть с территории водосбора поступает в р. Печору. Так, например, крупной аварией был сброс нефти на участке магистрального трубопровода «Возей-Головные сооружения» (Усинская нефтяная авария). В результате многочисленных прорывов разлитая нефть попала в реки Хатаяга, Колва, Уса и Печора, откуда в период весеннего половодья вместе с талыми водами поступила в Печорскую губу. Утечка нефти по различным оценкам составила 14 тыс. т. (по оценке АО «Коминефть»), 60-80 тыс. т. (Академия технической экологии) и до 318 тыс. т. (по американским оценкам). Суммарная площадь участков, залитых слоем нефти, равнялась 146-147 га [66]. Оценить влияние последствий катастрофического нефтяного разлива на систему р. Печора - Печорская губа - Печорское море стало возможно благодаря детальному изучению донных отложений, отобранных в данном регионе до и после аварии (рис.3.5) [35, 78].
Для осадков Печорской губы, как и для осадков морской акватории характерна неоднородная картина литологического состава. В эстуарии Печоры выделяется зона песков, как правило, мелкозернистых, часто с примесью пелита, а ближе к устью - с включениями щепы и древесины. Полоса подобных песков тянется на восток параллельно южному берегу губы, в наибольшем от него удалении. В южном направлении, ближе к береговой линии их сменяют алевриты пелитовые, а в непосредственной близости к берегу аккумулируются более тонкозернистые отложения -пелиты алевритовые с различным содержанием песчаного материала. Подобное распределение отражает, очевидно, гидродинамические особенности водного стока Печоры [35, 66].
Характер распределения индивидуальных ПАУ в осадках Печорской губы, отобранных до разлива, несколько отличается от характера распределения в Печорском море (рис. 3.6). Доля пирогенных компонентов (202/ПАУ) практически не меняется, незначительно возрастает содержание перилена, что, вероятно, связано с увеличением доли терригенного материала в исходном органическом веществе. Соотношение же молекулярных масс 178 и 252 (178/178+252), которое является показателем нефтяного генезиса ПАУ [72, 80], возрастает вдвое (табл.3.3, рис.3.6). Так, для тонкозернистых отложений Печорского моря этот показатель составлял в среднем 0,29. По данным работы [77] он не превышал 0,3.
Вклад антропогенной составляющей в исследуемом регионе незначителен. Так, в составе ПАУ соединения ангулярного строения преобладают над линейными гомологами, компоненты геохимического фона доминируют над пирогенной составляющей, а содержание бенз(а)пирена составляет в среднем 9,7 нг/г, что свойственно малозагрязненным современным отложениям [13, 35, 79].
Вместе с тем, тенденция к увеличению содержания молекулярной группы 202 свидетельствует о наличии пирогенных компонентов, которые могли поступать в осадки с веткой Нордкапского течения или при аэрозольном переносе с последующей сорбцией и депонированием тонкозернистыми осадками [35]. Не исключена и возможность интенсивного судоходства. Однако, в общем, состав и распределение ПАУ является типичным и не превышает фоновых значений.
В осадках Печорской губы, отобранных после разлива, характер распределения ПАУ сохраняется только в песчаных образцах. Для тонкозернистых отложений тенденция распределения полиаренов совершенно противоположная. Так, при изучении изменения ПАУ на разрезе река-море (рис. 3.7) в осадках, отобранных после аварии, отмечается увеличение суммарного содержания полиаренов, связанное с более дальним переносом тонкодисперсного материала, обогащенного УВ. На геохимическом барьере, в зоне маргинального фильтра (смены гидрохимических параметров) [37, 80], происходит седиментация и депонирование значительного количества взвешенного материала, что приводит к существенному увеличению содержания в осадках малорастворимых компонентов ОВ, в том числе и ПАУ. Аномально
Аварийные ситуации: нефтяные разливы и их влияние на биотические компоненты Печорского моря
Проекты разведки, освоения и дальнейшей эксплуатации нефтяных месторождений неизбежно были и остаются, сопряжены с возникновением техногенных чрезвычайных ситуаций, потенциальными источниками которых являются загрязнения окружающей природной среды, в частности ПАУ, составляющими неотъемлемую часть нефти и наряду с этим образующимися в результате техногенного воздействия (глава 1).
Добыча углеводородов на шельфе разных стран осуществляется в течение последних трех десятилетий. За этот период были накоплены большие массивы статистических данных о различных аварийных ситуациях. Основными обобщающими выводами являются: тенденция к снижению объемов нефтяных разливов на всех этапах эксплуатации месторождений по сравнению с концом 70-х годов (исключение составляют чрезвычайные выбросы в 1991г. во время военных действий в Персидском заливе); чаще всего происходят незначительные утечки нефти, последствия которых быстро ликвидируют. Однако именно они создают устойчивый фон загрязнения в районах интенсивной нефтедобычи; скачкообразный характер катастрофических (разлив больше 30 тыс. т нефти) инцидентов обусловлен значительными объемами антропогенных потоков углеводородов, хотя такие ситуации и происходят с частотой от нуля до нескольких эпизодов в год.
Основные потоки нефти при авариях в море связаны с хранением и транспортировкой нефти танкерным флотом и по трубопроводам, а также в результате катастроф при буровых и промысловых работах на платформах (табл.3.9) [94, 95, 96]. Приведенные данные свидетельствуют, что, главную опасность, связанную с разливами нефти представляют аварии нефтеналивного танкерного флота.
Основными причинами подобных аварий являются погрузочно-разгрузочные работы, столкновения судов и посадка на мель. Вместе с тем, в последние годы по материалам международных баз данных наблюдается явная тенденция к снижению подобных аварий [26].
Вероятность нефтяных разливов на разных стадиях добычи, хранения и транспортировки нефти в ходе освоения и эксплуатации шельфовых углеводородных месторождений рассмотрена в таблице 3.10 [94].
Для количественного описания аварийных разливов разработаны многочисленные методы и математические модели. Все они приблизительны и условны, так как поведение нефти зависит от широкого набора самых разных и заранее неизвестных факторов, начиная от типа, обстоятельств, места и времени, и заканчивая гидрометеорологическими условиями.
Особенно сложная картина складывается в арктических условиях, когда скорость испарения и распада резко снижается, а нефть аккумулируется в подледном слое и его пустотах, сохраняясь здесь до начала таяние льда. Точно предсказать, а тем более количественно описать подобные инциденты практически невозможно. Как правило, для интегральной оценки и сравнительной характеристики аварийных разливов, используют методы и подходы теории риска [26]. Как уже описывалось выше, нефть относится к числу природных субстратов и ее поступление в морские акватории может происходить как за счет техногенных, так и за счет природных процессов. Поведение нефти в море зависит, прежде всего, от ее состава и свойств.
С химической точки зрения сырая нефть представляет собой сложную смесь жидких углеводородов (80-90%) с примесью других органических соединений (смолы, асфальтены и др.), а также воды, растворенных газов, минеральных солей и микроэлементов. Из анализа 500 различных нефтей установлено, что в «типичной» нефти содержится в среднем 29% ароматических углеводородов, часть из которых представлена ПАУ, состав и свойства которых близки к составу и свойствам техногенных полиаренов.
С первых секунд контакта с морской средой сырая нефть перестает существовать как исходный субстрат и подвергается сложным и динамичным процессам переноса, рассеяния и трансформации (рис. 3.28) [99]. Одновременно развиваются процессы растекания и дрейфа нефтяной пленки на поверхности моря (под действием ветра и течений) с растворением и эмульгированием нефти в морской воде в результате ветрового перемещения верхнего слоя. Растворимость углеводородов снижается с увеличением их молекулярного веса. Так, легкие углеводороды (такие как бензол, толуол) быстро переходят в водную фазу, а высокомолекулярные ПАУ, являющихся гидрофобными соединениями, сорбируются частицами взвеси и накапливаться в донных отложениях. Следовательно, в случае возникновения аварийных нефтяных разливов содержание ПАУ в донных осадках будет отражать истинную картину техногенной нагрузки.
