Расчет экологического ущерба при разливе нефти

В естественной среде зоопланктонные организмы обычно избегают критических концентраций растворимых компонентов нефти (0.005-0.5 мг/л), уходят в незагрязненную воду и быстро восстанавливаются.

Очень велико влияние нефти и  ароматических углеводородов на пелагических креветок и их личинок. Было установлено, что они погибают при концентрациях 0.001 мг/л (Куллини, 1981) [38]. Эксперименты на 8 видах планктонной фауны на Аляске при температурах 4-8ºС показали, что арктические виды ракообразных имеют повышенную чувствительность к воздействию нефти. Сходные данные по чувствительности морского зоопланктона были установлены в отношении растворенных нефтяных углеводородов (РНУ) при концентрациях 100-1000 мкг/л. Имеются данные о восприимчивости зоопланктона к продолжительному воздействию (180 суток) вод, содержащих полициклические ароматические углеводороды [51, c. 65].

По опытным данным, диапазон пороговых концентраций (минимальные уровни содержания в среде, при которых измеряемые показатели снижались до 50 % в опытах, соизмеримых по длительности с онтогенезом данного организма) растворенных фракций нефти и нефтепродуктов для зоопланктонных ракообразных составляет 0.1-100 мг/л, токсических (пределы содержания в среде, при которых измеряемые показатели достоверно снижались более чем на 50 % от контрольных в опытах длительностью не менее 2-4 суток) для ранних стадий онтогенеза – 0.1-1 мг/л, для взрослых особей - 1-105 мг/л.

Экспериментом в Кольском заливе (объем разлива 50 л сырой нефти на 100 м²) не выявлено значимых изменений в биомассе, численности и видовой структуре зоопланктонного сообщества в результате разлива нефти. Уже через три дня после разлива при сохраняющейся нефтяной пленке имела место последовательная смена биозооценозов и доминирующих видов, адекватная контрольной акватории [51, c. 66].

3) Бентосные организмы.

В силу ограниченной подвижности и  отсутствия возможности активного ухода из зоны влияния нефтяного загрязнения, бентосные организмы, в отличие от большинства представителей ихтиофауны и планктона, являются экологической группой повышенного риска, однако, преимущественно, в том случае, когда нефтяное загрязнение происходит в достаточной близости от берега, и нефтяная пленка достигает литорали.

Массивное растекание нефти по литорали может приводить к обволакиванию  и механическому загрязнению  организмов бентоса. Организмы, которые  обитают на дне открытого моря, повергаются действию нефти в случае ее затопления или естественного осаждения, возникающего при авариях танкеров или буровых работах близи их местообитания; эта нефть может быть свежей и очень токсичной. Так называемая выветренная нефть, достигающая литорали спустя несколько суток после аварии или сброса в открытом море, химически мало активна, и, следовательно, менее токсична. 

Наиболее уязвимой для нефтяного  загрязнения представляется молодь, которая образует крупные скопления у берегов на глубинах меньше 60 м и не совершает значительных миграций, из-за чего лишена возможности активного избегания продуктов загрязнения. Наименее уязвимыми являются взрослые особи, которые совершают значительные миграции и проводят большую часть года на глубинах, превышающих сто метров. Для них нефтяное загрязнение опасно только в весенний период, когда они выходят на прибрежные мелководья для нереста, линьки и спаривания.

4) Ихтиофауна.

Поскольку нефть при аварийных  разливах в больших количествах  встречается на поверхности моря или выбрасывается на берег, а рыба во взрослом состоянии отличается большой подвижностью и обитает в основном в толще воды или у дна, она в значительно мере способна избегать неблагоприятного воздействия. Наиболее уязвимой для воздействия нефти можно считать икру рыб, личиночные стадии, виды рыб, обитающие в лагунах приливной зоны, в эстуариях (губах и заливах) или иных закрытых водах с затруднённым водообменном.

Икра и личинки рыб особенно чувствительны к воздействию нефтепродуктов. Под действием парафинов и ароматических углеводородов личинки многих водных животных течение первых двух суток наркотизируются, а на третьи сутки опускаются на дно и погибают. Некоторые виды нефти, соляровое масло, флотский мазут оказывают токсичное действие на развивающуюся икру камбалы. Личинки смариды при концентрации нефти 0.644 мг/л погибали в первые двое суток после выклева. Особенно чувствительными к растворенным нефтепродуктам были ранние стадии развития [51, c. 67].

В ряде экспериментальных работ  с атлантической треской (Gadus morhua) показано, что при концентрации растворенных нефтяных углеводородов (РНУ) выше 0.05 мг/л наблюдается реакция избегания рыбой загрязненных вод. При длительном воздействии концентраций РНУ в диапазоне 0.05-0.1 мг/л наблюдается снижение роста трески, а также морфологические и поведенческие аномалии. При увеличении концентрации нефти выше 0.15 мг/л в течение 90 суток отмечаются гематологические и гистологические нарушения . В то же время показано, что неблагоприятные изменения в развитии икры и личинок трески наблюдается в концентрациях уже более 0.03 мг/л. В отношении ряда рыб Баренцева и Белого морей: трески, пикши, семги и сайды в экспериментах в диапазоне концентраций 0.025-0.035 мг/л отмечены пороговые реакции дыхательной системы.

Высокочувствительными к присутствию нефтяных углеводородов в воде оказались личинки сельдей: снижение их выживаемости и нарушение дыхания были отмечены в острых опытах (1-7 суток) уже при концентрациях 0.025-0.062 мг/л.

Таким образом, можно выделить в  качестве наиболее уязвимых для поверхностных разливов нефти и нефтепродуктов следующие экологические группы и виды рыб:

1) нерестящиеся в прибрежных районах  виды рыб (сельдь, мойва, треска, навага);

2) рыбы, икра и личинки которых развиваются в верхних слоях воды или на дне (сельдь, мойва, треска, навага, сайка и др.);

3) стайные рыбы, образующие плотные  скопления в верхних слоях  воды (сельдь, мойва, навага, сайка  и др.); проходные и полупроходные  виды, важную роль для которых  в период нерестовых миграций  имеет хеморецепция и которые ежегодно заходят в устья рек для последующего нереста (лососевые, сиговые, корюшковые).

5) Орнитофауна.

Состояние популяций морских птиц является, пожалуй, одним из лучших индикаторов общего «здоровья» морской  экосистемы, отражающей суммарное воздействие всех факторов (рыболовства, судоходства, шельфовых разработок, развития береговой инфраструктуры, туризма, изменений климата) и дает неоценимую информацию для выработки общей стратегии природопользования и сохранения ресурсов в постоянно меняющихся условиях [51, c. 67].

На птиц нефтяное загрязнение отрицательно воздействует через систему пищеварения и через нарушение теплообмена. Попадание нефтепродуктов на оперение нарушает термоизоляцию и легко ведет гибели. Даже тонкий нефтяной слик способен впитываться в оперение и нарушать структуру пера. Если чайки поспешно покидают загрязненные места, то птицы-ныряльщики рефлекторно ныряют и еще больше загрязняются. Из оперения погибших уток (чернеть) извлекали около 7 г нефти [51, c. 68]. Особенно опасно нефтяное загрязнение в холодных условиях и в условиях большой скученности.

6) Морские млекопитающие.

Известны случаи массовых выбросов китов и дельфинов на берег, а также, например, гибель колонии калифорнийских морских львов и северных морских слонов [51, c. 69]. Одни авторы склонны считать это результатом загрязнения среды, другие следствием естественных причин [51, c. 68] Некоторые ученые, например [50, c. 69], полностью отрицают связь между гибелью арктических тюленей и загрязнением среды сырой нефтью.

Однако более детальные исследования ученых ММБИ показывают, что нефть  вызывает патологические изменения  в поведении и физиологии животных. Например, кольчатая нерпа быстро адсорбировала углеводороды сырой нефти, которые затем обнаруживались в крови, плазме, твердых тканях тела. Более высокие уровни углеводородов в печени и мочевом пузыре указывают на пути выведения токсикантов (ссылку).

Киты и дельфины обладают только щетиной на более или менее  гладкой коже, которая вместе с  подкожным жиром обеспечивает их теплоизоляцию. Они непременно всплывают к поверхности в период деторождения, тем не менее, нефть долго не пристает к их наружным покровам. Будучи высокоорганизованными животными и одновременно хорошими пловцами, они, как и следует ожидать, подобно большинству рыб, избегают зон заметно загрязненных нефтью. Хотя известны наблюдения, когда после аварии танке в заливе Санта-Барбара в 1969 г. дельфинов Tursiops truncates находили выброшенными на берег с закупоренным нефтью дыхалом и другими повреждениями [51, c. 69].

При контакте нефти и нефтепродуктов с морской средой возникает множество процессов, характер и особенности которых определяются конкретными параметрами среды. Химический состав нефти, ее количество, наличие примесей, физические и химические параметры воды, гидродинамическая обстановка - сложение этих и многих других факторов определяет в каждом конкретном случае особенности взаимодействия нефтепродуктов с морской средой. Но все же возможно выделение нескольких общих характерных процессов (табл. 3):

Таблица 3. Биогеохимические процессы преобразования и переноса нефти  и нефтепродуктов в морской среде [41, c. 80]

Физическое распределение и характеристики нефти, разлитой подо льдом, над ним или между льдинами, имеют решающее значение при определении наиболее эффективных методов реагирования на различных стадиях нарастания и таяния льда. Физико-химическое преобразование углеводородов в ледовых условиях определяется рядом важных процессов, часть из которых показана на рис. 7 и описана ниже.

Рисунок 7. Распространение и преобразование нефти в ледовых условиях [59, c. 14]

Рассмотрим особенности распространения нефти в условиях битого льда. При наличии битого льда нефтяной разлив распространяется медленнее, толщина нефтяной пленки превышает показатели для открытой воды. При сплоченности льда 6-7 баллов соприкосновение льдин образует барьеры, препятствующие распространению нефти. При меньшей сплоченности льда скорость распространения нефти постепенно растет и при сплоченности 3 балла достигает скорости, отмечаемой в открытой воде.

При сплошном ледовом покрове даже крупные разливы сырой нефти (тысячи кубометров) распространятся подо льдом лишь на сотни метров от точки разлива, в зависимости от подледных течений и шероховатости льда. Естественные изменения в однолетнем льду приводят к образованию большего числа подледных карманов, в которых разлитая нефть удерживается на сравнительно малой площади. Согласно исследованиям Беха и Свеума [58, c. 57-71], объем подледных карманов к апрелю достигает 60 000 м³ на км². В начале зимы это значение в два раза меньше, поскольку поверхность льда более гладкая.

Средняя толщина слоя нефти подо льдом может изменяться от нескольких сантиметров в начале зимы до десятков сантиметров в апреле. Максимальная наблюдавшаяся толщина составляла соответственно 10 и 30 см [31, c. 59].

Рассмотрим особенности разлива на поверхности льда. Нефть, разлитая на дневную поверхность льда, распространяется гораздо медленнее и на меньшей площади, чем при разливе в воде, то есть толщина нефтяного пятна на льду гораздо больше толщины нефтяной пленки такого же объема в воде. Распространение нефти на поверхности льда сходно с её распространением на земле. Скорость распространения определяется плотностью и вязкостью нефти, а окончательная площадь загрязнения зависит от шероховатости поверхности льда.

Так, проведенные натурные разливы нефти [35, c. 59] объемом 5 л на льду показали, что через 5 минут после разлива пятно нефти принимает форму эллипса площадью 0,85 м². В дальнейшем, при сохранении видимой границы этой линзы, происходит увеличение площади смоченной нефтью поверхности льда вокруг этой линзы и через 100 часов она составляла 1,73 м². Кроме того, наблюдения показали, что по мере впитывания нефти в лед в течение двух часов со скоростью 20 мм/час под пленкой нефти обнаруживается вода, и нефть перестает впитываться. Следовательно, скорость растекания зависит не только от гидродинамических факторов, но и от физико-химического взаимодействия твердой и жилкой фаз.

Наблюдения за растеканием нефти на льду (рис. 8) позволяют объяснить кинетику растекания нефти по льду диффузионными процессами, в частности, процессом поверхностной диффузии. Этот процесс приводит к тому, что отдельные молекулы нефти опережают макроскопическую границу линии смачивания и адсорбируются на поверхности лед-воздух, в результате поверхностное натяжение нефти на границе со льдом снижается и соответственно уменьшается движущая сила растекания.

Рисунок 8. Кинетика растекания нефти по поверхности морского льда при различных

объемах разлива (1, 2, 3 — разливы объемом 5, 2 и 1 л соответственно) [58, c. 57]