Расчет экологического ущерба при разливе нефти

В зимний период нефть  может вмораживаться в ледяной  покров и оставаться в таком состоянии до начала периода таяния, сохраняя при этом все свои свойства. Кроме того, нефть может попадать в ледяной покров в виде эмульсий: «нефть в воде» или «лед в нефти».

Такие факторы, как высокая  плотность и высокая вязкость нефти, образование эмульсий, образование более мелких капель нефти, способствуют вмерзанию нефти в ледяной массив. Также отмечается, что, при попадании нефти под ледяной покров, нефть может скапливаться и замерзать в подводной части торосистых образований. Торосы имеют большие шансы, чтобы «выжить» в течение нескольких сезонов, так что нефть может оставаться в торосах и других многолетних льдах длительное время.

Аккумулированная в осенне-зимний период льдом нефть в результате 
дрейфа льдины может переноситься на большие расстояния вплоть до начала 
таяния.

Таким образом, ледяной  покров выполняет функцию транспортировки 
нефтяного загрязнения из одного района в другой. При этом, в районе выброса 
нефтепродуктов лед играет роль «санитара», а в районе таяния - роль поставщика 
загрязнений. 

В принципе, нефть дрейфует вместе со льдом, однако, наблюдались  случаи, когда нефть, находящаяся в трещинах, под влиянием ветра придавала ледяному массиву дополнительный дрейф. Это объясняется низким трением между нефтью и водой, и, возможно, смазкой между льдинами, которая уменьшает внутреннее трение.

Нефть, оказавшаяся подо льдом, как правило, является следствием подводных выбросов. Однако, в некоторых случаях нефть может прижиматься под лед течением или попадать туда в результате смыкания льдин, хотя в последнем случае основная часть нефтепродуктов вымывается на поверхность льдины. В результате сцепления льдин нефть, находящаяся в пустотах подо льдом, может извлекаться оттуда за счет более высокой, относительно движения льдин, скорости течения. Для этого скорость течения должна превысить определенное пороговое значение [30, c. 76]

В весенне-летний период происходит увеличение пористости льда за счет увеличения его температуры. Ячейки рассола увеличиваются, объединяются и образуют вертикальные капилляры - солевые каналы. Рассол стекает вниз, и нефть, находящаяся подо льдом или в теле льда и имеющая меньшую плотность, замещает рассол и начинает вертикально мигрировать к поверхности. В результате происходит усиление внутреннего таяния, вследствие усиленного поглощения нефтяной линзой проникшей в лед солнечной радиации, и одновременно увеличивается скорость проникновения нефти через каналы наверх. Ряд исследователей пытались оценить скорость вертикальной миграции нефти, которая зависит от различных факторов, таких как: тип нефтепродукта, возраст и структура ледяного покрова, объем содержащейся во льду нефти, временная фаза процесса таяния (сезон, сроки) и т.д. В таблице 6 приведены некоторые данные исследований В.Н. Тарашкевича, касающиеся скорости вертикальной миграции нефтепродуктов во льду [30, c. 77].

 

Таблица 6. Скорости вертикальной миграции нефтепродуктов во льду в  весенне-летний период, см/сутки [30, c.77]

Тип нефтепродукта	Состояние снежно-ледяного покрова
	Снег толщиной 51 см, лед  толщиной 2 м	Снег толщиной 3 см, лед  толщиной 2 м	Многолетний лед (толщина  – 3 м)
Нефть (плотность – 0,88 г/см3)	8	13,5	16
Соляр		10,5

 

Как видно из таблицы 6, разброс скоростей при различных обстоятельствах составил диапазон 8-16 см/сутки. Кроме того, отмечается, что темные, более плотные, нефтепродукты мигрируют быстрее, чем светлые. Миграция по капиллярам и другим пустотам после весеннего стока солей изо льда в воду происходила со скоростью от 1 до 49 см/сутки, а среднесуточная скорость вертикального движения нефтепродуктов во льду была равна 8 см в сутки (эти исследования касаются однолетнего льда).

По мере появления нефти  на поверхности льда, значительная часть нефтепродуктов трансформируется. Вообще, трансформация нефтепродуктов, оказавшихся на поверхности льда или воды, протекает во все сезоны года (даже зимой в условиях полярной арктической ночи - испарение нефтепродуктов бывает довольно значимым). Процесс трансформации обуславливается, главным образом, испарением, фотоокислением и биологической утилизацией нефтепродуктов [30, c. 78].

Лед активно участвует  в накоплении и переносе химических веществ и тонкодисперсного материала на акваториях арктических морей. Особую экологическую опасность представляют разливы нефти на лед, который транспортирует ее на многие сотни километров.

Граница раздела «атмосфера—лед» в большой степени функционирует по тем же законам, которые свойственны границам «вода—лед» и «атмосфера—вода». Водные объекты северных широт от 5 до 8 месяцев в году покрыты льдом, а в Северном Ледовитом океане 77 % поверхности круглогодично занято льдом, и во взаимодействии океана с атмосферой раздел атмосфера-лед имеет большое значение. В СЛО лед циркулирует от 1 до 7 лет [30, c. 79]. За этот период в результате активности процессов таяния и замерзания происходит постепенная концентрация химических веществ на поверхности льда с образованием криоконитов — лужиц грязи. При этом лед играет не только роль механического, но и физико-химического барьера, на котором замедляются по отношению к воде процессы деструкции (испарение и биологическая утилизация) загрязняющих веществ [30, c. 79].

Аккумулированные льдами нефтяные соединения в результате механизма вертикальной миграции появляются на поверхности ледяного покрова. После этого лед служит платформой, на поверхности которой происходит трансформация загрязнения и со временем на поверхности льда остается только 6—10% высококипящих, токсичных углеводородов, которые переносятся дрейфующими льдами в районы, где они тают. Льды, аккумулируя в районе разлива нефтепродукта с поверхности воды, играют роль «санитара». А в районах, где лед тает, — роль «поставщика» загрязняющих веществ. При расчете потенциальной возможности переноса нефтепродуктов дрейфующим льдом в первую очередь необходимо иметь данные о массе переносимых льдами загрязняющих веществ.

Испарение в замерзающих морях, как и в других бассейнах Мирового океана, происходит практически во все сезоны года. В осенний и зимние периоды трансформация нефтепродуктов осуществляется в основном только за счет испарения. Испарение является одним из главных факторов эффективности механизма природного очищения в Арктике и других регионах Мирового океана (рис. 10) [30, c. 80].

По осредненным данным, за 20 суток наблюдений от первоначального содержания 100% испарилось 41% сырой нефти; 90% дизельного топлива (достигая в некоторых сериях 94%); 96% бензиновой пленки [30, c. 80].  

Вторым важным фактором, определяющим интенсивную трансформацию нефтяных загрязняющих веществ на границе раздела «вода (лед) — атмосфера» в Арктике, является окисление, которое обусловлено физическими и химическими процессами, как в море, так и в атмосфере.

Окисление нефтяных пленок на поверхности океана растворенным в воде кислородом одновременно с фотоокислением солнечной радиацией, происходит в два этапа. Сначала растворенный кислород окисляет органические вещества до таких соединений, которые пригодны для биохимического окисления. Затем живые существа подвергают остатки биологической утилизации. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры в разное время года, условий аэрации и реакции жизнедеятельности водных макро- и микроорганизмов. Поэтому растворенный в воде кислород имеет большое значение как для развития жизни и существования организмов в океане, так и химических и биохимических процессов окисления нефтяных загрязняющих веществ.

 

Рисунок 10.  Трансформация нефтяных пленок по данным экспериментальных  измерений в весенне-летние периоды 1978-1984 гг. [30, c. 80]

1-испарение чистой воды; 2- нефтяная  пленка; 3- дизельное топливо; 4- бензиновая  пленка

 

Воды Северного Ледовитого океана в основном перенасыщены кислородом, кроме южных районов арктических морей, особенно в устьях рек в весенний и летний периоды. Но в целом содержание в воде растворенного кислорода выше, чем в тепловодных морях. Оно достигает даже летом в Карском море 117%, а в Чукотском море 130% [30, c. 81]. В открытых районах морей состояние перенасыщенного кислородом поверхностного слоя может сохраниться при низкой температуре воды и под ледяным покровом до конца зимы.

Вклад микроорганизмов  в механизм естественного самоочищения полярных вод и льдов от нефтяных загрязняющих веществ невелик. Он составляет всего 2—7% от интегральной величины естественного очищения поверхности арктических вод в весенне-летние сезоны [30, c. 81]. Естественно, в осенние и зимние сезоны процессы биологической утилизации нефтяных углеводородов менее активны.

Одним из основных факторов скорости биодеградации нефтяных углеводородов в водах Мирового океана является термический, который вместе с другими элементами морских систем оказывает существенное влияние, как на метаболизм, так и на численность микробных популяций. Микроорганизмы способны окислять углеводороды в широком диапазоне температуры: от -1,1 до +70° С. Однако при понижении температуры по мере приближения к 0°С скорость биодеградации углеводородов, как правило, снижается. Это связано в первую очередь с уменьшением биохимической активности микроорганизмов и темпов их размножения. Численность микроорганизмов, в том числе углеводородокисляющих наиболее высока летом. Термические условия в бассейне оказывают существенное влияние и на скорость окисления нефти микроорганизмами. Внимание исследователей к изучению процессов биодеградации нефти при низкой температуре в настоящее время возросло в связи с расширением поиска нефти в арктических морях, в которых, по мнению специалистов, чувствительность экосистем к нефтяному загрязнению довольно высока.

Экспериментальным путем установлено, что в арктических условиях удельный вклад испарения в среднем  – 65-70%, фотоокисления – 25-30%, а биологической  утилизации – всего 1-5% [30, c. 81].

Таким образом, в результате проведенного анализа были построены сезонные карты интегральной уязвимости акватории Баренцева моря, определены участки моря, нуждающиеся в наибольшей защите (рис. 11).

Рисунок 11. Карты относительной интегральной уязвимости Баренцева моря с учетом сезонных различий в количественных показателях распределения гидробионтов

А – зима Iкв., Б – весна IIкв., В – лето IIIкв., Г – осень IVкв. [23, c. 59]

 

Наиболее уязвимыми районами Баренцева моря (ранги 5 и 4) являются прибрежные районы. В первую очередь, это прибрежье Мурмана – полоса шириной от 20 км зимой, до 70–120 км весной и летом и до 140 км осенью вдоль побережья Кольского полуострова, а также прибрежная полоса до 40 км вдоль западного побережья архипелага Новая Земля.

Уязвимыми также являются восточные районы Печорского моря (ранг 4). Остальные районы Баренцева моря имеют меньшую уязвимость относительно указанных районов для каждого сезона. Летом средней уязвимостью характеризуется южный район Баренцева моря до 74 градуса с.ш., весной – примерно до 71 градуса с.ш. и в отдельных районах у кромки льда (ранг 3). В целом самые уязвимые сезоны – весна и лето, причем различие в уязвимости между ними незначительно. Наименее уязвим зимний сезон, хотя с точки зрения рисков аварийных разливов, именно зима и осень – наиболее опасные сезоны. При сделанных предположениях весь район Баренцева моря (включая покрытые льдом районы) в летний и весенний сезоны примерно в 8 раз более уязвим, чем в зимний, и более чем в 2,5 раза уязвим больше, чем осенью [23, c. 59].

Таким образом, полученные результаты исследования могут служить для зонирования акватории Баренцева моря (определение закрытых акваторий, коридоров и т. д.) по отношению к нефтегазовой отрасли и судоходству.

 

2.5. Оценка риска по  грузообороту на основе международной  статистики

 

Достаточно многочисленны статистические массивы по авариям танкеров и других судов и разливам нефти. Перечислим основные из них:

• База данных ITOPF Past Spill Statistics, которую поддерживает и пополняет «International tanker owners pollution federation ltd.» (Международная федерация танкеровладельцев) [72] открыта для доступа, содержит статистику по разливам нефти в Мировом океане с 1970 г. не только танкерами, но и другими судами (общее количество за год). В ней можно найти информацию об объеме, типе разлитой нефти, причинах и местоположении разлива;

• База данных «The Marine Safety Management System (MSMS)» размещена на сайте Береговой Охраны США (U.S.Coast Guard) [73]. В базе приведены ежегодные данные и графики с 1969 г. о местах, объемах, причинах разливов нефти, жидких химических веществ, сточных вод, типах судов, географическому положению разливов. Однако вся информация относится только к США и прилегающим акваториям;

• База данных Хельсинской Комиссии HELCOM [68] содержит данные о частоте и объемах разливов в Балтийском море с 1978 г.;

• База данных береговой охраны Канады – «Canadian Maritime Casualty Information System». В ней приведены данные об аварийности перевозок и разливах нефти с 1979 г. на северо-восточном побережье Канады.

Наиболее подробным источником по надежности оборудования являются база данных и публикации в рамках международного отраслевого проекта OREDA (Offshore Reliability Data) [67]. В 1981 г. крупнейшие нефтегазовые компании договорились о создании единой базы данных по надежности (частоте отказов, наработкам на отказ, времени восстановления и т.п.) элементов технологического, электротехнического, механического и контрольного оборудования верхних строений и подводной части морских платформ. В рамках проекта регулярно издаются новые справочники, перечень рассматриваемых элементов и оборудования расширяется.

К числу немногочисленных комплексных источников относится база Quantitative Risk Assessment Datasheet Directory [69], специально созданная крупными нефтегазовыми компаниями для информационного обеспечения количественного анализа риска. В базе содержится широкий круг данных по аварийности платформ и отдельных элементов оборудования (технологические установки, трубопроводы, хранилища нефти, подъемное оборудования, скважины), аварийным событиям (экстремальные погодные условия, столкновения с судами, разрушения конструкций и оборудования), надежности систем безопасности (детекторы дыма и газа, аварийная остановка и разгрузка оборудования, противовыбросовое оборудование, активные противопожарные системы и т.п.), а также по проявлениям человеческого фактора, смертности и травматизму на сухопутных и морских промыслах.