Характеристика нефтяных пленок

При попадании нефти в воду содержание кислорода в ней резко снижается за счет окисления им органических веществ и накопления промежуточных продуктов реакции. Например, в водах Балтийского и Северного морей наблюдается снижение концентрации кислорода и увеличение концентрации аммиака. Нефть достаточно активно взаимодействует со льдом, который способен поглощать ее в количествах до одной четверти от своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения любого района океана. Общее количество нефти, поступающей в мировой океан, к 2000 г., если не будут приняты эффективные меры защиты, достигнет 60 млн. т (по расчетам, например, 200 тыс. т нефти достаточно, чтобы превратить Балтийское море в биологическую пустыню).
При концентрациях нефтяных загрязнений выше 800 мг/м3 происходит подавление жизнедеятельности фитопланктона и возможно уничтожение планктона в целом. Это в свою очередь резко сокращает выработку кислорода океаническими водорослями. Доля этого жизненно необходимого элемента в планетарном балансе весьма значительна (известно, что океан дает около 50% кислорода, необходимого для жизни на Земле).
После попадания в океан нефть начинает перемещаться под влиянием ветра, течения, приливов и отливов. В результате таких природных процессов, как испарение, растворение, образование эмульсий, усвоение живыми организмами и выпадение в осадок состав нефти постоянно меняется вследствие разложения и трансформирования различных компонентов - составляющих нефти.
Все виды нефти содержат легкокипящие компоненты, которые быстро испаряются. В течение нескольких дней 25% нефтяного пятна исчезают в результате испарения. Низкомолекулярные компоненты выводятся главным образом в результате растворения, причем ароматические углеводороды растворяются быстрее, чем н-парафины при одинаковой температуре.
После улетучивания более легких фракций оставшаяся в море нефть подвергается биодеградации. Различные виды углеводородов, входящие в состав сырой нефти, разлагаются аэробными бактериями и грибами. Эта микрофлора разлагает нефть на составляющие, степень токсичности которых еще полностью не исследована.

Рис. 3.2.2.1. Процессы, наблюдаемые при попадании нефти в воду

Биохимическое (микробиологическое) воздействие бактерий, грибков и других микроорганизмов на компоненты нефти гораздо шире и охватывает самые разнообразные вещества по сравнению с процессами испарения и растворения. Однако не существует какого-либо одного микроорганизма, способного разрушить все компоненты определенного вида сырой нефти. Бактериальное воздействие характеризуется высокой селективностью и полное разложение всех компонентов нефти требует участия многочисленных бактерий различных видов. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, для разрушения которых требуются свои организмы. Парафиновые углеводороды наиболее легко разлагаются бактериями. Следовательно, более стойкие циклопарафиновые и ароматические углеводороды исчезают из океанской среды с гораздо меньшей скоростью.
Процесс бактериального воздействия длится в течение многих недель или месяцев, затем остаточные продукты разложения накапливаются и образуют частицы битума диаметром 0.1-10 см, дрейфующие по океану. Их поверхность покрыта аэробными бактериями. Нефтяные углеводороды подвержены также процессам химического окисления и фотоокисления, но в водной среде эти процессы еще не исследованы.
Скорость разложения является функцией физических параметров окружающей среды. Как и следовало ожидать, к таким параметрам в первую очередь относится температура. Содержание питательных веществ и кислорода в воде являются ключевыми факторами в процессах микробиологического разложения. Подсчитано, что для полного окисления 4 л сырой нефти требуется кислород, содержащийся в 1.5.106 л морской воды, насыщенной воздухом при 60 0С; это эквивалентно количеству морской воды, содержащейся в слое глубиной 30 см и поверхностью 0.5.104 м2.
В наши дни практически во всех районах Мирового океана можно найти следы биологического разложения нефти. Морские рыбы, проглатывая мелкие комочки нефти, накапливают значительные количества токсичных веществ, которые продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до человека.
Однако не следует спешить давать «зеленую улицу» различным средствам по борьбе с загрязнением нефтью, поскольку последствия применения этих средств могут иметь более негативный характер, чем само первичное загрязнение. Использование методов эмульгирования или осаждения нефти должно иметь серьезное научное и экологическое обоснование.
Экологические последствия загрязнения вод углеводородами, за исключением воздействия мазута на морских птиц, все еще мало изучены.
Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий: 1) непосредственное отравление с летальным исходом; 2) серьезные нарушения физиологической активности; 3) эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами; 4) болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм; 5) изменения в биологических особенностях среды обитания.
Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на некоторые важные процессы в клетках и особенно на процессы обмена между клетками.
Растворимые в воде ароматические углеводороды представляют наибольшую опасность для морской среды. Воздействие парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы (С10 и менее) может вызвать наркотическое действие, но необходимая для этого концентрация крайне высока и отсутствует в нефтяных пятнах. Смертельные концентрации ароматических углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию (т.е. пока не потеряны летучие и растворимые компоненты). Ниже дана оценка токсической чувствительности различных морских организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающей отравления:

Растворимые ароматические углеводороды, изменяя свойства водной среды, оказывают большое влияние на химические способы передачи информации в морских экосистемах. Морские хищники, например, находят свою добычу с помощью органических химических веществ, содержащихся в морской воде в количестве 10-7%. Подобная химическая природа процессов привлечения и отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания и для привлечения особей противоположного пола. Имеется достаточно информации, чтобы сделать предположительные выводы о влиянии растворимых компонентов нефти на химические коммуникационные процессы за счет блокирования рецепторов организма или подавления естественных стимулов.
Эффекты покрытия и удушения являются основными вредными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. Морские птицы стали первыми жертвами такого загрязнения. Углеводороды обволакивают перья птиц, нарушая их гидрофобность и сводя на нет защитную функцию оперения, поэтому покрытые мазутом птицы переохлаждались и гибли. Кроме того, птицы интоксицировались нефтью, поглощаемой ими во время ныряния или при попытках очистить перья. В результате этой интоксикации происходят серьезные нарушения эндокринной системы.
Поражения в результате накопления углеводородов в тканях характерно для многих, если не для всех морских организмов. Можно ожидать, что любой организм, живущий в водной среде, должен находится с ней в химическом равновесии. Поэтому, если содержание углеводородов в воде даже меньше 10-7%, они могут поглощаться организмом и накапливаться в различных тканях. Такое внедрение химических веществ, содержащих полициклические ароматические углеводороды, изменяет вкус съедобных организмов, кроме того, это опасно, т.к. подобные вещества являются канцерогенными.
Если воздействие загрязнений невелико и концентрация их мала, то они могут полностью выводиться из организма. Однако при продолжительном пребывании в этих условиях возможно постоянное загрязнение организма. Показано, например, что ракообразных и рыб выведение большинства углеводородов происходит в течение двух недель.