Экология/2. Экологические и метеорологические

проблемы больших городов и промышленных зон

Котелевец М. М.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украина

Анализ токсического воздействия компонентов нефти на биоту

Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий из большого количества углеводородов (УВ) и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Главные элементы: углерод - 83-87%, водород - 12-14%, азот, сера, кислород - 1-2%, реже 3-6% за счет серы.

В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти приняты содержание легкой фракции (начало кипения 2000ºС), метановых УВ (включая твердые парафины), циклических УВ, смол, асфальтенов и сернистых соединений.

Легкая фракция нефти включает низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические УВ. Это наиболее подвижная часть нефти, большую часть которой составляют метановые УВ. Метановые УВ, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью. Они лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны и при этом дезорганизуют их. Большинство микроорганизмов не ассимилируют нормальные алканы, хотя они и могут быть окислены. Вследствие летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных алканов их действие обычно не бывает долговременным. Многие исследователи отмечают сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. Такая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения. С уменьшением содержания токсичность нефти снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет.

В нефти, богатой легкими фракциями, существенную роль играют более высокомолекулярные метановые УВ, состоящие из алканов и изоалканов в соотношении 3:1. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у УВ с более низкомолекулярной структурой.

Алканы ассимилируются многими микроорганизмами (дрожжи, грибы, бактерии). Легкие нефтепродукты типа дизельного топлива при первоначальной концентрации в почве 0,5% за 1,5 месяца деградируют на 10-80% от исходного количества в зависимости от содержания летучих УВ. Более полная деградация происходит при рН 7,4 (64,3-90%), в кислой среде (рН=4,5) нефтепродукты деградируют лишь до 18,8%.

Содержание твердых метановых УВ (парафинов) в нефти - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Парафины не токсичны для живых организмов и в условиях земной поверхности переходят в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он надолго может “закрыть” все поры почвенного покрова, лишив почву возможности свободного влагообмена и дыхания. Это, в первую очередь, приводит к полной деградации биоценоза.

Наиболее токсичными компонентами нефти являются ароматические УВ. В концентрации всего 1% в воде они убивают все водные растения. Нефть, содержащая от 30-40 % ароматических УВ, значительно угнетает рост высших растений. Моноядерные УВ - бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы, чем полиароматические углеводороды (ПАУ), так как ПАУ медленнее проникают через мембраны клеток. Однако, в целом, ПАУ действуют более длительное время. Ароматические УВ трудно поддаются разрушению. Экспериментально показано, что главным фактором деградации ПАУ в окружающей среде, в особенности в воде и воздухе, является фотолиз, инициированный ультрафиолетовым излучением. Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные компоненты нефти. Смолы - вязкие вещества, асфальтены - твердые, нерастворимые в низкомолекулярных УВ. По содержанию смол и асфальтенов нефти подразделяются на: малосмолистые (от 1-2 до 10% смол и асфальтенов), смолистые (10-20%) и высокосмолистые (23-40%).

Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти. Среди нетоксичных и малотоксичных металлов можно выделить кремний, железо, алюминий, марганец, кальций, магний, фосфор. Другие микроэлементы, такие как ванадий, никель, кобальт, свинец, медь, уран, мышьяк, ртуть, молибден в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз.

Негативное влияние смолисто-асфальтеновых компонентов на почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в значительном изменении водно-физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте. Также эти компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление влаги, в результате чего растения погибают. Смолисто-асфальтеновые вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма проходит очень медленно, иногда десятки лет. В целом, при окислительной деградации нефти в почвах, независимо от того, происходит механическое вымывание загрязняющих веществ или нет, смолисто-асфальтеновые вещества имеют тенденцию к накоплению.

Таким образом, нефть и ее компоненты оказывают пагубное влияние на почву, изменяет водно-физические свойства почвы, влияет на жизнедеятельность организмов и, тем самым, приводит к угнетению, а иногда и к уничтожению биоты.

Литература:

1. Пиковский Ю.И. Трансформация и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М., МГУ,1993, 207с.

2. Рогозина Е.А., Архангельская Р.А., Свечина Р.М. Модели изменения различных типов почв под воздействием углеводородного загрязнения. СПБ., 2004, с. 131-139.

3. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на нефтяной и газовой промышленности. М., Недра, 1986.