Специалисты Института проблем нефти и газа СО
РАН (Якутск) изучили годовую динамику состава и содержания органических
соединений в донных отложениях Норило-Пясинской водной системы. В 2020 году там
произошла авария — разлив около 20 000 тонн дизельного топлива. Исследователи
выяснили, что концентрации органических соединений и их состав изменились:
уменьшилось содержание углеводородов и полициклических ароматических
углеводородов, а смолистых компонентов — увеличилось. Работа опубликована в международном
журнале Marine Pollution Bulletin.
«Мы проводили исследование в течение трех лет в
рамках Большой Норильской экспедиции. Отбирали пробы почв, донных осадков и
изучали процессы трансформации нефтяных углеводородов, попавших в окружающую
среду в результате разлива дизельного топлива в Норильске. Поскольку у нас не
было данных о состоянии этой территории до аварии, мы сравнивали все результаты
с донными осадками фоновых, не затронутых разливом участков», — рассказала
ведущий научный сотрудник ИПНГ СО РАН кандидат химических наук Юлия
Станиславовна Глязнецова.
Работа специалистов в рамках Большой Норильской
экспедиции
Специалисты изучали четыре ключевых участка:
ручей Безымянный (от места аварии до устья), по которому распространялось
топливо, река Далдыкан и река Амбарная; устье реки Амбарная (донные осадки
здесь были самыми загрязненными как в первый, так и в последующий год наблюдения);
озеро Пясино; река Пясина, которая впадает в Карское море.
Исследователи отбирали донные осадки,
замораживали их и доставляли в стационарную лабораторию, где выполняли все
аналитические работы. После этого пробы высушивали, просеивали через сито и экстрагировали,
извлекали органическую составляющую, которую затем изучали с помощью комплекса
физико-химических методов анализа. С помощью метода колоночной
жидкостно-адсорбционной хроматографии определяли групповой компонентный состав:
содержание углеводородов, смол, асфальтенов. Структурно-групповой состав
экстрактов донных осадков изучали методом ИК-Фурье-спектроскопии.
Индивидуальный состав насыщенных углеводородов определяли методом
хромато-масс-спектрометрии.
Первый этап экспедиции проводили в 2020 году,
через два месяца после разлива. Второй — в 2021 году, донные осадки старались
отбирать в тех же координатах, что и в 2020 году, для корректной оценки годовой
динамики.
Исследование донных осадков через год после
аварийного разлива дизельного топлива показало, что, несмотря на низкую
самоочищающую способность водоемов в Арктике, изменились не только концентрации
органических соединений, но и структурно-групповой состав экстрактов. Содержание
углеводородов в донных отложениях Норило-Пясинской водной системы снизилось с
47,4 до 27,3 % в основном благодаря деградации низкомолекулярных углеводородов.
В наименьшей степени изменения затронули более консервативную фракцию
асфальтенов.
«Помимо поверхностных донных осадков мы изучали,
как меняется состав углеводородов в осадочной толще. Оказалось, что в некоторых
точках наблюдалось увеличение концентраций углеводородов к горизонту 5—10
сантиметров и даже 30—35 см. Они могли проникнуть в толщу за счет миграции и
перераспределения техногенных углеводородов, а также быть погребены уже новыми
осадками, которые сформировались после весеннего паводка, или привносом
органических соединений из окрестных заболоченных участков и пойменных озер», —
прокомментировала Юлия Глязнецова.
Ученые отмечают, что годовая динамика положительная.
Этому также способствовали мероприятия, проводимые ПАО «ГМК “Норильский
никель”» по восстановлению окружающей среды, которые повлияли на скорость деградации
нефтяных углеводородов. «Сейчас аномально высоких концентраций углеводородов,
которые могут нанести какой-то существенный вред окружающей среде, нет. С таким
количеством природа способна справиться сама за счет имеющегося потенциала
самоочищения», — отметила исследовательница.
Деградация нефтяных загрязнений происходит
поэтапно. Сначала этот процесс идет за счет физико-химических факторов
окружающей среды: испарения, растворения, окисления атмосферным кислородом,
ультрафиолетовой деструкции. На следующем этапе начинается биодеградация
нефтяных углеводородов под воздействием углеводородокисляющих микроорганизмов.
При этом разрушаются метано-нафтеновые фракции нефти, которые являются наиболее
токсичными для растений и донных микроорганизмов. На третьем этапе разлагаются
остальные, менее токсичные углеводородные компоненты, а также наиболее устойчивые
к биодеградации смолисто-асфальтеновые компоненты.
Продолжительность каждого этапа зависит от
природно-климатических условий, химического состава и объема разлитой нефти или
нефтепродуктов, содержания кислорода, гранулометрического состава донных осадков
и во многом от температуры окружающей среды.
Арктическая природа наиболее уязвима к разливам
нефти, поскольку экстремальные условия (низкая температура, ледяной покров,
полярная ночь) снижают способность водоемов к самоочищению. Нарушенным экосистемам
требуется больше времени, чтобы восстановиться после нанесенного ущерба.
«По литературным данным — работам, которые
проводились ранее, — период самовосстановления нефтезагрязненных территорий
может протекать десятки лет. То есть, если случился разлив, и с ним ничего не
делать — не чистить, не восстанавливать, разложение нефти в условиях Севера
может длиться до 50 лет. У нас накоплен большой опыт по изучению процессов
самовосстановления почв после разлива нефти. Так, на одном из объектов в
Якутии, где в 2006 году произошел аварийный разлив нефти, до сих пор
наблюдаются очень высокие концентрации углеводородов в почвах и донных осадках,
при этом их качественный состав изменился: например, уже нет низкомолекулярных
углеводородов», — сказала Юлия Глязнецова.
Для экологии углеводороды (особенно легкие
фракции и ароматические углеводороды) опасны тем, что обладают токсическим и
даже канцерогенным действием. В процессе трансформации нефтезагрязнения
образуют высокомолекулярные соединения: смолы и асфальтены, они цементируют почву,
нарушают ее водно-воздушный режим, в результате ухудшается поступление влаги и
питательных веществ, необходимых для растений.
Напомним, 29 мая 2020 года на ТЭЦ в Кайерканском
районе Норильска произошла разгерметизация резервного резервуара дизельного
топлива, принадлежащего Норильско-Таймырской энергетической компании. ТЭЦ
работает на природном газе, дизельное топливо используется в качестве резервного
источника и хранится в топливных резервуарах. Считается, что причиной аварии
стали упущения в проекте и недостатки в строительстве основания резервуара,
которые привели к внезапному проседанию свай фундамента из-за таяния вечной
мерзлоты. Часть свай не упиралась в скальный грунт, поэтому нагрузка была
распределена неравномерно. В результате исследований установлено, что дизельное
топливо распространилось по течению реки на 31 км и не достигло Карского моря.
На момент аварии в резервуаре находилось около 21 000 м3дизельного топлива. Вылилось
около 20 000 м3. При этом в землю попало 6 000 т, остальное в систему водотоков
ручья Безымянный, рек Далдыкан и Амбарная.