WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Особенности распределения полициклических ароматических углеводородов в донных осадках Арктических морей

Автореферат кандидатской диссертации

 

Санкт-Петербургский Государственный Университет

На правах рукописи

Литвиненко Иван Владимирович

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ДОННЫХ ОСАДКАХ

АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2012


Работа выполнена на кафедре Геоэкологии и Природопользования факультета Географии и Геоэкологии Санкт-Петербургского Государственного Университета

и в лаборатории Органической Геохимии отдела Нефтегазоносности Арктики и Мирового Океана ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга»


Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук, профессор


Белозерский Геннадий Николаевич

(Санкт-Петербургский           Государственный

университет)



Официальные оппоненты: доктор геол.-мин. наук, профессор, заместитель директора по научной работе


Питулько Виктор Михайлович (Научно-Исследовательский Центр экологической безопасности РАН)



кандидат географических наук, старший научный сотрудник


Табуне Эрик Викторович (Санкт-Петербургский Государственный университет)


Ведущая организация: Российский Государственный Гидрометеорологический Университет

Защита состоится « 15 мая» 2012 г. в « 15 » часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.232.21 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском Государственном Университете по адресу: 199178, г. Санкт-Петербург, В.О. 10-я линия, д. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Университета по адресу: Университетская наб., 7/9.

Автореферат разослан «__ 12_апреля____ » 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.232.21

доцент, кандидат географических наук Пряхина Г.В.

2


Актуальность исследований:

Сегодня все больше специалистов в области наук о Земле обращают свое внимание на район Арктики. Причиной пристального внимания ученых и общественности к северным областям нашей планеты является повышенная ранимость экосистем полярных регионов, с каждым годом все более вовлекаемых в хозяйственную деятельность человека. Основным элементом этой деятельности является добыча энергетических ресурсов, необходимых человечеству для поддержания его существования. Последствиями роста добычи энергоресурсов стало то, что объекты нефтегазового комплекса начали функционировать во многих отдаленных и до недавнего времени малоизученных в экологическом плане регионах. Шельф морей Арктики содержит огромные запасы нефти и газа, добыча которых возрастает, и возрастает угроза загрязнения экосистем морей Арктики нефтяными углеводородами (НУ). Увеличивается число аварийных ситуаций, сопровождающихся попаданием в природную среду загрязняющих веществ (АМАП, 1998; Патин, 2001; Додин, 2005).

Стремясь уменьшить вредное воздействие, оказываемое на природную среду нефтегазовым комплексом, особое внимание следует уделить последствиям загрязнения наиболее опасными — токсичными химическими веществами. Группой таких веществ и являются полициклические ароматические углеводороды (далее ПАУ). Широкое распространение соединений этой группы в природных объектах и возможность определения антропогенного вклада и природного геохимического фона также подтверждают правильность выбора именно этих соединений для исследований (GESAMP, 1993; АМАП, 1998; АМАП, 2010).

В силу чрезвычайно высокой изменчивости водных масс, рациональным является изучение донных осадков. Геохимическое изучение донных осадков позволяет делать выводы об источниках и путях поступления в водную экосистему ПАУ, охарактеризовать интенсивность и многолетнюю динамику этого поступления, делает возможным выявление не только зон накопления ПАУ, но также и экологических последствий взаимодействия их с биотической компонентой экосистем (Dalile S. et. al., 2006; Куршева и др., 2009).

з


Целью настоящего исследования является:

Изучение особенностей распределения ПАУ в донных осадках Арктических морей и возможных последствий для гидробионтов региона от воздействия на них ПАУ донных осадков.

Задачи исследования включают в себя:

  1. отбор образцов донных осадков в акваториях Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей с последующим лабораторным определением концентраций отдельных соединений и суммы ПАУ;
  2. определение причин формирования зон с повышенным содержанием ПАУ в донных осадках;
  3. установление природного фона ПАУ морей Арктического региона и выделение зон антропогенного воздействия;
  4. выявление источников и путей поступления ПАУ в экосистемы Арктических морей с целью изучения возможных последствий их воздействия на морские гидробионты;
  5. поиск значений и пороговых уровней воздействия ПАУ на представителей морской биоты.

Объектами исследований являются донные осадки (верхний слой, 1-10 см) Арктических морей (Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское) и содержащиеся в них полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Материалом исследований послужили образцы донных осадков, отобранные в ходе морских научно-исследовательских экспедиций ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» в 1991 - 2007 гг. на акваториях Арктических морей, в том числе при непосредственном участии автора (7 экспедиций в период с 2004 по 2007 гг.).

4


Научная новизна:

  1. Использование данных по содержанию ПАУ, как маркеров, при оценке экологических последствий антропогенного воздействия на акваториях Арктических морей;
  2. Выявлены особенности распределения ПАУ в донных осадках зон геохимических аномалий исследуемого региона, и определены возможные причины формирования этих аномалий;
  3. Установлено, что во всех исследованных к настоящему времени акваториях российского сектора Арктических морей содержание ПАУ в донных осадках не представляет экологической опасности.

Практическая значимость заключается в следующем:

  1. Полученные результаты необходимы для проведения геоэкологического мониторинга на акваториях Арктических морей и определения фоновых параметров распределения ПАУ в донных осадках;
  2. Точность современных методов определения содержания ПАУ полностью удовлетворяет требованиям экологического мониторинга, и их развитие должно базироваться на сокращении времени измерений с целью повышения детальности изучения территорий;
  3. Результаты по анализу распределения ПАУ в донных осадках Баренцево-Карского региона необходимы при оценке состояния природной среды, как на этапах, предшествующих нефте- и газодобыче, так и в ходе ее осуществления;
  4. Полученные результаты по определению индивидуального состава ПАУ позволяют определить источники поступления их в морскую среду.

Защищаемые положения:

1. Выявлены основные источники поступления ПАУ в донные осадки Арктических морей, которые включают в себя источники естественного и антропогенного происхождения.

5


2.  Проанализированы особенности накопления ПАУ гидробионтами, а также

зависимости возникновения биологических эффектов у морских организмов от

концентрации ПАУ в донных осадках.

3.    Для наиболее эффективного выявления антропогенных источников

поступления ПАУ в морские экосистемы необходимо определение содержания

отдельных компонентов группы ПАУ.

Апробация работы:

Результаты исследований были представлены на ряде международных конференций: «Fifth International Workshop on Land-Ocean Interactions in the Russian Arctic» (LOIRA) (Москва, 2004г.); «Океанотехника и геология: проблемы освоения шельфа» (Санкт-Петербург, 2005г.); «XVI Международная школа морской геологии. Геология морей и океанов» (Москва, 2005); «Современные экологические проблемы Севера» (Апатиты, 2006г.); «XVII Международная школа морской геологии. Геология морей и океанов» (Москва, 2007); «Challenges for oil and gas development in the Arctic. Abstracts Arctic frontiers» (Тромсе, 2008г.); «Успехи органической геохимии» (Новосибирск, 2010); «Новое в геологии и геофизике Арктики, Антарктики и Мирового океана» (Санкт-Петербург, 2010); «25th International Meeting on Organic Geochemistry» (Интерлакен, 2011) и ряде других.

Основное содержание диссертации изложено в 12 работах.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав и выводов. Общий объем работы составляет 145 страниц, содержит 35 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 171 наименование.

Благодарность :

Автор благодарен всем сотрудникам лаборатории органической геохимии отдела Нефтегазоносности Арктики и Мирового Океана ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга», без тесного сотрудничества с которыми изучение распределения полициклических ароматических углеводородов в донных осадках Арктических морей

б


представить невозможно. Большую помощь автор получил от сотрудников ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» в ходе полевых работ и при отборе образцов для исследования. Автор выражает искреннюю признательность Лаборатории полярных и морских исследований им. Otto Юльевича Шмидта (ОШЛ) за поддержку исследований.

Содержание работы:

Во «Введении» обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, изложена научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Глава 1 «Полициклические ароматические углеводороды в морских экосистемах: источники, механизмы переноса»

Для правильной оценки возможных экологических последствий воздействия ПАУ на морские экосистемы необходимо представлять основные процессы образования ПАУ, их строение и источники поступления в гидросферу.

С некоторой степенью условности можно выделить четыре группы механизмов образования и поступления ПАУ в природную среду: космические, эндогенные, биогеохимические и техногенные.

Для нас, с экологической точки зрения, более удобной является классификация, базирующаяся на данных о генезисе ПАУ и делении их на три основные группы: пирогенные, нафтидогенные и биогенные (Yunker et. al., 1996). Что касается образования пирогенных ПАУ, то роли техногенных процессов (энергетика, химическая промышленность, автотранспорт,...) и природных процессов (вулканизм, лесные пожары, тектонические и гидротермальные проявления,...) (Ровинский и др., 1988; Killops, Massoud, 1992), в ходе которых происходит высокотемпературное преобразование углеводородных соединений, сопоставимы. Поступление в морскую среду углеводородов нафтидогенного происхождения, в том числе и ПАУ, может быть также обусловлено как техногенными процессами, так и природными. К первым относятся потери при транспортировке, разведочном и добычном бурении, в результате аварийных разливов. Однако, данные показывают, что природные процессы, связанные с миграцией НУ в земной коре, возможно, являются основными в

7


поставке ПАУ нафтидогенного происхождения в морскую среду (Пиковский, 1993). Эрозия и переотложение природных битумов, углей, горных пород и почв, содержащих ПАУ, также влияют на состав и распределение ПАУ в морских осадках (Геннадиев, Пиковский, 1996).

Композиционный состав ПАУ изменяется в зависимости от генезиса, условий формирования и возраста нефтей. При этом он зачастую наследуется от нефтеобразующих пород (Петрова, 1999).

Полициклические ароматические углеводороды биогенного происхождения образуются на стадиях седиментации и раннего диагенеза при биохимической и бактериальной трансформации исходного органического вещества (Geschwend et.al., 1983; Bouloubassi, Saliot, 1993; Schaeffer et.al, 1995).

Основными путями поступления ПАУ в морские экосистемы являются атмосферный перенос, речной сток, океанские течения (включая движение льдов), береговая эрозия и переотложение донных осадков, а также процессы, связанные с добычей и транспортировкой углеводородного сырья (включая аварии танкеров и на трубопроводах), и функционирование береговой инфраструктуры.

Важными факторами, влияющими на поведение ПАУ (миграция, осаждение, трансформация) при попадании в разные природные среды, являются химическое строение отдельных соединений, размер аэрозольных частиц (в случае атмосферного переноса), гранулометрический состав осадков (седиментация ПАУ).

Глава 2 «Методы определения ПАУ в природных объектах».

Одним из ключевых этапов проведения экологических исследований природных объектов являются полевые (экспедиционные) работы, в ходе которых осуществляется отбор материала для последующего изучения. В нашем случае такими полевыми работами являлись морские научно-исследовательские экспедиции на акватории Арктических морей. В ходе семи научно-исследовательских экспедиций в период 2004 - 2007 гг. диссертантом получены образцы донных осадков исследуемых регионов Арктического шельфа.

Аналитические методы определения ПАУ делятся на две категории: спектральные и хроматографические. В настоящее время эти методы часто комбинируют.

8


Автором были освоены и развиты методики хромато-масс-спектрометрического определения ПАУ (ГХ-МС комплекс Agilent 5973-6850) в морских донных осадках, позволившие в 2006 году в рамках международной программы «Программа Арктического Мониторинга и Оценки» (АМАП), возглавляемой норвежским институтом морских исследований (IMR, Берген), провести интеркалибровки, подтвердить точность и адекватность получаемых результатов.

Глава 3 «Полициклические ароматические углеводороды в донных осадках арктического шельфа».

При рассмотрении источников поступления ПАУ в донные осадки арктического шельфа целесообразно, на наш взгляд, рассматриваемый регион разделить на две зоны - Баренцево-Карскую (западная часть Арктики) и восточно-арктическую. Такое деление обусловлено, во многом, степенью промышленного освоения, наличием доказанных и, что более важно, эксплуатирующихся нефтегазовых месторождений.

Полициклические ароматические углеводороды в донных осадках западно-арктического шельфа. Наши исследования базируются на результатах анализа более 300 образцов поверхностных слоев донных осадков (до глубины 10 см) Баренцева и Карского морей, полученных в ходе российских и международных экспедиций, проводившихся в 1991-2007 годах, и на имеющихся к настоящему времени литературных данных. Диссертантом было проанализировано 76 образцов донных осадков. На рис. 1 представлены точки пробоотбора. Автор принимал участие в обработке полученного материала, проводившейся во ВНИИОкеангеология (Санкт-Петербург, Россия). Ряд образцов был проанализирован коллегами из Unilab Analyse AS (Тромсё, Норвегия) и IMR (Institute of Marine Research) (Берген, Норвегия).

Распределение суммы ПАУ в поверхностном слое донных осадков представлено на рис. 2. Самые высокие содержания суммы ПАУ зафиксированы в донных отложениях в прибрежной зоне Шпицбергена. Среднее содержание ПАУ в этой области (до 7500 нг/г) значительно превышает соответствующие значения в других исследованных областях. В составе ПАУ доминируют нафталин, фенантрен и антрацен.

9


ГЛУБИНА, м

20°40°60°80°100°

Рис. 1. Расположение точек отбора проб поверхности донных осадков Баренцева, Карского и Белого морей в период с 1991 по 1998 год (Dalile, Petrova et. al., 2006).

Сумма ПАУ, нг/г

Рис.2. Распределение суммы полициклических ароматических углеводородов в поверхностном слое донных осадков Баренцева моря (Dahle, Petrova et. al, 2006).

Значительные содержания ПАУ обнаружены в осадках Кольского залива, а также Северо-западной части Баренцева моря. Средние содержания суммы ПАУ в этих областях не так сильно различаются. Различия возникают при определении состава

10


ПАУ. Состав ПАУ в Северо-западной части Баренцева моря схож с составом ПАУ, обнаруженных у побережья Шпицбергена. В этих областях наблюдается высокая доля ПАУ нафтидогенного происхождения, в то время как в составе ПАУ Кольского и Печенгского заливов преобладают пирогенные полициклические ароматические углеводороды. Причиной «ореола» распространения ПАУ (суммарно) около Кольского полуострова, по-видимому, является деятельность промышленных предприятий и порта с береговой инфраструктурой. На представленной карте-схеме (Рис. 2) четко виден в этом плане результат функционирования города-порта и его инфраструктуры. Пока это локальная зона с суммарным содержанием ПАУ в донных осадках до 2500 нг/г.

Наиболее низкие значения содержания суммы ПАУ были обнаружены в осадках Печорского, Белого морей и на шельфе Карского моря. Содержание ПАУ в этих областях практически не различалось вещественно, в среднем составило 46, 56 и 92 нг/г, соответственно.

На основании определения содержания и особенностей распределения в донных осадках индивидуальных соединений, степени преобразованности органического вещества донных осадков можно сделать следующие выводы о причинах наблюдаемого распределения ПАУ.

Содержание ПАУ в осадках юго-западной части Баренцева моря сформировано за счет притока атлантических вод и вод Северного моря, берегового стока, абразии берегов и атмосферного переноса. Среднее фоновое содержание ПАУ составляет порядка 400-500 нг/г, с локальными зонами повышения концентраций до 7500 нг/г в районе Шпицбергена, имеющих природное происхождение, и порядка 2500 нг/г в Кольском заливе, что может свидетельствовать о локальной антропогенной эмиссии. Поступающие в Баренцево море Атлантические воды определенно вносят свой вклад в формирование уровней содержания ПАУ в донных осадках, заметно же это только при анализе соотношения отдельных компонентов ПАУ, а именно, соотношения фенантрен/антрацен, и можно сделать вывод о том, что по сравнению с природными источниками этот вклад невелик.

ПАУ в донных осадках северной части Баренцева моря генетически (генезис, состояние и степень преобразованности) связаны с эрозией отложений архипелагов

11


Шпицберген и ЗФИ. Для идентификации происхождения ПАУ использовались следующие возможные источники: атмосферная пыль, сырая нефть, дизельное топливо, дизельная сажа, смешанный угольный образец из двух шахт с одного из островов Шпицбергена. В образцах донных осадков у берегов Шпицбергена были идентифицированы: уголь Шпицбергенских месторождений, сырая нефть и атмосферная пыль. Во всех пробах, взятых у побережья Шпицбергена, был идентифицирован уголь его месторождений. Таким образом, относительно высокое содержание ПАУ в осадках в районе Шпицбергена обусловлено природными факторами.

ПАУ в донных осадках центральной глубоководной части Баренцева моря имеют как антропогенное, так и природное происхождение. Их содержание и состав определяются эндогенными процессами и переносом ПАУ атлантическими водами, а эрозия берегов Новой Земли не оказывает заметного влияния.

Состав ПАУ в юго-восточной части Баренцева моря (Печорское море) указывает на наличие диагенетического (высокое содержание перилена, образованного, скорее всего, в результате преобразования органического вещества) и нафтидогенного (это может быть обусловлено просачиванием и речным выносом из богатых углеводородами территорий) происхождения ПАУ.

Полициклические ароматические углеводороды в донных осадках восточно-арктического шельфа. Материалом исследования послужили поверхностные осадки (97 донных станций), отобранные на акватории восточно-арктического шельфа в ходе российских и международных научно-исследовательских рейсов (НИС "Иван Киреев" (1993г.), "Polarstern" (1993г.,1995г.), "Капитан Драницын" (1995г.), "Яков Смирницкий" (1995г.)) (рис.3). Диссертантом был проанализирован 21 образец донных осадков.

12


85

80

75

70

65


100


120


140


160


Глубина моря, м

180


Рис.3. Расположение точек отбора проб поверхности донных осадков восточно-арктического района в период с 1993 по 1995 год (Петрова В.И. и др., 2008).


140

85

80"

75

70

65"


сумма ПАУ, нг/г сух. осадка

80

60

40

180

20


Рис.4. Распределение суммы ПАУ в осадках восточно-арктического шельфа

(Петрова В.И. и др., 2008).

13


В осадках восточно-арктического шельфа суммарное содержание ПАУ варьирует в широких пределах от 3 до 180 нг/г (рис. 4), не превышая, однако, в среднем 40 нг/г, что существенно ниже рассмотренных выше концентраций в осадках западно-арктического шельфа.

Особенности распределения ПАУ в изученных осадках отражают доминирующую роль осадочного вещества терригенного стока в формировании ОВ донных осадков, а композиционный состав свидетельствует о преимущественно биогенном генезисе. Повышенное содержание ПАУ приурочено к устьевым зонам крупных рек и повторяет их палеодолины до зоны депонирования осадочного материала у подножия континентального склона, при этом в составе ПАУ преобладают фенантрены и хризены. Характер распределения перилена - маркера потока терригенного ОВ, полностью подтверждает данные выводы.

Содержание в эстуарно-шельфовых осадках пирогенной компоненты, индикатором которой принято считать молекулярную группу 202 (Yunker М.В., 1996), не свидетельствует о сколько-нибудь значительном техногенном влиянии на регион в целом (ФЛ/202 = 0.13). Однако, для ряда станций, расположенных в зоне стока р. Лена, данное соотношение достигает величин, характерных для загрязненных осадков (ФЛ/202 > 0.5). Информация о составе аэрозолей (Peulve S., 1996; Шевченко, 2000) данного района свидетельствует об отсутствии в них отчетливо фиксируемого техногенного потока. Однако не исключена возможность гидросферного переноса ПАУ.

Отдельного внимания заслуживает распределение ПАУ в осадках, отобранных в порту Тикси. Состав ПАУ значительно отличается не только от фонового для эстуарно-шельфовых или прибрежно-шельфовых осадков моря Лаптевых (~ 40 нг/г), но и от всего наблюдавшегося на восточно-арктическом шельфе. Суммарное содержание ПАУ в осадках порта составляет порядка 3700 нг/г, на 2 порядка превышая фоновые значения (40 нг/г), при этом доминирующей компонентой является пирогенная группа 202, содержание которой достигает 1200 нг/г, что может быть характерно для сильно загрязненных осадков (Ровинский Ф.Я., 1988; Dalile S., 2006).

14


Глава 4 «ПАУ в морских организмах. Накопление и воздействие».

Накопление нефти и ее фракций в водных организмах происходит за счет как биосорбции на контактирующих с водой органах и тканях (покровные ткани, жабры и др.), так и поглощения в процессе питания. Вклад этих механизмов в аккумуляцию соединений нефти в тех или иных гидробионтах будет, естественно, зависеть от множества факторов: системной принадлежности организма, места обитания, типа питания.

Уровень содержания ПАУ и любых поллютантов в организме определяется соотношениями между скоростями их поступления, интенсивностью ферментативного разложения в органах и тканях, а также скоростями их выведения. Бентосные беспозвоночные (особенно, двустворчатые моллюски), в силу менее развитых по сравнению с рыбами ферментных и метаболических систем, а также за счет высокой фильтрационной активности и обитания в донных осадках, обладают, как правило, повышенной способностью к накоплению загрязняющих веществ. Именно поэтому эти малоподвижные бентосные организмы (мидии и др.) чаще всего используются в качестве стандартных объектов мониторинга нефтяного загрязнения морской среды, в том числе в районах морских нефтегазовых промыслов, и являются отличными биоиндикаторами (Farrington, Tripp, 1993; Axelman et. al, 1999; S.Sanni et. al, 2005; ICES, 2009).

Распределение углеводородов нефти в морских организмах отличается крайней неоднородностью и тяготением повышенных концентраций к органам и тканям, контактирующим с водной средой, а также к системам аккумулирования, метаболического разложения (детоксикации) и выделения (экскреции) вредных веществ. Благодаря липофильным свойствам нефтяных углеводородов они также тяготеют к органам и тканям с повышенным содержанием жиров и липидов, в том числе к мембранным структурам.

Аккумуляция ПАУ в моллюсках и других беспозвоночных наиболее характерна для их пищеварительных желез и репродуктивных органов, обогащенных липидами. Известны также случаи обнаружения нефтяных комков и агрегатов в желудках и пищеварительных трактах морских рыб, беспозвоночных и млекопитающих (Ambrose, 1994).

15


Очень важен вопрос о том, насколько по-разному или схожим образом представители одного вида на разных стадиях развития накапливают ПАУ. Известны примеры изучения воздействия сырой нефти в морской воде на мальков и взрослых особей лосося. Было определено содержание ароматических УВ в печени, кишечнике и мягких тканях по истечении 20 дней. Было выявлено, что взрослые особи накапливают в 5-30 раз больше НУ на единицу веса, чем мальки. Различия в накоплении НУ в данном случае могут быть связаны с разным количеством жировых тканей у организмов на разных этапах развития (Thomas et al., 1989; D'Adamo R. et. al, 1995; Tolosa et. al. 1997).

Из довольно скудных результатов экспериментальных и полевых (Таблица 1) наблюдений следует, что летальное действие нефти на бентосные организмы проявляется при ее содержании в донных осадках в пределах 106 - 7-106нг/г, тогда как сублетальные и пороговые эффекты (нарушения питания, поведения, физиолого-биохимических функций и др.), а также патологические изменения в органах и тканях (в том числе канцерогенные новообразования), возникают обычно в диапазоне концентраций 105 - IO6 нг/г. Для наиболее токсичных компонентов и фракций нефти, особенно для ПАУ, подобные эффекты возможны при еще более низких уровнях - от IO4 - IO5 нг/г.

Табл. 1. Токсические эффекты и реакции бентосных морских организмов на

нефтяное загрязнение донных осадков (Патин, 1997; с сокращениями)

Группа, вид

Концентрация

Биологические

Источник

(мг/кг сухого

эффекты

осадка),

вещество,

длительность

воздействия

(сутки)

Моллюски

Масота baltica

640-3890, нефть

Гибель

Anderson, 1985

Масота inquinata

1200, нефть

Гибель

Anderson, 1985

Prothothaca

1200, нефть

Физиолого-

Anderson, 1985

staminea

биохимические нарушения

Ракообразные

16


Schizopera khabeni

10,ПАУ,4-14

Сублетальные эффекты

Lotufo, Fleeger, 1995

Ampelisca, Ostracoda

23, топливная нефть, 14

Снижение численности на 86%

Widbom, Oviatt, 1994

Melita nнtida

100, нефтяные масла

Гибель

Borowsky et al, 1993

Бентосные сообщества

Бентосное сообщество

50-700, нефть

Нарушения структуры

Law, Blackman, 1981

Бентосное сообщество

20-400, нефть

Снижение видового разнообразия и численности

Stebbing, Dethlefsen, 1991

Бентосное сообщество

10-100, нефть

Снижение

видового

разнообразия

Riersen et al., 1989

Бентосное сообщество

50-60, нефть

Снижение

видового

разнообразия

Kingston, 1992

Донные рыбы

10-100,

ароматические УВ, хронич. действие

Повышенная частота появления опухолей и болезней

GESAMP, 1993

500, нефть,

хронич.

действие

Отсутствие эффекта избегания нефти

Moles et. al, 1994

4-300, нефть,

хронич.

действие

Появление нефтяных запахов и привкусов

Laevastu, Fukuhara, 1984

Камбала

1-100, ПАУ,

хронич.

действие

Усиление индуцированной активности ферментных систем в печени

Addison, 1990

Pseudopleuronectes americanus

< 1000, ПАУ,

хронич.

действие

Биохимические нарушения в печени

Pyane et. al, 1988

Limanda limanda

210, НУ, 144

Биохимические и клеточные изменения в печени

Moore et. al., 1991

17


Воздействие на планктон. Среди групп планктона наибольшее токсическое воздействие от разлитой на поверхности моря нефти должны испытывать организмы и сообщества гипонейстона, обитающие в верхнем (наиболее загрязненном) слое (Патин, 1997). Степень воздействия разлива нефти на фитопланктон может варьировать от стимулирующего (усиление роста и вспышка развития) до ингибирования фотосинтеза и роста. В зоопланктоне токсические эффекты проявляются, в первую очередь, в фауне планктонных ракообразных и личиночных форм беспозвоночных, что подтверждено результатами экспериментальных и полевых работ (Swan et al., 1994; Патин, 1997).

Воздействие на бентос. При быстром переносе и рассеивании нефтяного поля в открытых водах осаждение нефти на дно практически не происходит. Такое осаждение обычно наблюдается лишь в ситуациях длительного нахождения и аккумуляции нефти в замкнутых и полузамкнутых областях прибрежного мелководья (заливы, бухты). Так следует из результатов анализа возможных сценариев поведения нефти после гипотетического нефтяного разлива, затрагивающего побережье (Проект «Проект Сахалин 1», 1999).

Воздействие на рыб. Приведенные выше данные об отсутствии в пелагической водной толще концентраций нефти, способных вызвать массовую гибель морских организмов, в полной мере относятся и к пелагическим рыбам. Такой гибели не наблюдали даже после самых катастрофических нефтяных разливов (Dipper, Chua, 1997; Page et al, 1998; Wiens et al., 1999). Из литературных материалов следует вывод о том, что взрослые рыбы способны обнаруживать и избегать зоны сильного нефтяного загрязнения. Это было показано, в частности, в работе (Squire, 1992), посвященной анализу экологической ситуации во время и после крупного аварийного разлива нефти в заливе Санта-Барбара у берегов Калифорнии. Там в результате длительного открытого фонтанирования морской скважины богатая рыбными ресурсами акватория была покрыта в течение нескольких месяцев плотными нефтяными пленками. Детальные наблюдения за распределением, миграцией и численностью местных пелагических рыб в период сильного нефтяного загрязнения, до него и в последующие годы не выявили каких-либо тенденций к сокращению их запасов и уловов. Однако,

18


экологические последствия аварии на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, произошедшей 20 апреля 2010 года, вновь обращают внимание общественности и научного мира на проблему нефтяного загрязнения. По данным bavelle М. (2010), в результате этой аварии в Мексиканский залив произошло поступление более 85 тысяч тонн нефти.

Наиболее вероятные негативные последствия нефтяных разливов для рыб должны наблюдаться в мелководной части моря и в зонах слабой циркуляции воды. Как известно, рыбы на ранних стадиях развития (икра и личинки) более чувствительны к воздействию нефти, чем взрослые, и потому часть рыб на этих стадиях могут погибнуть при нахождении в среде с достаточно высоким содержанием токсичных компонентов нефти. Как показывают результаты расчетов и прямых наблюдений (Baker et al., 1991; Neff, 1993; Wiens et al, 1999), такого рода потери неразличимы на фоне высокой и изменчивой природной смертности рыб в период их эмбрионального и постэмбрионального развития.

Воздействие на птиц и млекопитающих. Без всякого сомнения, морские птицы и млекопитающие (в основном ластоногие) относятся к наиболее уязвимым к нефтяному загрязнению представителям морской биоты. Даже кратковременный контакт с разлитой нефтью нарушает изоляционные функции их наружных покровов и заканчивается быстрой гибелью. Известны и описаны многие примеры массового поражения (десятками тысяч экземпляров) птиц и ластоногих после нефтяных разливов в прибрежной зоне (Baker et al, 1991; Burger, 1993; Page et al, 1999).

Тяжесть последствий зависит, прежде всего, от популяционных особенностей различных видов. Многочисленные виды с высоким репродуктивным потенциалом в наименьшей степени подвержены популяционному стрессу, в силу их способности за короткий срок восстанавливать численность популяции. В то же время негативные последствия для малочисленных и долгоживущих видов будут более серьезными и долговременными. Большую роль играет также плотность обитания птиц и млекопитающих. Даже небольшой по масштабам разлив в пределах сравнительно короткого времени может отрицательно воздействовать на большое число птиц и морских зверей, собравшихся плотными стаями на небольших участках. При оценке

19


таких эффектов надо учитывать также влияние природных факторов, в частности, естественную смертность за счет экстремальных погодных условий, недостатка пищи, эпидемических заболеваний и др. Так, в результате аварии танкера «Sea Empress» в 1996 г. в Ирландском море у юго-западного побережья Уэльса (Англия) с выбросом около 72 тыс.т сырой нефти (Batten et al, 1998; Edwards, White, 1999; Law, Kelly, 1999), несмотря на принятые по локализации разлива меры, произошло значительное нефтяное загрязнение литоральной зоны и скалисто-песчаных берегов протяженностью около 200 км, и зарегистрирована гибель нескольких тысяч морских птиц.

Выводы:

  1. Классификация, базирующаяся на данных о генезисе ПАУ, согласно которой выделяются три их группы: пирогенные, нафтидогенные и биогенные, позволяет успешно делить ПАУ на природные и антропогенные.
  2. Высокий уровень содержания ПАУ в донных осадах не всегда является следствием антропогенного воздействия. Так, в случае Баренцева моря, мы имеем области, где концентрации ПАУ различаются более чем на два порядка, имея при этом природное происхождение.
  3. Большая неоднородность в распределении ПАУ в донных осадках Западно-Арктического региона может иметь как антропогенное, так и природное происхождение. Максимальные концентрации ПАУ (порядка 7500 нг/г), зафиксированные в осадках прибрежной зоны архипелага Шпицберген, имеют природное происхождение (эрозия и переотложение берегов). Очевидное антропогенное влияние заметно лишь в Кольском заливе и характеризуется содержанием ПАУ порядка 2500 нг/г.
  4. При изучении распределения ПАУ в донных осадках Восточно-Арктического шельфа максимальные содержания были определены в порту Тикси и составили порядка 3700 нг/г. Анализ индивидуального состава ПАУ позволяет сделать вывод об их антропогенной природе в этой зоне. Природный геохимический фон ПАУ в донных осадках Восточно-Арктического шельфа не столь неоднороден, как в Баренцево-Карском регионе, и не превышает 80 нг/г.
  5. Изучены особенности накопления ПАУ отдельными видами гидробионтов,

20


характерных для экосистем Арктики, а также токсические эффекты и реакции морских организмов на нефтяное загрязнение донных осадков.

  1. Изучение литературных данных о воздействии ПАУ, содержащихся в донных осадках акваторий, позволяет заключить, что частота возникновения опухолевых новообразований и других симптомов канцерогенных заболеваний некоторых видов рыб становится заметной при концентрациях ПАУ в донных осадках порядка 104 нг/г.
  2. Даже в местах, где отсутствует антропогенное воздействие, содержание ПАУ в донных осадках может достигать тысяч нг/г при нижних значениях порядка 2 нг/г. Значение порогов возникновения токсических эффектов существенно выше и составляет 104 нг/г.

Основные публикации по теме диссертации:

  1. Куршева А.В. Ароматические углеводороды как один из критериев геохимической оценки нефтяных разработок на акватории Печорского моря / Куршева А.В., Литвиненко И.В. // Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии. Геология морей и океанов. - М., ГЕОС. - 2005. - Т2. - С.220-221.
  2. Куршева А.В. Полициклические ароматические углеводороды в донных осадках Кандалакшского залива / Куршева А.В., Литвиненко И.В., Петрова В.И. // Материалы Международной конференции «Современные экологические проблемы Севера (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского)». - Апатиты., Изд. Кольского научного центра РАН. - 2006. - Т2. - с.83-84.

3. Литвиненко И.В. Углеводородный мониторинг донных отложений Печерской

Губы (Оценка последствий Усинского нефтяного разлива). / Литвиненко И.В., Куршева

А.В., Петрова В.И. // Материалы Межд. конф. «Современные экологические проблемы

Севера (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского)». - Апатиты.,

Изд. Кольского научного центра РАН. - 2006. - Т2. - с. 88-90.

4.   Литвиненко И.В. ПАУ в донных осадках моря Лаптевых и Восточно-

Сибирского / И.В. Литвиненко, В.И. Петрова, Г.И. Батова, А.В. Куршева // Ресурсно-

геологические и методические аспекты освоения нефтегазоносных бассейнов. Сборник

материалов П-ой международной конференции молодых ученых и специалистов. -

СПб., ВНИГРИ. - 2011. - С. 194-197.

21


5. Петрова В.И. Литолого-фациальные особенности формирования геохимического фона ПАУ в донных осадках евразийского шельфа. / В.И. Петрова, Г.И. Батова, А.В. Куршева, И.В. Литвиненко // Материалы Международной конференции «Современные экологические проблемы Севера (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского)». - Апатиты., Изд. Кольского научного центра РАН. -2006. -Т2. -с. 100-101.

  1. Boitsov S. Petroleum-related hydrocarbons in deep and subsurface sediments from South-Western Barents Sea / Boitsov S., Petrova V., Jensen H.K.B., Kursheva A., Litvinenko I., Chen Y., Klungsoyr J. // Marine Environmental Research. - 2011. - 71. -pp. 357-368.
  2. Petrova V. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in bottom sediments of the Arctic's estuaries / Petrova V., Dahle S., Kursheva A., Litvinenko I., Savino va Т., Vladimir Savinov V. // 21th International symposium on polycyclic aromatic compounds. Symposium program and book of abstracts. - Trondheim. - 2007. - p. 121.
  3. Petrova V. The nature and sources of hydrocarbons in surface bottom sediments from oil- and gas-bearing areas: geochemical background and seeping migration / Petrova V., Kursheva A., Litvinenko I., Dahle S. & Savinov V. // Challenges for oil and gas development in the Arctic. Abstracts Arctic frontiers. - Tromso. - 2008. - p.57.
  4. Litvinenko I. Polycyclic aromatic hydrocarbons in bottom sediments of the Laptev and the East Siberian seas / I. Litvinenko, V. Petrova, G. Batova, A. Kursheva // 25th International Meeting on Organic Geochemistry. Book of abstracts. - Interlaken, Switzeland. -2011.-P.511.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1.     Куршева А.В. Спектрофлуориметрическое изучение ароматических

углеводородов в донных отложениях и водной толще западного сектора арктического

региона / А.В. Куршева, И.В. Литвиненко, В.И. Петрова, М.А. Галишев //

Океанология. - 2009. - т.49. - №5. - С. 707-714.

2.   Петрова В.И. Геохимия полициклических ароматических углеводородов

донных осадков восточно-арктического шельфа / В. И. Петрова, Г. И. Батова, А. В.

22


Куршева, И. В. Литвиненко, В.М. Савинов, Т.Н. Савинова // Океанология. - 2008. -

Т.48.-№.2.-С.215-223.

3. Петрова В. И. Органическое вещество донных осадков Обской губы: распределение, природа, источники / В.И. Петрова, Г.И. Батова, А.В. Куршева, И.В. Литвиненко, ДА. Коновалов // Геохимия. - 2010. -  №2. - С. 1-13.

Подписано к печати —.04.2012г. Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ №.

23

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.