Загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами

Быстрое развитие промышленности и других хозяйственных отраслей приводит к загрязнению вод Мирового океана.

Нефть и нефтепродукты несут наибольшую угрозу акватории. Вследствие добычи, переработки, транспортировки нефти часть продуктов попадает в океанические воды и донные отложения.

Основной источник — антропогенная деятельность. Согласно статистическим данным, в морские воды ежегодно попадает порядка 6 млн тонн нефтяных углеводородов.

А около 2 млн тонн нефтепродуктов поступает в Мировой океан через реки. Громадные водные территории затянуты нефтяной пленкой, особенно акватории Атлантического и Тихого океанов.

Поговорим о том, какой океан загрязнен больше всего, дадим характеристику нефтепродуктам и рассмотрим, какие есть пути решения данной проблемы.

Определение и характеристика проблемы

В соответствии с определением экспертной группы при ООН загрязнение — внесение человеком (прямо или косвенно) нехарактерных веществ в морскую среду.

Это сброс и поступление в Мировой океан вредных веществ, ухудшающих качество вод, ограничивающих использование или негативно влияющих на состояние обитателей океана и его растительности.

К перечню таких веществ, установленных международными соглашениями и нормативно-правовыми актами, относятся нефть и нефтепродукты. А загрязнителями особой важности считаются нефтяные углеводороды.

Источники загрязнения акватории океанов нефтью подразделяются на антропогенные и природные. Антропогенного происхождения факторы составляют порядка 90% всех загрязнений. Основные группы источников загрязнения нефтью и нефтепродуктами Мирового океана можно представить схематически:

В процентном отношении антропогенные источники загрязнения ориентировочно распределены так:

1. Морской транспорт, включающий утечки, погрузочно-разгрузочные потери, промывные воды — 35%.
2. Речные стоки — 32%.
3. Промышленные стоки — 13%.
4. Атмосферные источники — 10%.
5. Морская добыча нефти — 1.5%.

На природные источники загрязнения приходится около 10%. Это просачивание нефти из морского дна в результате эрозийных действий, выбросы буровых скважин в открытом море.

К природным зонам выходов нефти относятся районы:

• Персидский и Мексиканский заливы;
• Южная Калифорния;
• Карибское море.

Из-за невысокой скорости поступления нефти из природных источников количество таких нефтеуглеродов невелико.

Космические снимки акваторий океана указывают на преобладание нефтяного загрязнения в районах трасс морских перевозок и устьев крупных рек. Крупномасштабные загрязнения наблюдаются и в открытых частях морей.

Предельно допустимые концентрации нефти в Средиземном, Балтийском, Черном, Баренцевом, Каспийском морях превышены в несколько раз.

В современных условиях изменилось качество нефтяного загрязнения. Так, вследствие выполнения моечных операций на танкерах, а также с предприятий нефтепереработки и вместе с судовыми льяльными водами в океан попадают продукты переработки нефти.

К ним относятся:

• нефтяные остатки;
• асфальтосмолистые и парафиновые составляющие.

Нефть в воде может иметь несколько видов:

• эмульсии;
• пленки;
• растворенные формы;
• сгустки.

В соответствии с информацией «Оценки состояния Мирового океана» в 2003 году было установлено, что суммарный объем углеводородов, проникающих в океан из всех источников, составлял от 470 тысяч до 8.4 миллиона тонн в год. Вот почему нефть является основным загрязнителем водоемов.

Наибольшую опасность нефтяному загрязнению Мирового океана несет танкерный морской транспорт, общая вместимость которого в мире составляет больше 120 млн тонн.

Основные источники поступления нефти с танкеров:

• сброс балластных, промывочных, трюмных (льяльных) вод;
• потери при погрузке и разгрузке транспорта;
• аварии.

Крупнейшие разливы нефти и нефтепродуктов с участием танкеров приведены в таблице:

Нефтяные платформы и скважины также являются крупными источниками загрязнения Мирового океана. Например, взрыв платформы Deepwater Horizon в 2010 году — крупнейшая техногенная катастрофа, приведшая к разливу в Мексиканском заливе больше 4 млн баррелей нефти.

А нефтяные загрязнения в Персидском заливе, где работает порядка 800 добывающих скважин, в 47 раз превышают средний уровень мирового загрязнения.

Почему нефть является основным загрязнителем Мирового океана?

Загрязнение нефтью — техногенный фактор, влияющий на формирование и протекание гидрологических и гидрохимических процессов в Мировом океане. В зависимости от техногенных и природных факторов в морской среде изменяются уровни содержания нефтяных углеводородов (как в воде, так и в донных осадках).

Максимальные концентрации наблюдаются в:

• прибрежных зонах;
• районах интенсивного судоходства;
• внутренних морских водах;
• местах выхода нефти из месторождений.

Нефть — вещество, состоящее из сложной смеси углеводородов и их производных, каждый из компонентов которых может представлять самостоятельный токсикант. К наиболее токсичным соединениям относятся водорастворимые фенольные вещества и летучие ароматические углеводороды.

Токсичность соединений нефти в водной среде проявляется при их концентрации больше, чем 1 мг/м³. От степени увеличения концентрации зависит возрастание опасности отравления нефтепродуктами.

После попадания в морскую среду нефтяных углеводородов одна их часть испаряется в атмосфере, а другая растекается по поверхности воды, образуя нефтяную пленку. Часть веществ накапливается в донных отложениях, а также растворяется в морской воде.

Некоторые элементы нефти длительное время остаются на водной поверхности. Они легко эмульгируются, образуя вязкие нефтеводные эмульсии, содержащие до 80% воды. Такие эмульсии называют «шоколадный мусс».

Их вредное воздействие на экосистемы Мирового океана продолжает долго сохраняться даже после исчезновения нефтяных компонентов с водной поверхности.

Отличие антропогенного нефтяного загрязнения от других источников состоит не в постоянном постепенном воздействии, а во внезапной, «залповой» нагрузке на морскую среду. Разлитый литр нефти способен оставить без кислорода 40 тыс. литров морской воды. Одна тонна нефти приводит к загрязнению 12 квадратных километров акватории океана.

При концентрации нефтепродуктов в морской воде в пределах от 0.1 до 0.01 мл/л, в течение нескольких суток погибают икринки. При наличии нефтяной пленки на морской поверхности размером в 1 гектар возможна гибель порядка 100 млн личинок рыб.

Основные процессы, которым подвергается нефть в водах Мирового океана:

Какой океан больше всего загрязнен?

Отвечая на вопрос какой из океанов Земли наиболее загрязнен, достаточно взглянуть на карту распределения нефтяных пятен, из которой видно, что самый загрязненный это Атлантический океан.

Нефтяной пленкой покрыта центральная часть океана, расположенная между Центральной Америкой, Африкой и Европой. Загрязнение этой акватории объясняется поставками нефти от Южной и Северной Америки к Европе.

Наибольшее нефтяное загрязнение — следствие аварий танкеров (Amoco Cadis, 1978 год, Британское побережье; Globe Assimi, 1982 год, Балтийское море) и буровых платформ (Браво, 1977 год, Северное море; Deepwater Horizon, 2010 год, Мексиканский залив).

Количество нефти в Балтийском море составляет 0.2-15.5 мг/л. Ежегодно с морского транспорта в акваторию этого моря попадает порядка 30-60 тыс. тонн нефтепродуктов.

Причины нефтяного загрязнения

Основные причины нефтяного загрязнения акватории Мирового океана — антропогенная деятельность, которая включает:

• выбросы, связанные с работой морского транспорта;
• сброс неочищенных промышленных сточных вод и стоки предприятий транспортной, жилищно-коммунальной, сельскохозяйственной сферы;
• аварийные разливы и повреждения (танкеры, продуктопроводы, нефтепроводы, буровые платформы).

При перевозке нефтепродуктов на танкерах или в цистернах на судах происходит их утечка и перекачка. При мытье танкеров, несмотря на запрет, за борт часто сбрасываются нефтепродукты. При добыче нефти, особенно под водой, происходит проникновение загрязнений из бурильных и насосных установок.

Еще одним мощным источником загрязнения открытых зон Мирового океана считается дальний атмосферный перенос. Явление возникает в результате неполного сгорания бензина, легких фракций нефти, которые могут пребывать в атмосфере от 6 месяцев до 2.3 года.

В соответствии с современными оценками атмосферные поступления в акваторию океана составляют от 0.05 до 0.5 млн тонн в год.

Чем страшна пленка нефти на поверхности воды?

Попадая в водную среду Мирового океана, нефть и нефтепродукты через определенное время меняют форму исходных субстратов. Одной из форм являются поверхностные пленки (слики). Нефтяными пленками покрыто порядка 1/3 всей поверхности акватории океана.

Чем же страшна пленка на поверхности воды? В первые часы существования нефтяных пленок преобладают физико-химические процессы, затем начинается деструкция (разрушение).

Нефтяной слик в морских водах проходит цепь последовательных преобразований:

• испарение и эмульгирование (превращение в эмульсию);
• окисление и растворение;
• седиментацию (осаждение частиц) и биоразложение;
• образование агрегатов.

В зависимости от типа нефти и условий среды пленки на поверхности океана сохраняются от нескольких часов до нескольких дней. Нефтяные пленки в реальных условиях содержат до нескольких тысяч молекулярных слоев.

То есть, растекаясь по поверхности воды, пленка образует мультимолекулярный слой, способный покрывать поверхности очень большой площади. Например, 100-200 литров нефти образуют пятна до 1 кв. км с толщиной слоя порядка 0.1 мкм.

Буквально через 10 минут после разлива тонны нефти происходит распространение продукта на площадь радиусом 50 метров с толщиной слоя 11 см, с последующим преобразованием в более тонкую пленку (до 1 мм) на площадь до 12 км².

Негативное влияние нефтяной пленки на акваторию Мирового океана заключается в следующем:

• нарушение различных видов обмена в поверхностных слоях воды (углекислотного, кислородного и др.);
• препятствие фотосинтезу;
• уменьшение проникновения света;
• пагубное воздействие на флору и фауну;
• снижение теплоемкости и теплопроводности.

Нефтяная пленка нарушает процесс испарения. К примеру, в спокойном состоянии воды тонкий слой нефти на ее поверхности в 1.5 раза уменьшает процесс испарения, а при ветре со скоростью 6-8 м/с — до 60%.

Научно доказано, что при отсутствии нефтяной пленки с поверхности океана площадью 1.6 кв. км в течение 1 часа испаряется 97 тонн воды, а при ее наличии — 45 тонн.

Загрязняющие вещества, присоединенные к поверхностным нефтяным пленкам, соприкасаются с плавающими организмами (личинками, мальками ценных гидробионтов), что может привести к наиболее опасным последствиям загрязнения.

Нефтяные пятна в океане как экологическая проблема

Вследствие разлива нефти тонким слоем по поверхности океана образуются нефтяные пятна, захватывающие пространства, размеры которых зависят от масштабов выброса. Нефтяное пятно представляет собой участок на водной поверхности, покрытый пленкой нефти, которая препятствует испарению воды и насыщению кислородом водоемов.

Пятна нефти под воздействием природных явлений (ветер, приливы, отливы, течения) перемещаются по поверхности океана, подвергаясь:

• растворению и осаждению;
• фотолизу;
• биологическому разложению.

Состав нефти при этом постоянно меняется. За счет испарения, растворения некоторых фракций низкомолекулярной природы до ¼ части нефтяного пятна исчезает в течение нескольких дней.

Нефтяные загрязнения с небольшой концентрацией нефтепродуктов оказывают влияние на запах и вкус воды, а большая концентрация способствует образованию нефтяных пятен гигантского размера, приводящих к экологическим катастрофам.

Источниками больших нефтяных пятен могут служить разливы нефти в результате аварий, попадание больших объемов стоков нефтяных предприятий в грунтовые или поверхностные воды. Такое воздействие чревато загрязнением берегов водоемов, гибелью птиц и части фауны, находящейся в зоне распространения пятна.

Часть нефти, осажденная на дно водоема, разлагается, загрязняя воду продуктами распада, а другое ее количество снова выносится на водную поверхность с пузырьками донного газа. Пузырьки на поверхности океана лопаются и образуют новое нефтяное пятно.

Отдельно взятые пятна соединяются в нефтяную пленку, которая передвигается по течению и частично прибивается к берегам.

Здесь нефть налипает на береговые сооружения, скалы, а толстая нефтяная пленка накапливается в зоне приливов и отливов.

Между камнями нефтяные слои, проникая на глубину до 1 метра, смешиваясь с растительными и минеральными частицами, образуют лепешки нефти. В открытом море пятна могут принимать вид узких полосок или лент.

Нефтяные пятна в Мировом океане вызывают следующие проблемы:

• нарушают обмен теплом, энергией, газами и влагой между атмосферой и водой;
• приводят к изменениям в природных комплексах (например, снижают запасы влаги, уменьшая количество выпадающих дождей).

Нефтяные пятна являются настоящей экологической проблемой, влияя на баланс кислорода в атмосфере и в целом на климат Земли. Разлив летучих фракций нефти на ограниченных размером площадях может привести к взрыву или возгоранию, а тяжелые топливные нефти — вызвать пожар.

Последствия выбросов нефти

На характер и продолжительность воздействия нефтяных выбросов в Мировой океан влияют следующие основные факторы:

• вид и количество нефтяных продуктов;
• географическое положение и протяженность разлива;
• сезон года и погодные условия;
• физические характеристики и условия окружающей среды.

Общее воздействие продуктов нефти на акваторию Мирового океана определяется такими критериями:

• прямое обволакивание живых организмов нефтепродуктами;
• нарушения физиологической активности;
• болезненные изменения в результате внедрения углеводородов в организм;
• отравление с летальным исходом;
• изменения биологической среды обитания.

Все нефтепродукты, невзирая на их уровень токсичности, неблагоприятно воздействуют на акваторию океана.

Это:

• наличие в пищеварительных системах морских обитателей масляных эмульсий, способных вызывать кровоизлияния, капиллярные разрывы, гибель животных;
• снижение продуктивности водорослей;
• нарушение физиологического состояния рыб;
• загрязнение оперения морских птиц, приводящее к потере телом тепла, а в холодном климате к гибели;
• появление потомств с нарушениями в развитии.

Плавающая по поверхности нефть может подвергать риску китообразных животных в момент выныривания из воды. Чувствительны к нефтепродуктам кораллы. Загрязнение нефтепродуктами береговой линии может привести к высокой смертности крабов. А устрицы напрямую заглатывают нефть.

Оставаясь в морской системе, нефть в течение длительного периода времени вступает в реакции. Например, на морском дне реагирует с донным осадком, чем снижает доступ живым организмам к кислороду в этой зоне. В конечном итоге водная система насытится продуктами нефти и погибнет.

Нефтяные загрязнения также отличаются способностью захватывать и концентрировать в себе загрязнения других групп, например пестициды или тяжелые металлы, которые получают возможность участия во всевозможных химических процессах.

Чтобы снизить до минимума негативные последствия попадания нефтепродуктов в океан, необходимо научиться применять эффективные и надежные способы очистки воды от продуктов нефти.

Как очищают океан от нефтепродуктов?

Настало время поговорить о том, как очищают океан от данных видов загрязнений.

В научном мире разработано несколько методов очистки и защиты акватории Мирового океана от разливов нефти, основные из которых:

• механические;
• химические;
• физико-химические;
• биологические.

Перед тем, как использовать тот или иной способ, изучается проблема загрязнения воды.

Для механической очистки акватории Мирового океана используют специальные суда и устройства с боновыми (плавучими) заграждениями, насосами для откачки нефти. Заграждения предназначены для препятствия распространению пленки нефти по морской поверхности и содействия их концентрированному сбору.

В крупных портах создают экологические службы, укомплектованные сборщиками нефти для устранения больших площадей разливов. Основной недостаток метода — невозможно удалить тонкую пленку нефти с поверхности воды.

Химический способ основан на добавлении в загрязненную нефтепродуктами воду химических препаратов, вступающих в реакцию с загрязнителями. Примеси в результате реакции выпадают в осадок и удаляются.

Основные применяемые вещества:

• адсорбенты (оксид алюминия, алюмосиликаты);
• водонефтяные эмульсии;
• поверхностно-активные вещества.

Метод химической очистки позволяет очистить воду от нефти до 95%. При накоплении загрязнителей на дне водоемов, вода может загрязниться повторно.

Физико-химическая очистка заключается в применении способов:

• экстракции;
• окисления;
• адсорбции;
• коагуляции.

Суть способа состоит в распаде органики и удаления тонкодисперсных примесей.

Часто используют сорбенты:

• угольные;
• графитовые;
• полиуретан (губчатый или гранулированный);
• обезвоженный торф;
• перлит гидрофобный.

А также:

• золу;
• торф и глины;
• промышленные отходы;
• алюмогели и силикагели;
• синтетические сорбенты в виде нетканых рулонных материалов.

При использовании в качестве сорбентов промышленных отходов (дерева, целлюлозы, растительных отходов) выполняется двоякая задача — очистка воды от нефти и утилизация отходов. Физико-химические способы эффективны только для очистки плавающего слоя нефти.

Наиболее перспективным считается биологический метод очистки акватории Мирового океана от загрязнения нефтепродуктами (биоремедиация). Для очистки применяют микроорганизмы-деструкторы, употребляющие нефтепродукты, то есть способные усваивать и расщеплять сложные соединения углеводородов.

Среди таких организмов выделяют:

• дрожжи;
• грибы;
• бактерии.

На нашем сайте есть статья об очистке сточных вод от нефтепродуктов, в которой все методы описаны более подробно.

Принцип действия биологического способа очистки

Биологический метод безопасный и экологичный, так как внедряемые организмы не влияют негативно на окружающую среду и в течение длительного времени сохраняют активность. В процессе очистки сложные нефтяные углеводороды полностью разлагаются на простые нетоксичные соединения, вновь принимающие участие в природном биогеохимическом цикле.

Для очистки вод океанов от нефти иногда применяют сжигание, которое рекомендуется использовать лишь при условиях, оправдывающих данный метод, так как он способен нанести ущерб экологии в зоне применения, а также вызвать повторное загрязнение.

Одним из новых способов нейтрализации нефтяных загрязнений является воздействие на нефтяное пятно лазерным излучением. А японская корпорация «Кансай санге» создала уникальную технологию для ликвидации гигантского нефтяного пятна с помощью препарата из специально обработанной рисовой шелухи.

Каждый из способов очистки Мирового океана от загрязнения нефтью востребован в тех или иных конкретных обстоятельствах и способен повлиять на улучшение экологической ситуации акватории. А чтобы уберечь водные ресурсы от загрязнений, необходимо уделять должное внимание правильным стратегиям решения проблем.

Пути решения проблемы

Обострение экологических проблем в связи с нефтяным загрязнением Мирового океана привело к реакции многих стран мира. Еще в 1948 году под эгидой ООН была создана ИМО — международная морская организация, призванная усиливать меры повышения безопасности и охраны международных морских перевозок, а также предотвращения загрязнений с судов.

С 1960-х годов ИМО стала больше уделять внимания проблемам нефтяных разливов в Мировом океане, осуществляя масштабную работу по ликвидации и предотвращению загрязнений акватории океанов.

Основной итог этой работы — документы МАРПОЛ (Международная конвенция предотвращения загрязнения судов), принятые в 1973 году, в соответствии с которыми с судов запрещен любой сброс нефти или нефтесодержащих компонентов, кроме отдельно оговоренных случаев.

МАРПОЛ выделено 19 районов, к которым введены более жесткие требования по защите и сохранению из-за характеристик судоходства и экологических условий.

Сюда входят моря:

• Балтийское;
• Средиземное;
• Красное;
• Черное;

А также участки океанов возле Южной Африки и Западной Европы.

С 1992 года особый статус имеет Антарктида. В этом районе полностью запрещены слив за борт нефти и нефтепродуктов. А с 2011 года существует запрет на применение или перевозку дизельного топлива тяжелых фракций.

В 2015 году ИМО и другими правительственными природоохранными организациями от ООН (ЮНЕСКО, ЮНЕП, ЮНКЛОС) принята программа под названием «Цели и задачи ООН в области устойчивого развития». Как правительственные, так и неправительственные организации по охране природы вносят свой вклад в решение этой проблемы.

Видео по теме статьи

Вашему вниманию предлагается видео ролик, в котором эксперт подробно рассказывает о разливах нефти в морях и океанах и как этот фактор влияет на Мировой океан:

Заключение

Нефть — основной загрязнитель Мирового океана. Наибольший вред приносят аварийные выбросы при добыче и транспортировке нефти, речной и промышленный сток. Загрязнение акватории нефтепродуктами может привести к необратимой глобальной экологической проблеме всего мира.

Нефть губительна для растений и животных морской среды, а загрязненная вода несет опасность человеку. Применение известных способов борьбы с нефтяными загрязнениями способно удалить нефтяную пленку с акватории Мирового океана.

А международные организации разных форм подчинения активно работают над решением проблем по борьбе с нефтяным загрязнением океанических вод.