CASPIY.NET

УДК 504.4.054

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДАХ УСТЬЕВОГО ВЗМОРЬЯ ВОЛГИ

Наталья Викторовна Попова, канд. биол. наук, ООО «Каспийская нефтяная компания», 414014, Россия, г. Астрахань, пр-т Губернатора Анатолия Гужвина, 10, Тел. (8512) 39-56-16 Факс (8512) 39-56-327, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Ольга Ивановна Зорникова, канд. биол. наук, ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», 414000, Россия, г. Астрахань, ул. Адмиралтейская 1, Тел. (8512) 40-28-00 Факс (8512) 40-27-20, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript  

Ирина Григорьевна Радованова

Ольга Игоревна Есина, канд. биол. наук

Сергей Константинович Монахов, канд. геогр. наук, ГУ «Каспийский морской научно-исследовательский центр», Россия, 414045, г. Астрахань, ул. Ширяева 14, Тел. 8512 30-34-70 Факс 8512 30-11-63, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Ахмед Магомедович Бутаев, докт. техн. наук, Дагестанский научный центр РАН, 367025, Россия, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 45, Тел. (8722) 67 06 20 Факс (8722) 67-46-65, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Аннотация: Дано описание методов, предложенных авторами для оценки биогеохимической активности загрязняющих веществ (ЗВ). Использование этих методов для анализа данных производственного экологического мониторинга, проводимого ООО «Каспийская нефтяная компания» и ООО «»ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» на Северном Каспии, позволило установить, что в мелководной зоне взморья (на коагуляционной ступени маргинального фильтра) происходит активный переход ЗВ из воды в другие компоненты морской среды, а на морской границе взморья (биофильтрационной ступени маргинального фильтра) часть ЗВ вновь переходит в растворенное состояние. В мелководной зоне углеводороды по своей активности превосходят металлы, но в придонном слое алифатические углеводороды (нефтепродукты) могут дезактивироваться. Разработанные методы оценки биогеохимической активности загрязняющих веществ рекомендуется использовать для диагностики загрязнения районов нефтегазодобычи, расположенных в устьях рек.

Ключевые слова: устьевое взморье Волги, районы нефтегазодобычи, диагностика загрязнения морской среды, методы оценки биогеохимической активности загрязняющих веществ

BIOGEOCHEMICAL ACTIVITY OF POLLUTANTS IN THE VOLGA ESTUARINE COASTAL WATERS

Natalya Popova, Cand. Biol. Sc., “Caspian Oil Company” Ltd., 10 Guzhvina prospect, Astrakhan, Russia 414014, tel (8512) 39-56-16 fax (8512) 39-56-327, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Olga Zornikova, Cand. Biol. Sc., “Lukoil - Nizhnevolzhskneft” Ltd., 1, Admiralteyskaya Str., Astrakhan, Russia, 414000, tel. (8512) 40-28-00 fax (8512) 40-27-20, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Irina Radovanova,

Olga Esina, Cand. Biol. Sc.,

Sergey Monakhov, Cand. Geogr. Sc., SI “Caspian marine scientific research center”, 14 Shiryaeva Str., Astrakhan, Russia, 414045, tel. 8512 30-34-70 fax 8512 30-11-63, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Akhmed Butaev, Dr. Tech. Sc., Dagestan RAS Research Center, 45 Gadzhieva Str., Makhachkala, Russia, 367025, tel. (8722) 67 06 20 fax (8722) 67-46-65, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Abstract: The article describes methods suggested by the authors and used for the assessment of biogeochemical activity of pollutant substances (PS). The application of these methods for data analysis in industrial environmental monitoring conducted by “Caspian Oil Company” Ltd., and “Lukoil - Nizhnevolzhskneft” Ltd. in the North Caspian resulted in the following. In the shallow coastal waters (at coagulation stage of marginal filter) water pollutants actively enter other components of marine environment; at the marine border of the coastal waters (at biofiltration stage of marginal filter) part of pollutants is dissolved. Hydrocarbons are more active than metals in the shallow-water zone, but aliphatic hydrocarbons (oil products) can be deactivated. The developed methods for the assessment of pollutants biogeochemical activity are advised to be used for pollution diagnostics in oil and gas producing areas located in river estuaries.

Key words: Volga estuarine coastal waters, oil and gas production areas, diagnostics of marine environment pollution, methods of assessment of pollutants biogeochemical activity.

Западная часть Северного Каспия, где сегодня ведутся поисково-разведочные работы, а в ближайшем будущем начнется добыча углеводородов, в географическом плане представляет собой устьевое взморье Волги [9].

В связи с высокой ценностью природных объектов устьевого взморья Волги (УВВ) появление на его пространстве очередной нефтяной вышки всякий раз заостряет вопрос об экологических последствиях освоения и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений.

Российские нефтегазовые компании, действующие на Северном Каспии, в т. ч. ООО «Каспийская нефтяная компания» оказывают существенную поддержку исследованиям, направленным на прояснение этого вопроса.

При этом особое значение придается изучению факторов, определяющих чувствительность, устойчивость и уязвимость морских экосистем к загрязнению морской среды, одним из которых является биогеохимическая активность загрязняющих веществ.

Под биогеохимической активностью (БА) загрязняющих веществ (ЗВ) подразумевается их способность переходить из воды в другие компоненты морской среды (взвесь, планктон, бентос, осадки) и обратно в воду.

В БА находят выражение с одной стороны физико-химические свойства ЗВ, а с другой стороны – внутриводоемные условия и процессы, подверженные широкой изменчивости. Поэтому БА не является постоянной величиной.

Изучение БА представляет интерес для экологической токсикологии – науки, предметом которой является реагирование надорганизменных биологических систем (популяций и сообществ) на загрязнение окружающей среды [2].

В практической плоскости изучение БА имеет значение для определения экологических последствий загрязнения морей. С точки зрения защиты морской среды БА может рассматриваться как позитивное (если она сопровождается обезвреживанием ЗВ) или как негативное явление (если она приводит к накоплению ЗВ в гидробионтах).

Цель исследований, результаты которых представлены в данной статье, состояла в разработке методов количественной оценки биогеохимической активности загрязняющих веществ. В качестве исходных материалов использовались данные производственного экологического мониторинга, проводившегося ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» (начиная с 1998 г.) и ООО «Каспийская нефтяная компания» (начиная с 2001 г.) на акватории устьевого взморья Волги.

Следует отметить, что использование УВВ в качестве объекта исследований, облегчает решение главной задачи, так как зона смешения речных и морских вод, рассматриваемая как геохимический барьер [1] и маргинальный фильтр [4] отличается повышенной биогеохимической активностью загрязняющих веществ [8].

УВВ как объект исследований удобно еще и тем, что здесь в качестве показателя биогеохимической активности можно использовать отклонение измеренного значения концентрации (ИК) от расчетного значения (РК), определяемого исходя из предположения, что содержание ЗВ зависит только от процессов смешения водных масс.

Данное отклонение мы предложили назвать индексом биогеохимической активности (ИБА). Первый, предложенный нами [5] способ расчета ИБА включал в себя на первой стадии ранжирование данных наблюдений за содержанием ЗВ в воде по концентрации консервативной примеси, зависящей исключительно от процессов смешения вод. В качестве таковой рассматривалась соленость. На второй стадии непосредственно производился расчет ИБА по формулам, приведенным в [5], где ИБА обозначен как ∆С. Результаты расчетов использовались для выявления локальных зон загрязнения (∆С>0) и очищения (∆С<0) акватории.

Продолжение мониторинга, проводившегося нефтяными компаниями на акватории устьевого взморья Волги, и вместе с тем продление рядов ∆С, позволило перейти от 2-х балльной (плюс-минус) к 6-ти балльной шкале оценки биогеохимической активности загрязняющих веществ, которая основывалась на анализе кривых распределения ∆С. По результатам этих исследований были подготовлены карты пространственного распределения ИБА для 20-ти ингредиентов, концентрация которых в воде измерялась при проведении мониторинга. Карты биогеохимической активности нефтепродуктов были опубликованы в работе [3], где ИБА обозначен как ИА_ЗВ – индекс активности загрязняющего вещества.

В названной работе было показано, что на внешней (морской) границе устьевого взморья, проходящей по южному склону Мангышлакского порога, происходит обогащение вод нефтепродуктами. Это явление объясняется процессами биосинтеза углеводородов [3]. Данная точка зрения совпадает с известным мнением о том, что на биологической ступени маргинального фильтра может происходить повышение содержания углеводородов в воде за счет их синтеза фитопланктоном [6, 7].

На рис. 1 приведены карты пространственного распределения индекса активности меди и свинца (ИА_зв, баллы) в поверхностном и в придонном слоях устьевого взморья Волги. При их рассмотрении следует учитывать, что согласно принятой нами шкале ИА_ЗВ принимает целочисленные значения в диапазоне от −3 до +3. Знак «плюс» обозначает преобладание процессов обогащения, а знак «минус» – преобладание процессов обеднения вод ЗВ в данной точке пространства в период наблюдений. В свою очередь, увеличение абсолютного значения ИА_ЗВ соответствует повышению активности этих процессов.

Характеризуя общую картину пространственного распределения меди и свинца в водах устьевого взморья, следует отметить, что в мелководной зоне и в районе Мангышлакского порога (подводной возвышенности, протянувшейся от о. Кулалы до о. Чечень), как правило, наблюдается обеднение вод Pb и Cu. На свале глубин от 5 до 10 метров и на южном склоне Мангышлакского порога обычно наблюдается обогащение вод этими металлами. Стабильное, охватывающее всю водную толщу от поверхности до дна обеднение вод медью и свинцом наблюдается в северо-восточном районе, а аналогичное по характеру обогащение вод данными металлами наблюдается в юго-западном и юго-восточном районах УВВ.

Обращает на себя внимание, что на морской границе взморья наблюдается обогащение вод медью и свинцом, также как и нефтепродуктами, но объяснение, данное обогащению вод нефтепродуктами (биосинтез), не подходит для металлов. Исходя из этого можно предполагать, что обогащение вод ЗВ на морской границе устьевого взморья (или, что тоже самое, на биологической ступени маргинального фильтра) представляет собой общее явление, свойственное как органическим, так и неорганическим загрязнителям. Если это так, то следует искать иное, чем биосинтез, объяснение этому явлению. По нашему мнению, причиной обогащения вод ЗВ на морской границе устьевого взморья может быть экскреция токсичных веществ планктонными и донными животными-фильтраторами.

Итак, с помощью ИБА можно проследить, как меняется активность какого-нибудь одного загрязнителя по своему уровню и направлению в пространственно-временном континууме, а также в зависимости от условий среды. Но из-за того, что ИБА измеряется в единицах концентрации или в баллах несоизмеримой шкалы, он не может быть использован для сравнения активности нескольких загрязняющих веществ. Для этого мы предлагаем использовать индекс относительной активности (ИОБА), измеряемый в процентах и рассчитываемый по формуле:

ИОБА = 100 (ИБА/ИК)

Индекс, рассчитанный с использованием данной формулы, применяется для сравнения активности ЗВ по направлению (знаку). Для сравнения активности ЗВ по уровню, значение ИБА в данной формуле берется по своей абсолютной величине.

Этот метод использовался для оценки БА загрязняющих веществ в мелководной зоне устьевого взморья Волги (УВВ) на основе данных наблюдений, ежегодно проводившихся на лицензионном участке ООО «Каспийская нефтяная компания» весной и осенью в период 2001-2007 гг. Сравнительный анализ БА проводился в отношении свинца, меди, нефтепродуктов (НП) и суммы приоритетных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Таблица 1. Средняя концентрация и индекс относительной иогеохимической активности ЗВ в морской воде на лицензионном участке КНК в период 2001-2007 гг.

Результаты расчетов показали, что в мелководной зоне УВВ всем названным ЗВ присущи процессы удаления из воды, интенсивность которых подвержена сезонной изменчивости у всех ЗВ, за исключением ПАУ, (табл. 1). При этом концентрация органических загрязнителей от весны к осени снижается, а тяжелых металлов, наоборот, несколько повышается. Новые данные подтверждают результаты исследований 1998-2003 гг., согласно которым в мелководной зоне взморья, к которой относится лицензионный участок ООО «Каспийская нефтяная компания», у всех изученных загрязняющих веществ   преобладали процессы удаления их из воды. По-видимому, к этой зоне приурочена одна из наиболее эффективных ступеней маргинального фильтра – физико-химическая или коагуляционная ступень.

Для сравнения различных загрязняющих веществ по уровню их биогеохимической активности использовался абсолютные значения ИОБА. Основными результатами сравнительного анализа явились изображенные ниже ряды биогеохимической активности ЗВ в водах мелководной зоны УВВ. Из них следует, что активность органических ЗВ в этой зоне, как правило, превышает активность тяжелых металлов. Из металлов свинец более активен, чем медь. Из органических ЗВ по активности на первом месте в поверхностном слое стояли НП, а в придонном слое – ПАУ.

В исследуемом районе в связи с его мелководностью поверхностный и придонный слой практически не отличались друг от друга по концентрации ЗВ (табл. 1). Активность всех ЗВ, за исключением НП, также была примерно одинаковой в обоих слоях воды. Активность НП снижалась от поверхности ко дну (табл. 1 и 2). Снижение активности без изменения содержания в воде указывает на дезактивацию НП в придонном слое, в результате которой часть нефтепродуктов теряет свою активность, оставаясь в растворе. Потерю активности НП в придонном слое мы объясняем их переходом в коллоидное состояние или адсорбцией на частицах органического детрита («баткака»), скапливающихся в придонном слое.

Таблица 2. Средний по модулю индекс относительной биогеохимической активности ЗВ в морской воде (%) на лицензионном участке КНК в период 2001-2007 гг.,

Подводя итоги проведенных исследований, следует отметить, что основным из них является разработка комплекса методов по оценке биогеохимической активности загрязняющих веществ в водах устьевого взморья. И в совокупности, и по отдельности эти методы имеют значение для характеристики экологической обстановки в районах поиска, разведки и добычи углеводородного сырья, экологического обоснования обустройства и эксплуатации нефтегазовых месторождений, определения экологических последствий воздействия нефтегазодобывающей деятельности на морскую среду.

Применение этих методов в анализе данных производственного экологического мониторинга позволило установить, что в мелководной зоне взморья (на коагуляционной ступени маргинального фильтра) происходит активный переход ЗВ из воды в другие компоненты морской среды, а на морской границе взморья (биофильтрационной ступени маргинального фильтра) часть ЗВ вновь переходит в растворенное состояние. В мелководной зоне углеводороды по своей активности превосходят металлы, но в придонном слое алифатические углеводороды (нефтепродукты) могут дезактивироваться. Важность полученных результатов для защиты морской среды позволяет рекомендовать методы оценки биогеохимической активности ЗВ для диагностики загрязнения районов нефтегазодобычи, расположенных в устьях рек.

ЛИТЕРАТУРА

1. Биогеохимия океана – М: Наука, 1983 – 368 с.

2. Каплин В.Г. Основы экотоксикологии – М: КолосС, 2007 – 232 с.

3. Курапов А.А., Зорникова О.И., Татарников В.О, Монахов С.К., Штунь С.Ю. Особенности загрязнения устьевого взморья Волги нефтяными углеводородами по данным производственного экологического мониторинга // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2006. №11. С. 87-95.

4. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т.34. № 5. C. 735 -747.

5. Монахов С.К., Курапов А.А., Татарников В.О. Локальные зоны очищения и загрязнения вод в западной части Северного Каспия по данным производственного экологического мониторинга. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2005. №7. С. 43- 53.

6. Немировская И.А. Углеводороды в океане (снег-лед-вода-взвесь-донные осадки) – М: Научный мир, 2004 – 328 с.

7. Немировская И.А., Бреховских В.Ф., Казмирук В.Д. Алифатические и полиароматические углеводороды в донных осадках устьевого взморья р. Волги // Водные ресурсы. 2006. Т.33. № 3. С. 300-310.

8. Океанология на старте XXI века – М: Наука, 2008 – 566 с.

9. Устьевая область Волги: гидролого-морфологические процессы, режим загрязняющих веществ и влияние колебаний уровня Каспийского моря – М: ГЕОС, 1998 – 280 с.