ЭКОЛОГИЯ

ВЛИЯНИЕ НЕФТЕРАЗЛИВОВ НА МОРСКАУ СРЕДУ И ЕЕ ОБИТАТЕЛЕЙ

Бескид П.П., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Морских информационных

технологий РГГМУ

Дурягина Е.Г., ст. преподаватель каф. химии природной среды РГГМУ +7-812- 224-06-47, +7-911-971-32-14, lena3007@yande%D1%85.ru">lena3007@yandeх.ru

При разливах нефти на море при всем разнообразии сценариев развития событий, основными вариантами являются всего два:

-         нефтяное пятно будет находиться в отдалении от берега; или

-          

-         нефть войдет в соприкосновение с прибрежными водами и береговой линией.

В первом случае под влиянием ветра, течений, турбулентного перемешивания и других гидродинамических процессов будет происходить перенос нефтяного пятна, и биологические эффекты сведутся к локальным, быстро восстанавливаемым нарушениям на поверхности моря и в пелагиали. Во втором случае последствия для берега и биологических ресурсов района могут быть весьма существенными. Выход нефтяного пятна на берег многократно увеличивает тяжесть последствий. Это объясняется тем, что именно в береговой зоне расположена кормовая база и места размножения большинства промысловых видов морских организмов. Выход нефти на берег делает невозможным также нормальное функционирование прибрежных рекреационных зон. Очистка пляжей требует не только значительных финансовых затрат, но и времени.

При соприкосновении нефтяного пятна с береговой линией основные процессы аккумуляции, перемещения и трансформации нефти будут развиваться в литоральной и сублиторальной области, подверженной воздействию ветровых волн, штормов, приливов и отливов.

При выносе нефтяного пятна на берег основные проявления загрязнения природной среды обычно возникают лишь до максимальной границы заплеска береговой полосы волнами прибоя. Однако именно эта зона контакта трех сред – атмосферы, воды и донных отложений нередко представляет собой зону сосредоточения жизни и ее разнообразных проявлений. Воздействию разлитой нефти здесь могут подвергаться практически все основные компоненты не только морских, но и прибрежных экосистем. Последствия воздействия будут зависеть от степени загрязнения нефтью и от продолжительности воздействия. Способность к самоочищению береговой линии будет зависеть в первую очередь от геоморфологии (изрезанности) берегов, их геологической структуры и литологических характеристик береговых отложений (состав, дисперсность), а также от энергии волновых и приливных процессов. При переходе от открытых каменистых берегов к песчано-гравийным пляжам и закрытым бухтам устойчивости нефти, и следовательно ее вредное воздействие резко возрастают.

В табл.1 [3] приведена классификация морской береговой линии, построенная по критериям ее уязвимости к потенциальному нефтяному загрязнению с учетом морфологии берегов, гранулометрического состава береговых отложений и гидродинамики прибрежной зоны.

Таблица 1. Классификация морской береговой линии по степени уязвимости к нефтяному загрязнению

К числу факторов, которые должны повышать скорость природного самоочищения морских берегов в случаях их контакта с полями нефтяных разливов, следует отнести открытость к морю береговой линии и интенсивное воздействие ветровых волн, штормов, сгонно-нагонных и приливно-отливных процессов, которые способствуют диспергированию и разрушению нефти.

О возможных последствиях нефтяных разливов для биоты литоральной и сублиторальной зоны можно судить по осредненным оценкам, приведенным в табл.2 [3].

Таблица 2. Возможные биологические последствия нефтяных разливов в морской литоральной и сублиторальной (мелководной) зоне

Диспергированная нефть практически не оказывает влияния на морфологию и состав отложений береговой зоны. Диспергирование нефти может быть хорошим способом защиты побережья или чувствительных ресурсов, находящихся по ветру от разлива нефти, поскольку использование диспергентов сводит к минимуму сорбцию нефти в осадках. В естественных условиях применение диспергентов при разливах нефти препятствует ее аккумуляции и снижает угрозу для береговой зоны.

Как следует из статистики, большинство аварийных ситуаций и нефтяных разливов приходится на прибрежную зону. Вероятность выноса нефти на берег в таких случаях зависит от характера разлива (объем, расстояние от берега и пр.) и конкретных гидрометеорологических условий в данном месте и в данное время, в первую очередь от силы ветра и течений. При всей неопределенности прогноза таких событий в большинстве случаев вынос нефтяного пятна на берег достаточно вероятен.

При больших разливах существует вероятность обратного смыва вынесенной на берег нефти в сублиторальную зону, где уровни нефтяного загрязнения донных осадков обычно на порядок ниже по сравнению с береговыми и литоральными отложениями.

Чаще всего оба этих сценария развиваются одновременно, и это особенно вероятно для ситуаций, при которых аварийный разлив происходит в непосредственной близости от берега.

Характерным отличием разливов при наличии льда на поверхности воды является меньшая подвижность нефтяного пятна. Так, если на свободной поверхности воды пятно, как правило, движется, и воздействие его на рассматриваемый участок акватории уменьшается, то при наличии льда на поверхности движение пятна на границе лед – вода затруднено трением о внутреннюю поверхность льда. В ряде случаев это трение весьма значительно и исключает дрейф пятна, в других случаях дрейф возможен, хотя и с меньшей чем на поверхности воды скоростью.

И в том и в другом случае нефть окисляясь, потребляет кислород из воды.

Влияние нефти на морские организмы и растительность определяется их видом, типом нефти и нефтепродуктов и рядом других факторов.

Острая токсическая реакция морских организмов и растений вызывается присутствием в воде легких ароматических углеводородов и их замещенных производных, содержащихся в нефти и нефтепродуктах. Эти соединения являются растворимыми и составляют менее 5 % массы сырой нефти, однако, в таких нефтепродуктах, как бензин и керосин, их содержание может достигать 20 %.

Нефть и нефтепродукты, попавшие в морскую среду, оказывают влияние на морские организмы.

Общие виды воздействия нефти различных типов на морские организмы и растительность приведены в табл. 3.

Таблица 3. Виды воздействия нефти на морские организмы и растительность

Различают следующие виды воздействия нефти на морские организмы [1]:

 - прямое летальное воздействие;

 - нарушение физиологических процессов и поведения организмов при сублетальных дозах;

 - загрязнение покровных тканей;

 - включение углеводородов в организмы и изменение характера течения биотоков.

В зависимости от продолжительности и масштаба загрязнения может наблюдаться широкий диапазон поражающих эффектов – от поведенческих аномалий и гибели организмов на начальных стадиях разлива в пелигали до структурных и функциональных перестроек (экологических модификаций) в популяциях и сообществах при хроническом воздействии в литорали.

   Экологические эффекты и последствия нефтяных разливов, которые происходят в шельфовых водах без соприкосновения с берегом, описаны в табл. 4 [3]. Чаще всего они носят характер острых стрессов.

Таблица 4. Возможное воздействие на морские организмы и сообщества разливов нефти в пелигали (1) и прибрежной зоне (2) на шельфе без контакта с береговой линией

Примечание: 1 – временное (до нескольких суток) загрязнение нефтью поверхностного слоя воды с концентрацией нефтяных углеводородов до 1 мг/л на глубине менее 1 м.

2 – временное (до нескольких месяцев и более) загрязнение прибрежной зоны с концентрацией нефтяных углеводородов в воде в пределах 0,1 – 1 мг/л и аккумуляцией в донных осадках до уровней 10² мг/л

Планктон. Поскольку нефтяное пятно концентрируется в основном на поверхности, оно оказывает сравнительно небольшое неблагоприятное воздействие на организмы водной толщи. Диспергирование переводит нефть из находящегося на поверхности пятна в водную толщу. При этом вероятность прямого контакта нефти с организмами планктона многократно увеличивается. Диспергированная нефть воздействует на организмы водной толщи вследствие засорения их жаберного аппарата, пищеварительной системы, наружных покровов и органов чувств, а также токсического воздействия. Однако восстановление популяций планктона происходит сравнительно быстро в связи с быстрыми темпами его регенерации и пополнением нарушенных популяций планктоном из других районов.

Среди экологических группировок планктона наибольшее токсическое воздействие от разлитой на поверхности моря нефти должны испытывать организмы и сообщества гипонейстона, обитающие в верхнем (наиболее загрязненном) слое толщиной несколько сантиметров.

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 (науплиальных) форм беспозвоночных.

В целом, имеющийся опыт исследований позволяет однозначно утверждать об отсутствии каких-либо устойчивых нарушений структуры и функций планктонных сообществ при нефтяных разливах в открытой области моря в силу следующих причин:

 - быстрого (в течение часов и суток) снижения концентраций разлитой нефти по мере ее диспергирования, биодеградации и разбавления в водной толще до безвредных уровней;

 - высокой скорости восстановления численности биомассы фито- и зоопланктона как за счет быстрого размножения многих видов (часы и сутки), так и в результате переноса с водными массами из прилегающих областей.

Бентос. Воздействие на морской бентос при разливах будет происходить в результате оседания части разлившихся нефтепродуктов на дно в процессе седиментации. Сравнительный анализ воздействия нефтепродуктов на разные группы морских организмов показывает, что в наибольшей степени видовые и структурные перестройки при загрязнении природной среды наблюдаются у донных беспозвоночных на ранних стадиях их развития. Масштабы и формы проявления стресса бентосных сообществ в ответ на накопление углеводородов в донных отложениях будут зависеть от объемов, химического состава и физических свойств углеводородов, попадающих в морскую среду, глубины, геоморфологии дна, типа донных отложений, скорости и направления течений и т.д. Наиболее характерные при любых ситуациях изменения в донных сообществах включают в себя следующее:

• аккумуляцию углеводородов (или их отдельных компонентов) в органах и тканях бентосных организмов;
• физиолого-биохимические реакции на субклеточном уровне и другие нарушения и реакции;
• обеднение видового состава бентосных сообществ;
• уменьшение (вплоть до полного исчезновения) численности и биомассы видов, наиболее чувствительных к загрязнению;
• полную перестройку бентосных сообществ при высоких уровнях загрязнения (Патин, 1997).

Улучшение экологической обстановки на дне моря нередко проявляется спустя 1-2 года после воздействия. Это происходит за счет биодеградации нефтяных остатков и повторной колонизации донных осадков личинками бентосной фауны. Характер и скорость процессов восстановления сообществ, попавших в зону разлива нефти, зависят от количества и состава разлитой нефти, времени года, погодных условий, типа береговой линии и т.п. Число возможных комбинаций факторов среды настолько велико, что сроки восстановления сообществ могут варьировать от нескольких месяцев до десятилетий. Быстрее всего восстанавливают свою численность водоросли, черви и двустворчатые моллюски. Восстановление популяций ракообразных более продолжительно. Нефтяные пятна, будучи сосредоточены в основном на поверхности, оказывают сравнительно небольшое неблагоприятное воздействие на донные организмы.

При быстром переносе и рассеянии нефтяного поля в открытых водах осаждение нефти на дно практически не происходит. Таким образом, нет оснований предполагать заметного воздействия на сообщества бентоса при распространении нефти в открытых водах пелагиали за пределами литорали и сублиторали.

Ихтиофауна. При небольших разливах нефти ихтиофауна страдает в меньшей степени, чем другие группы морских организмов. Это связано с тем, что большинство подвижных видов рыб способны уйти из зоны сильного загрязнения и таким образом избежать последствий острой интоксикации. В то же время, малоподвижные донные рыбы (например, камбаловые), а также личинки и молодь многих видов, развитие которых происходит в мелководных прибрежных районах и в верхних горизонтах водной толщи, могут подвергаться острому летальному воздействию в случае появления здесь больших количеств разлитой нефти.

С рыбохозяйственных позиций особую важность имеет вопрос о влиянии разливов нефти на промысловых рыб в период их нереста и миграций в прибрежных и устьевых зонах моря.

Реальные потери и ущербы для рыбного хозяйства возникают в результате:

   - прекращения прибрежного промысла во время и после нефтяных разливов;

 - ухудшения качества среды и условий для выращивания морских организмов;

 - утраты товарных качеств объектов рыболовства и марикультуры;

 - нефтяного загрязнения орудий рыболовства.

Наиболее серьезные экономические потери для рыболовства возникают за счет прекращения промысла в период поражения прибрежных акваторий нефтяными разливами. Другой, достаточно распространенный, хотя и слабо контролируемый рыбохозяйственный ущерб от нефтяного загрязнения связан с накоплением в промысловых организмах нефтяных углеводородов (особенно легких ароматических соединений). Использование в пищу промысловых рыб, в тканях которых накапливаются вредные вещества, бывает небезопасно. Хотя обычно это не приводит к интоксикации водных организмов, но влечет за собой появление в них нефтяных запахов и привкусов, что означает утрату товарных качеств морепродуктов и соответствующие экономические потери. Органолептические признаки нефтяного загрязнения морских организмов могут появиться даже при кратковременном контакте рыб и беспозвоночных с нефтяной пленкой на поверхности воды или в придонном слое. Аналогичный эффект возникает после пребывания организмов в водной среде с относительно низкими уровнями содержания нефти (0,01-1,0 мг/л).

Таким образом, в открытом море нефтяные пятна, будучи сконцентрированы в основном на поверхности, оказывают сравнительно небольшое неблагоприятное воздействие на взрослых рыб, обитающих в водной толще, поскольку они могут уйти из зоны загрязнения. Губительное воздействие может быть оказано на пелагическую икру и личинки рыб, сосредоточенных в поверхностных слоях воды. При разливах нефти больших объемов, если нефть достигает районы нерестилищ рыб, имеющих пелагическую икру, может быть оказано долговременное воздействие на их популяции за счет снижения численности, обусловленной уничтожением ранних стадий развития.

Перевод нефти в водную толщу при ее диспергировании повышает потенциальное негативное воздействие на рыб, поскольку многократно увеличивает возможность контакта с нефтяными каплями. Происходит засорение жаберного аппарата, пищеварительного тракта, кожных покровов и появления вследствие этого эффектов интоксикации. Кроме того, ухудшается кормовая база рыб вследствие гибели организмов планктона и бентоса или снижения их пищевой ценности. Особенно должны страдать икра, личинки и молодь рыб, как наиболее чувствительные к неблагоприятным воздействиям.

Наиболее негативные последствия нефтяных разливов для рыб должны наблюдаться в мелководной части моря и в зонах слабой циркуляции воды

Рыбы на ранних стадиях жизни (икра и личинки) более чувствительны к воздействию нефти, чем взрослые - взрослые рыбы способны быстро покидать загрязненный район.

Поэтому часть рыб на ранних стадиях может погибнуть при соприкосновении с достаточно высокими концентрациями токсичных компонентов нефти. Такого рода потери неразличимы на фоне высокой и изменчивой природной смертности рыб в период их эмбрионального и постэмбрионального развития.

Восстановление популяций рыб в случае их массовой гибели на ранних стадиях развития может быть более продолжительным, чем восстановление популяций планктона

Орнитофауна. Морские птицы и млекопитающие (в основном ластоногие) относятся к наиболее уязвимым к нефтяному загрязнению компонентам шельфовой биоты При разливах нефти острое (летальное) воздействие на птиц может проявиться уже на начальных стадиях распространения разлива. Нефть загрязняет оперение морских птиц, оказавшихся в зоне нефтяного слика. Защитные качества оперения ухудшаются, вода начинает проникать под перья, и в результате птицы мерзнут и тонут из – за потери плавучести. Даже кратковременный контакт с разлитой нефтью нарушает изоляционные функции их наружных покровов и заканчивается быстрой гибелью.

Нефтяное загрязнение вызывает разрушение структуры перьев, что влияет на способность птиц к нормальной терморегуляции. Пернатые подвергаются гипотермии (иногда, гипертермии) и вынуждены искать укрытие для того, чтобы остаться в живых. Морские птицы, достигающие берега, не способны найти здесь пищу. Они становятся дегидратированными и гипогликемичными и в первую очередь оказываются жертвами хищников.

Диспергирование переводит нефть с поверхности в толщу воды и, таким образом, снижает вероятность непосредственного загрязнения оперения птиц при контакте с нефтяным пятном.

Меры по очистке птиц с помощью различных растворов и препаратов к успеху обычно не приводят, однако позволяют улучшить их состояние.

Внутренние эффекты воздействия нефти возникают вследствие приема загрязненной пищи, питья загрязненной воды или при чистке перьев клювом. Эти эффекты могут возникать от физического присутствия нефти в желудочно-кишечном тракте, а также при всасывании эпителием ядовитых компонентов нефтепродуктов (например, полиароматических углеводородов - ПАУ).

Тяжесть такого рода 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 характер распределения птиц и млекопитающих и степень их аггрегированности. 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.

В порядке снижения степени риска по отношению к пленочному нефтяному загрязнению птиц можно подразделить на следующие группы:

• Морские колониальные птицы, размножающиеся на побережье, добывающие корм нырянием (чистиковые, веслоногие);
• Нырковые утки, образующие массовые скопления на линьке и зимовке;
• Гнездящиеся в регионе виды, добывающие корм на поверхности моря или на литорали (трубконосые, чайки и крачки);
• Виды, образующие скопления в период миграций в прибрежной зоне и на мелководьях (кулики и водоплавающие);
• Виды, размножающиеся в прибрежных биотопах и связанные в гнездовой период с литоралью (некоторые кулики и гуси);
• Пелагические мигранты, кормящиеся с поверхности воды (некоторые трубконосые, плавунчики);
• Хищные птицы, трофически связанные с побережьем.

Морские и хищные птицы находятся на вершине трофической пирамиды и характеризуются высокой продолжительностью жизни. Это подвергает их риску накопления загрязняющих веществ (в том числе и нефтяных углеводородов). Возникает эффект долговременной интоксикации.

Морские млекопитающие. Механизм воздействия нефтепродуктов на морских млекопитающих аналогичен описанному выше для морских птиц. Мех морских млекопитающих предохраняет их тело от переохлаждения в холодной воде, контакт с нефтью способен вызвать гипотермию или гипертермию и снизить способность к плаванию. Соприкосновение морских млекопитающих с нефтью может привести к тяжелым заболеваниям и гибели животных. Нефть вызывает внешнее раздражение глаз и кожи. Попадание нефтепродуктов в желудочно-кишечный тракт может оказывать вредное воздействие на печень и почки, а вдыхание может привести к воспалению легких. Взрослые животные могут выводить из организма некоторое количество нефтепродуктов за счет работы печени и почек. Молодые животные способны к этому в меньшей степени и оказываются более чувствительными к воздействию.

Диспергированная нефть при прямых контактах меньше загрязняет покровы животных, чем нефтяные пятна на поверхности,но повышается риск косвенных воздействий за счет ухудшения кормовых условий животных вследствие гибели организмов планктона и бентоса и ухудшения среды обитания. Однако морские млекопитающие способны уходить для нагула из одного района в другой, а воздействие на планктон ограничено в пространстве и времени.