/
Author: Солнцева Н.П.
Tags: геохимия отрасли горной промышленности по виду добываемых минералов, руд, нерудных ископаемых почвоведение нефть нефтяная промышленность нефтехимия издательство московского университета
ISBN: 5-211-03883-5
Year: 1998
Text
Н.П. СОЛНЦЕВА
ДОБЫЧА НЕФТИ
•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••<
И ГЕОХИМИЯ
ПРИРОДНЫХ
ЛАНДШАФТОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА • 1998
УДК 550.4.911.2:622.323
ББК 40.3
С60
Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. —
М.: Изд-во МГУ, 1998. - 376 с.
В монографии обсуждаются результаты двадцатилетних полевых и
экспериментальных исследований влияния добычи и транспортирования нефти на
природную среду. Анализируются проблемы и закономерности миграции,
метаболизма и закрепления загрязнителей (нефти, нефтепродуктов, промысловых
минерализованных вод, буровых растворов, шламов) в почвах разных
биоклиматическнх зон. Рассмотрены механизмы и пространственно-временные
модели этих процессов. Приведены принципы и методы картографирования
трансформированных ландшафтов, принципы и методы их изучения.
Для специалистов в области охраны природной среды, экологов широкого
профиля, нефтяников, геохимиков, почвоведов.
SolntsevaN.P.
Oil mining and geochemical transformation of landscapes.—M.:Moscow
University Press, 1998. - 376 p.
The monograph brings together the results of twenty years of field and experimen-
tal studies of the environment effects of oil extraction and transportation. Major
problems and general regularities concerning migration, metabolism and accumulation
of pollutants (oil and oil products, industrial mineralized waters, boring solutions and
sludge) in a zonal sequence of soils and landscapes are discussed. Spatial and time models
are developed to describe pollutants behavior. Much attention is paid to the methodo-
logy of prognostic mapping and cartographic assessment of transformed landscapes, as
well as to approaches and methods of their investigation.
The book may be essential for specialists in the environment protection, ecology,
oil industry, geochemistry and soil science.
Рецензенты:
доктор географических наук М.А.Глазовская
доктор биологических наук Г.В.Мотузова
Издание осуществляется при поддержке
Российского Фонда Фундаментальных Исследований
по проекту № 95-05-30519
ISBN 5-211-03883-5
С Солнцева Н.П., 1998
ПРЕДИСЛОВИЕ
Добыча углеводородного сырья (в том числе нефти), без кото-
рого современная цивилизация не может обойтись, сопровождается
огромным ущербом для биосферы планеты, хотя сопутствующие это-
му виду деятельности отрицательные процессы не являются неиз-
бежными. Однако в настоящее время ни один из современных про-
мыслов не относится к “безотходным” производствам из-за несо-
вершенства технологии добычи или её нарушений, плохого качества
или недопустимого износа оборудования. При этом, чем интенсив-
нее изъятие флюидов, тем активнее идёт формирование техноген-
ных потоков, поступающих в природную среду. Нефть и нефтепро-
дукты являются приоритетными загрязнителями природной среды
(Израэль, Ровинский, 1986). Уже сейчас отдельные нефтедобываю-
щие территории по состоянию окружающей среды приближаются к
районам экологического бедствия. Возникает угроза устойчивой, а
часто необратимой трансформации условий функционирования при-
родных систем и изменений качества жизни на значительных площа-
дях в разных природных зонах — от Крайнего Севера до юга стра-
ны. Происходят глубокие изменения практически всех компонентов
окружающей среды: почв и структуры почвенного покрова, грунтов
и недр, поверхностных и подземных вод, биоты и воздуха. В резуль-
тате величина суммарного социально-экономического ущерба резко
снижает уровень рентабельности как отдельных добывающих пред-
приятий, так и отрасли в целом. Нефтяная промышленность по опас-
ности воздействия на окружающую среду занимает третье место в
числе 130 отраслей современного производства (Панов и др., 1986).
Ускоренный рост добычи углеводородного сырья, осуществля-
ющийся за счёт освоения новых месторождений, использования со-
временных технологий, а также применения мощных технологичес-
ких установок и строительства магистральных трубопроводов боль-
шого диаметра (включая трансконтинентальные), значительно уве-
личивают экологическую опасность данного производства.
До недавнего времени основные усилия исследователей были со-
средоточены на вопросах загрязнения нефтью морских экосистем.
Проблемы воздействия нефтедобывающих предприятий на ландшаф-
ты суши освещены значительно хуже. В связи с этим назрела необ-
ходимость разработки научных основ оценки устойчивости ландшаф-
тов (и составляющих их компонентов, особенно почв) и возможности
их самовосстановления.
Решение экологических проблем осложняется слабой изученнос-
тью геохимических процессов, возникающих в трансформированных
природных комплексах, неразработанностью моделей постгехноген-
ного развития ландшафтов, отсутствием знаний о механизмах преоб-
разования окружающей среды. Во многих районах плохо изучены и
3
исходныеприродные процессы, свойства местных ландшафтов и за-
кономерности их функционирования.
Необходимость уменьшения риска разрушений природной сре-
ды и минимизации отрицательного влияния нефтедобывающего про-
изводства определяют актуальность получения территориально-
дифференцированной информации об экологических последствиях
добычи нефти — разработки общей концепции и методологии оценки
воздействия нефтедобывающего производства, методов восстанов-
ления нарушенных земель и оптимизации природопользования.
Основой для написания книги явились многолетние ландшафтно-
геохимические исследования влияния добычи и транспортирования не-
фти на гумидные ландшафты европейской территории России (типич-
ная и южная тундра, южная тайга, широколиственные леса, лесостепь)
и Зап. Сибири (тундра, лесотундра, северная тайга) (рис. 1).
Рис. 1. Расположение учас-
тков проведения полевых
исследований.
1 — Уренгойский нефтега-
зоконденсэтный промысел;
Нефтяные месторождения:
2 — Крайнее; 3 — Му-
равленковское; 4 — Сутор-
минское; 5 — Сугмутское;
6 — Требса; 7 — Ардалин-
ское; 8 г— Харьягинское;
9 — Полазненское; 10 —
Ярино-Каменноложское;
11 — Чернушка
Исследования включали: а) оценки воздействия разных типов
техногенных потоков (нефти, сточных минерализованных вод, буро-
вых растворов и др.) на разные группы почвенных экосистем; б) ди-
намические наблюдения за их состоянием на эталонных участках и
датированных объектах; в) экспериментальное моделирование в на-
турных и лабораторных условиях.
Основное внимание уделялось изучению трансформации
почв — ведущему звену наземных экосистем.
В полевых исследованиях в разное время принимали участие
Е.М.Никифорова, МИ.Герасимова, Н.Е.Рубилина, Ю.И.Пиковский,
|С.В.Алистратов|, Г.В.Мотузова, М.Ф.Дорохова, Е.Н.Асеева, С.В.Горяч-
кин, студенты и аспиранты кафедры геохимии ландшафтов географи-
ческого факультета МГУ. Всем им автор приносит свою искреннюю
признательность. Автор благодарит З.С.Игнатову, А.И.Зикееву, А.П.-
Садова и О.А.Гусеву за большую помощь в оформлении рукописи. Осо-
бую благодарность автор приносит профессору М.А.Глазовской за по-
стоянное внимание и доброжелательную заинтересованность в иссле-
дованиях.
4
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В
РАЙОНАХ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Своеобразие экологических проблем, возникающих при добы-
че нефти, обусловлено тремя группами факторов: спецификой соста-
ва и свойств добываемой пластовой жидкости, технологией её извле-
чения, особенностями географических условий районов добычи.
Близкие принципы технологии извлечения и транспортирования
нефти, преобладание в нефтях углеводородов (до 90-95%) и наличие
минерализованных вод в составе пластовых жидкостей определяют
ряд общих форм воздействия нефтедобывающего производства на
ландшафты суши. Этим объясняется возникновение однотипных эко-
логических проблем в любых нефтедобывающих районах. Одновре-
менно существуют и определяющиеся биоклиматическими и ланд-
шафтно-геохимическими условиями местные экологические пробле-
мы, например, в северных ландшафтах — это изменение криогенных
процессов (со всеми вытекающими отсюда последствиями), в юж-
ных регионах — качество природных вод (проблема пресной воды),
засоление и осолонцевание почв и т.д.
Среди групп общих экологических проблем наиболее важны
следующие.
Землеёмкость производства. Нефтепромыслы занимают
десятки, а иногда и сотни квадратных километров во всех природных
зонах Земли от тундр до пустынь и субтропиков (Денисова, 1976а,б;
Пиковский, 1981). Воздействия на природную среду носят не локаль-
ный, как считают йекоторые исследователи, ? региональный харак-
тер, так как кроме многочисленных локальных участков загрязнения
почв и грунтов, значительных по площади механических поврежде-
ний, фиксируются и серьезные качественные изменения отдельных
компонентов ландшафтов, и природных процессов на региональном
уровне. В частности, на территории Западно-Сибирской равнины от-
мечается обмеление рек и изменение химического состава природ-
ных вод, происходит заболачивание бывших суходолов и т.д. (Гене-
зис, эволюция..., 1988). Интенсивная откачка пластовых жидкостей и
газов также вызывает региональные изменения гидродинамических
процессов, что приводит к разнообразным изменениям ландшафтов
на значительных территориях.
Нефтедобывающая промышленность относится к наиболее
землеёмким отраслям вследствие широкого географического охвата
проявлений тех или иных отрицательных экологических изменений,
возникающих на территории промыслов. Существует два основных
блока пространственного проявления техногенных (ТГ) процессов
(Волобуев, 1984) и, соответственно, возникают два блока проблем:
5
1) техногенез недр (с комплексом проблем регионального загрязне-
ния подземных вод); 2) техногенез ландшафтов (с комплексом про-
блем их локальной и региональной трансформации). Происходит дли-
тельное (иногда необратимое) отчуждение значительных площадей
земельных угодий из регулярного землепользования (Брылёв, Харла-
нов, 1986), что сопровождается существенными потерями земель-
ных ресурсов.
Многообразие форм техногенных воздействий. На тер-
ритории промыслов функционируют комплексы производственных со-
оружений, разобщенных территориально, но связанных системами
трубопроводов, энергопередач, транспортными системами, органи-
зацией работ. Средняя плотность технических средств добычи со-
ставляет 10-20 объектов (скважины, компрессорные станции и др.)
на 1 км2, а плотность трубопроводов — 11 км на 1 км2 (Денисова,
/ 1976а). Кроме того, характер техногенных воздействий (их формы и
интенсивность) на территории промыслов меняются в соответствии
с основными этапами функционирования производства. Каждый из
этапов характеризуется своей технологической спецификой:
. 1) в период строительства объекта, когда большую роль игра-
ет тяжёлая техника;
2) непосредственно после завершения строительства: а) в пе-
риод нормальной эксплуатации объектов, б) при их работе в аварий-
ном режиме;
3) спустя определённый срок после начала эксплуатации (воз-
можно и после ее завершения).
Каждому этапу эксплуатации месторождений соответствуют:
свои формы техногенных воздействий (табл. 1.1); специфика “взаи-
моотношений” технических объектов и вмещающих их природных
комплексов; особые типы техногенных потоков, возникающих как при
авариях на промыслах, так и при нормальном режиме их функциони-
рования.
Наиболее распространённые техногенные нагрузки связаны с
многочисленными техническими объектами: скважинами (эксплуа-
тационными, нагнетательными, наблюдательными); сборными и ма-
гистральными нефтепроводами; водоводами для закачивания воды в
скважины; амбарами и отстойниками. Любые технические сооруже-
ния на промыслах (скважины, трубопроводы, факелы и др.) являют-
ся потенциальными источниками ТГ потоков (Пиковский, 1981), раз-
личающихся по составу, концентрациям и объёмам выбрасываемых
в природу веществ. По характеру локализации в природной среде эти
потоки могут быть изолированы друг от друга, либо пересекаться в
пространстве, выходить или не выходить за пределы территорий неф-
тепромысла (Пиковский, 1981,1993; Солнцева, 1981,1982,1988).
6
Таблица 1.1
Контрольный список агрегированных техногенных нагрузок,
источники и виды воздействия
Этапы воздействия Виды производства, технические объекты и другие типы воздействий на окружающую среду
Обустройство промыслов Строительство линий связи и электропередач, дорог и мостов, жилья и производственных помещений, продуктопроводов, очи- стных сооружений и полигонов для складирования и захороне- ния отходов Строительство карьеров по добыче песка и гравия, бурение скважин (включая подготовку площадок, амбаров и ёмкостей для буровых растворов, пластовых жидкостей и шламов)
Эксплуатация промыслов • 1 1 1 I 1 Испытания и промысловые исследования скважин Эксплуатация и ремонт скважин Эксплуатация трубопроводов разного назначения Кустовые насосные станции, дожимные и перекачивающие на- сосные станции Центральные пункты сбора и подготовки нефти, газа и воды Факельные устройства, факелы и запальные свечи Компрессорные станции Базы производственного обслуживания и материально-тех- нического снабжения Транспортное хозяйство Складирование и захоронение отходов, сброс очищенных и не- очищенных стоков Нефтехранилища (резервуарные парки) Установки комплексной подготовки газа и газоперераба- тывающее оборудование
При аварийном режиме Разливы нефти и нефтепродуктов разного состава Разливы пластовых и сточных вод разного состава Разливы буровых растворов и буферных жидкостей Разливы химических реагентов Выбросы нефти и газа через факельные устройства Открытое фонтанирование скважин Пожары на буровых и эксплуатационных скважинах Перетоки нефти и минерализованных вод в подземные горизон- ты из-за порывов кондукторов, эксплуатационных колонн при некачественной цементации
Вариабельность ТГ обусловленных форм изменений
природной среды. Как видно из табл. 1.1, на территориях нефте-
промыслов различаются два основных направления техногенеза (как
поверхностного, так и подземного): 1) механическое разрушение лан-
дшафтов в связи с работой средств физического воздействия (транс-
порт, бурильные установки, средства для перемещения грунта и др.);
2) геохимическая трансформация и последующее разрушение при-
7
родных систем при сбросе в них чужеродных и, как правило, геохи-
мически активных веществ. Широкий спектр характерных для неф-
тепромыслов вариантов территориально рассредоточенных ТГ на-
грузок вызывает разнообразные изменения в ландшафтах и состав-
ляющих их компонентах (почвах, грунтах, поверхностных и подзем-
ных водах, биоте), что создает мозаику геохимических и физических
изменений в экосистемах.
Интенсивность и формы преобразования природных систем оп-
ределяются не только тем “что”, но и “сколько” в них вводится или
изымается.
В результате на значительных по площади территориях возни-
кает множество разноплановых экологически неблагоприятных си-
туаций, меняющихся не только в пространстве, но и во временив Наи-
более опасны и важны среди них: а) загрязнение природных сред ТГ
потоками, разными по качественному составу и объёмам; б) измене-
ния режимов нормального функционирования природных систем;
в) разрушение отдельных компонентов природных комплексов и лан-
дшафтов в целом.
При оценке форм изменений природной среды возникает необ-
ходимость разработки большого числа методологических и теорети-
. ческих проблем.
Методологические проблемы ъключакя разработку: 1) прин-
ципов и методов инвентаризации и оценки совокупности явлений, ха-
рактерных для нефтедобывающих комплексов; 2) критериев морфо-
логической оценки трансформированное™ природных систем (почвен-
ного покрова в целом, почвенных тел, элементов их строения), расти-
тельности и растительного покрова; 3) обоснование физико-химичес-
ких критериев адекватной оценки геохимической трансформирован-
ности ландшафтов в зависимости от характера технологических и
аварийных выбросов; 4) принципов и критериев оценки отдалённых
следствий влияния ТГ потоков.
Теоретические проблемы включают: 1) разработку принципов
и критериев типизации основных форм нарушений природных систем
и протекающих в них процессов — характерных “ответов” на ТГ пресс;
2) выявление и анализ механизмов трансформации почвенно-геохи-
1 мических процессов при взаимодействии токсикантов с почвенно-
грунтовой массой; 3) разработку общих моделей эволюции трансфор-
мированных почвенных экосистем.
Вариабельность природного потенциала нормального
функционирования ландшафтов. Формы экологических “ответов”
на ТГ пресс в нефтедобывающих районах и глубина возникающих
изменений территориально дифференцированы — не идентичны в
разных биоклиматических и ландшафтно-геохимических условиях.
В результате одни и те же ТГ вещества ведут себя неодинаково. В
одних природных обстановках они инертны, в других —подвергают-
ся активным изменениям, вплоть до полной деструкции или утилиза-
ции. В связи с этим возникает проблема специального районирования
территории России — выделение районов с однотипным набором
ответных реакций на наиболее важные для нефтедобывающего про-
изводства ТГ воздействия (нефть, сточные минерализованные воды,
буровые растворы и др.). Соответствующие этому требованию лан-
дшафтно-геохимические районы приведены в табл. 1.2. Каждый из
этих районов различается по степени чувствительности ландшафтов
к одним и тем же группам загрязнителей; неодинакова и скорость
самоочищения почв и восстановления растительности, меняющаяся
от очень низкой до повышенной и относительно высокой; различна и
скорость самоочищения поверхностных и грунтовых вод.
. Таблица 1.2
Типы ландшафтно-геохимических районов России, различающихся по
характеру ответных реакций на ТГ воздействия при нефтедобыче
(по Глазовской и др., 1983)
Группы Типы
Мерзлотные тундрово-таё жные Арктотундровые и тундровые низменных равнин Тундровые низкогорно-равнинные Лесотундровые и редколесные столово-ступенчатых плато Светлохвойные среднетаёжные пластовых и аккумулятивных равнин ' Среднетаёжные остепнённые низменных равнин Среднетаёжные светлохвойные ступенчатых плато и высоких равнин Южнотаёжные локально-мерзлотных плйто и расчленённых равнин Южотаёжные и лесостепные локально-мерзлотных плато и расчленённых равнин Таёжно-болотные низменных аккумулятивных равнин
Таежно- лесные Лесолуговые низкогорно-равнинные заболоченные Темнохвойные южнотаёжные пластовых равнин и возвышенностей Хвойно-широколиственные южнотаёжные пластовых и низменных равнин Лесные и лесостепные пластовых ярусных возвышенностей Луговые и лугово-степные низменных равнин
Степные Степные пластовых ярусных равнин и возвышенностей Степные и сухостепные пластово-ярусных равнин и межгорных впадин Степные и сухостепные низменных равнин Степные и сухосгепные пластовых равнин Полупустынные низменных равнин
Минимизация ТГ воздействий возможна не только при'увели-
чении надёжности работы технических систем и технологической дис-
циплины, но и при учёте природного потенциала нормального функци-
онирования ландшафтов территории добычи — их устойчивости к оп-
9
ределённым видам ТГ нагрузок (механических, геохимических) и по-
тенциальных самоочищаюших функций — возможностей внутрисис-
темного метаболизма, выноса и.разбавления загрязнителей.
Решение данных проблем в настоящее время осуществляется
эмпирически с использованием фундаментальных понятий и принци-
пов, разработанных в геохимии ландшафтов и геохимических мето-
дах поисков полезных ископаемых. Прежде всего используется одно
из центральных теоретических понятий геохимии ландшафтов — идея
о структурной организации ландшафтов, включающая анализ специ-
фики радиальной и латеральной геохимической дифференциации ве-
щества и миграционных потоков; внутри- и межсистемных связей и
процессов (Полынов, 1956, Перельман; 1976,Глазовская, 1976,1981,
1988; Добровольский, 1983; Глазовская, Солнцева, 1984; Аржанова,
Елпатьевский, 1990;Елпатьевский, 1993 и др.). Контрастность струк-
турной геохимической организации ландшафтов — основная причина
неодинаковых ответов на однотипный ТГ пресс. Поэтому проблемы
прогнозной оценки свойств среды в её ненарушенном состоянии яв-
ляются основополагающими и при анализе экологической роли неф-
тедобывающего производства.
Вторым фундаментальным понятием общей теории геохимии
ландшафтов, которое плодотворно используется как при оценке по-
тенциала нормального функционирования природных систем, так и
при оценке их трансформации в зоне техногенеза, является понятие о
геохимических барьерах (ГХБ), играющих важную роль в изменении
или сохранении природной среды (Перельман, 1966,1975,1976,1979;
Глазовская, 1981,1982,1988; Касимов, 1982; Солнцева, Касимов, 1976,
1982).
Существует много типов природных ГХБ — природных аппа-
ратов, способных выводить из миграционных потоков и накапливать
разные группы продуктов техногенеза. А.И.Перельман (1975) выде-
ляет около 100 типов ГХБ; Н.С.Касимов (1982) насчитывает их бо-
лее 550. От эффективности “работы” этих многочисленных ГХБ —
их ёмкости или проницаемости, устойчивости или быстрого выхода
из строя во многом зависит сохранность природной среды.
Добыча нефти приводит к возникновению региональной и мес-
тной вариабельности соотношений “удар — ответ”, что предопреде-
ляет необходимость вычленения и решения следующих групп более
частных проблем.
Методологических, среди которых наиболее сложна пробле-
ма нормирования территориально-дифференцированных нагрузок на
среду — пороговых уровней ТГ давления.
Классификационных, включающих разработку принципов и
критериев: а) оценки техногенных факторов по их “экологической
ю
деструктивности” в местных природных условиях; б) типизации ос-
новных форм нарушений природных систем — пространственных
типов “ответов” (на местном и региональном уровнях) и внутрисис-
темных (на макро-, мезо- и микроуровнях).
Теоретических, среди которых наиболее сложны вопросы: а) ус-
тойчивости природных систем (к разным типам ТГ нагрузок); б) оцен-
ки потенциала самовосстановления при механическом разрушении
ландшафтов и потенциала их самоочищения при загрязнении.
Взаимодействие природной среды и технических объек-
тов — ещё одна важнейшая группа теоретических и практических
проблем в районах добычи и транспортирования нефти.
Природная среда и технические сооружения выступают в ка-
честве подсистемы единой геотехнической системы, и недоучёт этого
обстоятельства служит причиной многих критических для экологии
среды ситуаций (Баглай, Хренов, 1985). Такие взаимодействия про-
исходят как при наземном, так и при подземном техногенезе. Так, ТГ
гидродинамические системы на действующих месторождениях ак-
тивно влияют на эксплуатационные колонны, вызывая их внешнюю
коррозию (Костарев и др., 1991). Проблемы агрессии среды относи-
тельно технических объектов и мероприятия по их защите тесно свя-
заны с охраной среды от загрязнения. Характер геохимического вза-
имодействия промысловых объектов и вмещающих их ландшафтов
определяют как устойчивость — безаварийность работы сооруже-
ний, так и неодинаковую вероятность и интенсивность коррозии и раз-
рушения целостности защитных покрытий технических объектов (в
частности, на продуктопроводах в разных природно-территориальных
комплексах).
Изучение взаимодействий в системе “среда,— технический
объект” особенно актуально в северных районах России, территории
которых характеризуются повышенной агрессивностью значитель-
ной части природных систем.
Восстановление нарушенных земель. Проблемы, связан-
ные с восстановлением нарушенных при добыче нефти земель, мно-
гоплановы. Не существует отработанной системы методов щадяще-
го природопользования и восстановления экологических нарушений,
хотя имеются многочисленные опытно-методические проработки по
предупреждению и стабилизации некоторых нежелательных процес-
сов и рекультивации таких земель (Григорьев, Мандаров, 1975; Мс
Gill, 1977; Шилова, 1975,1977;Мукатанов, Ривкин, 1979; Mitchell et al,
1979; Саттаров, Даутов и др., 1980;De Jung, 1980; Усачева и др., 1981;
Алиев и др., 1981; Саттаров, Самосова и др., 1982; Аскеров, 1982;
Гайнутдинов и др., 1982; Оборин и др., 1985,1987; Руководящий доку-
мент..., 1987; Смирнова, Виталь, 1988; Восстановление нефтезагряз-
11
нённых.., 1988; Колесникова, Базенкова, 1988; Базенкова, Колеснико-
ва, 1989; Акулыпина, 1989; Гилязов, Рязанов, 1989; Методические ука-
зания..., 1990; Азмуханов, 1994 и др.).
Большое количество опытных работ, выполненных в нашей стра-
не и за рубежом по рекультивации земель, загрязнённых в процессе
добычи углеводородного сырья, дают противоречивые результаты.
Одни и те же мероприятия в различных природных условиях (и даже
в различных микроландшафтах одной и той же территории) приводи-
ли к неодинаковому эффекту. Основными причинами подобных ре-
зультатов служат: а) недостаточный учёт собственно природного по-
тенциала рекультивируемых ландшафтов; б) отсутствие знаний о внут-
ренних механизмах посттехногенного преобразования почв (и ланд-
шафтов в целом) и о динамике возникающих в них процессов, а так-
же о характере вторичных реакций и т.д. Разработка мероприятий по
оптимизации природопользования на Территории России осложняет-
ся плохой изученностью (а в ряде случаев и полной неизученностью)
свойств природных систем даже в их естественном состоянии. Наи-
более остро стоит проблема с изучением почв и почвенного покрова
в северных ландшафтах страны. Затраты на предотвращение ущер-
ба окружающей среде при нефтедобыче (включая и затраты на опыт-
но-методические работы) в несколько раз меньше затрат, требуе-
мых для устранения причинённого ущерба. Средства на охрану сре-
ды должны соответствовать возможностям и необходимости её за-
щиты и рекультивации, так как если предприятие не компенсирует
ущерба среде, то с государственных позиций оно объективно оказы-
вается убыточным, хотя приносит определённую прибыль ведомству
(или фирме), производящему продукцию. В качестве примера в
табл. 1.3 показаны основные затраты на охрану среды в связи с неф-
тедобычей в США-
Таблица 1.3
Структура затрат на охрану окружающей среды в нефтяной
промышленности США, млн дол. в год (Petro Fiber, 1981)
Объекты Разведка и добыча Транспорт
Воздух 227 29
Воды 1586 46
Земли 45 6
Итого 1858 81
Необходимо также учесть, что вследствие более высокого ка-
чества промыслового оборудования в США аварийность на техни-
ческих объектах ниже, чем в России, в то время как затраты на ох-
рану среды и её восстановление неизмеримо выше.
12
Деградация среды вследствие возникновения обратных связей
отражается на экономических показателях производства. Опыт аме-
риканских ученых свидетельствует о том, что учет природных усло-
вий на стадии проектирования позволяет найти оптимальные условия
для размещения технических объектов (в частности, трубопровода)
и уменьшить негативные воздействия на среду (Грицан, 1988).
Исходя из сказанного, представляется, что существует четы-
ре основных блока экологических задач, требующих методически раз-
личных подходов к их решению. Три первых блока — это специали-
зированные оценки, которые включают:(
1) анализ техногенных факторов — источников и причин транс-
формации природных систем;
2) анализ всех форм ответных реакций экосистем на техноген-
ные нагрузки. Здесь необходимо анализировать не только уровни со-
держаний загрязнителей в природных средах (почвах, грунтах, водах,
биоте), их состав, особенности пространственного распределения, но
и характер взаимодействия с природными
объектами — типы ответных реакций на введение чу-
жеродных веществ, включая динамику процессов, особенности из-
менений механизмов функционирования природных систем и т.д.;
3) анализ природного потенциала территории—агрессивность
среды относительно технических объектов, устойчивость ландшаф-
тов к техногенным нагрузкам, возможность природных сред к само-
очищению.
Очень важна прогнозная оценка свойств местных природных
комплексов, способствующих или препятствующих’ развитию нега-
тивных экологических процессов. ,
Четвертый блок задач объединяет интегральные оценки: “при-
родные комплексы -» воздействия -> последствия (непосредствен-
ные и отдаленные во времени) новые состояния и свойства при-
родных комплексов”. Такой анализ служит научной основой для раз-
работки территориально-дифференцированных нормативов природо-
пользования и принципов восстановления нарушенных земель.
Существующие проработки перечисленных проблем различны.
Наиболее продвинуты решения вопросов инвентаризации земель, заг-
рязненных нефтью и сточными водами. Методически наименее раз-
работаны интегральные оценки взаимодействий “нефтедобывающие
комплексы —природная среда” и особенно прогнозные оценки отда-
ленных во времени изменений состояния экосистем в сфере влияния
нефтедобывающего производства.
13
J
fl
Глава 2. ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНУЮ
СРЕДУ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ
Нарушения природной среды, возникающие в любых нефтедобы-
вающих районах мира, делятся на две основные группы: 1)первичные —
собственно техногенные, непосредственно связанные с работой или стро-
ительством технических объектов; 2) вторичные — посттехногенные,
обусловленные реакцией экосистем на ТГ пресс. Тяжесть экологичес-
ких изменений природной среды зависит от птубины и форм вторичных
изменений—характера ближайших проявлений и отдалённых следствий
подземного и поверхностного техногенеза.
Территориальные соотношения проявлений первичных и вто-
ричных нарушений ландшафтов зависят от их устойчивости: чем ус-
тойчивее природные системы, тем уже эти соотношения — меньше
вторичных изменений, что подтверждается фактическими данными
(Walker et al, 1987).
Основные источники и виды техногенных воздействий, харак-
терные для нефтедобывающего производства, в зависимости от эта-
пов “жизни” промысла приведены в табл. 1.1. Для конкретных нефте-
добывающих предприятий (объектов), точно привязанных к опреде-
ленной технологии и конструктивным решениям, соответствующим
специфике месторождений и определенной местности, перечень воз-
действий может различаться: быть несколько шире или уже пред-
ставленного в табл. 1.1; Но в любом случае нагрузки на природную
среду связаны: а) с физическими воздействиями — механогенезом
при работе техники (бурильных установок, тяжелых механизмов по
перемещению грунтов и др.); б) с геохимическими воздействиями,
возникающими не только при авариях на технических объектах, но и
связанных с “технологическими выбросами”.
2.1 Экологические следствия механических повреждений
природных систем
Нарушение целостности почв и грунтов — механогенез — на-
чинается уже на этапе обустройства месторождений, когда прокла-
дываются дороги и трубопроводы, оборудуются буровые площадки,
строятся другие технические объекты. Происходит механическая
трансформация природных систем на значительных территориях и
одновременно ’’вклинивание” технических сооружений в природную
среду. Любое техногенное воздействие вызывает ту или иную ответ-
ную реакцию, так как происходит смещение равновесий в природных
системах (Молдаванов, 1988).
Экологические последствия механогенеза разнообразны и за-
висят от типа воздействий, например, из-за изъятия грунтовых масс
14
(карьеры) или привнося веществ в ландшафты при строительстве
линейных сооружений, отсыпке буровых площадок и др.
Наиболее интенсивный поверхностный и подземный механогенез
осуществляется при строительстве и обустройстве промыслов. Однако
заметные механические нарушения ландшафтов возникают и ранее, еще
при поисках и разведке месторождений и позже, при их эксплуатации.
На любых этапах работы промыслов в процессе механогенеза
формируются новые ТГ формы рельефа: 1) положительные, представ-
ленные разнообразными валами, насыпями, отвалами разнообразных
грунтов; 2) отрицательные, связанные с земляными амбарами, карь-
ерами, траншеями и т.д. Техногенная перестройка рельефа, сопро-
вождающаяся дезинтеграцией грунтовых масс и изменениями усло-
вий, стока, активизирует, а иногда и изменяет рельефообразующие
процессы, что сопровождается возникновением вторичных форм ре-
льефа — промоин, просадок, оползней, оврагов.
Наиболее интенсивно разрушаются мезо-, микро- и нанофор-
мы рельефа^ Так, преобладающие в фоновых южнотаежных ланд-
шафтах микроформы рельефа — прикорневые повышения высотой
10-40 см и микропонижения на месте старых ветровалов глубиной
10-50 см (рис.2.1,а) исчезают, а основные поверхности оказываются
занятыми собственно ТГ положительными и отрицательными мезо-
Рис. 2.1. Особенности природного и техногенного мезо- и микрорельефа в элювиаль-
ных южнотаежньк ландшафтах.
А — рельеф исходных ландшафтов: 1 — прикорневые микроповышения; 2 — микро-
понижения или потяжины; 3 — слабонаклонная водораздельная поверхность; Б —
техногенные модификации рельефа: 4 — техногенные отрицательные формы (амбары
и ловушки для сбора загрязнителей); 5 — западины, возникающие при работе тяжелой
техники; 6 — техногенные положительные формы (валы, насыпи); 7 — вторичные
замкнутые отрицательные формы рельефа (западины, микрозападины, усадки грунта);
8 — промоины, ложбины стока
15
формами — валами, насыпями высотой до 2-3 м, земляными амба-
рами и ловушками для загрязнителя глубиной до 2-4 м. При этом вся
территория осложнена вторичными формами микрорельефа — про-
моинами, просадками, потяжинами (рис.2.1 ,б).
Активизация вторичных рельефообразующих процессов обус-
ловлена также частичным или полным разрушением почв и (или) из-
менением теплофизических параметров грунтов. Например, разру-
шение почв вдоль магистральных трубопроводов в северных ланд-
шафтах Зап. Сибири приводит: а) на территориях, где нет льдистой
мерзлоты, к возникновению промоин, рытвин, ложбин стока, оврагов
(Сопина, 1980, Бабин и др., 1989); б) при наличии льдистой мерзло-
ты — к нарушению теплового баланса и температурных режимов,
термоэрозии и термокарсту, сезонному и многолетнему пучению, ра-
стрескиванию грунтов, просадкам, суффозии (Григорьева, 1986; Крав-
цов и др., 1989). Восстановление в нарушенных грунтах структурных
связей, плотности, сжимаемости, сопротивления сдвигу возможно не
ранее чем через 10-20 лет (Степаненко и др.,1983).
Повреждённые территории, как правило, значительно превы- |
шают площади земельного отвода. Так, в тундрах Зап. Сибири шири-
на нарушенных земель с каждой стороны трубопровода составляет
30-100 м (Дьяконов, 1974; Украинцева, 1975; Дьяконов и др., 1976;
Антонов-Дружинин, 1989). В этих условиях возникают значительные
вторичные разрушения при строительстве полимагистралей. Несколь-
ко более благоприятные экологические условия строительства тру- I
бопроводов характерны для предтундровых лесов и редколесий (Ан- j
тонов-Дружинин, 1991). |
При строительстве буровых площадок в тундровой зоне интен- I
сивные повреждения ландшафтов превышают 3 га (Груздев, 1987), |
что значительно выше нормы отвода земель. Вскрытие рыхлых суб- |
стратов при работе тяжёлой техники или в результате вторичной эро- j
зии (особенно в засушливых районах и(или) при сильных ветрах) при- ]
водит к развитию дефляционных процессов (Попов, 1971, Шилова, J
1977,1978). Их первичным пусковым механизмом может быть унич-
тожение (или повреждение) только растительного покрова или орга-
ногенных горизонтов почв. В результате минеральные горизонты почв <
иссушаются, а в северных районах России, где развита мерзлота, j
также и протаивают. Вследствие дефляционного развевания форми- •
руются обширные песчаные ТГ “арены” (Шилова, Мамаева, 1977;
Васильевская и др., 1986). Песчаные раздувы не зарастают длитель-
ное время вследствие значительного уменьшения запасов влаги в /
верхней части отложений (Москаленко, 1983). В северных районах (
(Ямал) оттаявшие грунты могут переходить в тиксотропное состоя-
ние (Дедков, 1988). J
Достаточно неприятные экологические следствия возникают
не только при разрушении целостности почв, но и при их погребении
под ТГ субстратами. Особенно наглядны такие изменения при стро-
ительстве буровых площадок и линейных сооружений (дорог и трубо-
проводов), а также при засыпании нефтезагрязнённых почв — их “пес-
товании”.
Наиболее тяжёлые экологические следствия при этом харак-
терны для северных регионов России (тундры, лесотундры). В по-
добных ландшафтах при засыпании почв минеральным субстратом
мощностью более 20 см восстановление растительности практичес-
ки не происходит (Васильевская и др., 1986). Возникающие ТГ арены
представлены, как правило, достаточно подвижными очень бедными
песками. Геохимическая бедность отсыпаемых субстратов (табл.2.1),
в частности, в Зап. Сибири в значительной степени затрудняет их
естественное зарастание. В этих условиях необходимо применение
соответствующих мелиоративных мероприятий.-
' Таблица 2.1
Некоторые физико-химические свойства песков, используемых для отсыпки
технических площадок и “рекультивации” загрязнённых почв
(Зап. Сибирь, Надым-Пурское междуречье)
pH Органичес- кий угле- род, % Поглощенные катионы, мг-экв /100 г NOj, мг-100 г
Са2+ Mg2+ И* АГ Na+
6,1 необн. 0,33 0,33 0,30 0,15 0,02 2,2
6,4 0,14 0,67 0,50 0,20 0,20 0,03 1,7
Очень сильны механические повреждения ландшафтов при
добыче строительных материалов (в том числе песка) для техни-
ческих нужд промыслов. Как правило, участки разработок — карье-
ры — приурочены к суходольным ландшафтам, выборка грунта в них
осуществляется достаточно хаотично. В результате исходные при-
родные комплексы суходольных северотаёжных лесов и относитель-
но дренированных тундровых ландшафтов (особенно на Ямале) за-
мещаются бедлендами с очень плохой естественной восстановимо-
стью растительного покрова и повышенной вторичной эрозионнос-
тыо. Среди причин устойчивости возникающих нарушений: а) физио-
логическая сухость песчаных отложений ’’останцов” и повышенная
гидроморфность западинных участков; б) бедность субстратов эле-
ментами питания; в) гравитационная и дефляционная подвижность
материала. В мерзлотных ландшафтах интенсивная термоденудация
склонов карьеров происходит даже при крутизне всего 2-3°. Величи-
2-1119
17
на отступления бровки карьера может составлять несколько сотен
метров (Оловин. 1979).
Важнейшие экологические следствия трансформации рельефа
и “встраивания” в природные комплексы технических сооружений —
изменения гидрологических, гидрохимических и теплофизических
процессов. Наиболее активен вторичный гидроморфизм. Так, нефте-
промысловые технические сооружения, особенно линейные (трубоп-
роводы, дороги), протягиваясь на десятки километров, на многих уча-
стках играют роль практически непроницаемого барьера, разрушаю-
щего естественные пути миграции внутрипочвенных потоков, созда-
вая в гумидных ландшафтах очаги переувлажнения со стороны дви-
жения почвенно-грунтовых вод (Полкошникова, Сущеня, 1981; Крав-
цов, 1989; Стихарев, 1991). Активизирующиеся при этом процессы
глеегенеза могут приводить к формированию болотных (и даже бо-
лотно-озёрных) ландшафтов. ,
Развитие вторичного гидроморфизма может быть необрати-
мым. Так, в Зап. Сибири эти процессы приводят к наползанию болот
на суходольные ландшафты, что совпадает с общими региональны-
ми тенденциями эволюции ландшафтов территории (Караваева, 1982);
в этих районах вторичное заболачивание необратимо.
Вторичный гидроморфизм часто сопровождается увеличени-
ем минерализации почвенно-грунтовых вод, в частности, в районе
Самотлора в очагах придорожного затопления минерализация вод
составляет 442 мг/л, а в водах фоновых почв 26-30 мг/л (Полкошни-
кова, Сущеня, 1981). Усиление гидроморфизма и возрастание мине-
рализации почвенно-грунтовых вод увеличивает как агрессивность
среды к техническим сооружениям, так и потенциальную опасность
аварийных ситуаций и выбросов агрессивных жидкостей. В очагах
переувлажнения отмечается также неустойчивость насыпей, оголе-
ние труб и их всплывание, разрушение крепёжных сооружений, бето-
на, смещение оси трубопроводов (Баглай, Хренов, 1985), что также
увеличивает вероятность аварий.
В соответствии с интенсивностью вторичных преобразований
(заболачивание, динамические нарушения почв и грунтов, изменения'
минерализации вод) вдоль линейных сооружений возникает специфи-
ческая зональность растительного покрова: от зоны его коренной пе-
рестройки (максимальное количество “пришельцев”) до постепенно-
го восстановления растительности коренного фона (Полкошникова,
Сущеня, 1981). С увеличением степени нарушенное™ природных ус-
ловий возможности и темпы восстановления растительного покрова
снижаются (Москаленко, 1980).
Происходит обводнение обширных территорий в процессе на-
мыва песка при строительстве дорог, что сопровождается отложени-
18
ем на поверхности почв, примыкающих к дороге, тонких взвесей пес-
чано-илистого материала. На обширных территориях гибнет расти-
тельный покров. Причины гибели растительности точно неизвестны.
Возможно, это кольматаж верхних горизонтов почв и изменение ус-
ловий их аэрации, что в сочетании с увеличением обводнённости при-
водит к перестройке окислительно-восстановительных процессов.
Дальнейшая судьба этих природных комплексов неясна и требует
изучения.
При добыче пеека для гидронамыва резко увеличивается мут-
ность рек из-за взвешенного материала. Перенос тонких взвесей
вызывает изменение состава и строения донных отложений, что при-
водит к негативным экологическим последствиям: 1) заносу песком
естественных илистых донных отложений и разрушению нерестилищ,
2) попутному “пескованию” загрязнённых участков русла рек, что
ухудшает условия аэрации донных осадков и может привести к серо-
водородному глеегенезу.
Интенсивные экологические изменения в ландшафтах возни-
кают из-за подземного механогенеза при бурении, эксплуатации и
ремонте скважин, закачивании жидкостей для поддержания пласто-
вого давления и интенсификации воздействия на продуктивные гори-
зонты. Экологические ответы многообразны и проявляются как в
изменениях геологической среды, так и в характере ландшафтообра-
зующих процессов.
Отбор огромных объёмов флюидов сопровождается формиро-
ванием значительных по площади депрессионных воронок, что отме-
чалось на Ромашкинском, Туймазинском, Ярино-Каменноложском и
других месторождениях (Попов и др., 1987). Падение внутрипласто-
вого давления приводит к осадке и уплотнению вмещающих пород и
как следствие — проседанию земной поверхности (Уоллворк, 1979).
В ландшафтах это проявляется мульдами оседания, разрывами. Осе-
дания охватывают площади в сотни гектаров. Региональные оседа-
ния поверхности отмечены, в частности, в Зац. Сибири — до 0,2-1,5
м (Коноплянцев, Ярцева-Попова, 1983), на Апшеронском полуостро-
ве, в Калифорнии и Техасе (Котлов, 1978, Горшков, 1982).
Формирование депрессионных воронок может сопровождать-
ся понижением уровня грунтовых вод, истощением водоносных гори-
зонтов, иссушением ландшафтов, активизацией или возникновением
карста, суффозионных воронок диаметром до 10-400 м (Горшков, 1982).
Но наиболее тяжёлые экологические следствия просадочных явле-
ний отмечаются при угрозе затопления и заболачивания территорий
(Гаттенбергер, 1984; Стихарев, 1991). По мере освоения месторож-
дений интенсивность просадочных явлений на земной поверхности
может увеличиваться.
19
Поднятие пластовых давлений при-закачке вод до 1-4 МПа выше
начального уровня приводит к формированию репрессионных зон, рас-
пространяющихся до 20 км от месторождений (Попов и др., 1987). В
этих условиях возникают существенные перетоки пластовых вод
(включая и заколонную циркуляцию жидкости), что вызывает их от-
ток к поверхности, инфильтрацию в почвенно-грунтовые воды, изме-
нение их состава и частичный выход на поверхность, грифонообразо-
ваниеит.д. (Пиковский, 1993).
Интенсивность вертикального водообмена в ландшафтах тер-
риторий нефтепромыслов заметно меняется не только из-за перерас-
пределения пластовых давлений, но и изменений температуры плас-
тов. Так, в мерзлотных ландшафтах Западно-Сибирской нефтегазо-
носной провинции повышение температуры грунтов более 20° С при
продвижении по скважинам и трубопроводам теплых пластовых жид-
костей увеличивает проницаемость глин на один-два порядка, что
определяет ускорение латеральной миграции и вертикального водо-
обмена (Клименко, 1987). Теплоизоляция трубопроводов только за-
медляет процессы образования талых зон вокруг “тёплых” трубо-
проводов и мёрзлого ядра вокруг “холодных”, но не исключает их
совсем (Спиридонов, Семёнов, 1980, Невечеря, 1985). Не остается
постоянным уровень грунтовых вод (Стихарев, 1991), активизируют-
ся инженерно-геологические процессы (Кравцов и др., 1989), расши-
ряются площади повреждений вокруг технических объектов. Так, за
5-7 лет площади первоначальных нарушений вдоль трубопроводов (в
частности, на Тюменском Севере) могут увеличиваться от 40-50 до
150-300 м (Гречищев, 1989), что сопровождается образованием це-
почек оврагов длиной до 400 м и глубиной 4-5 м. За такой небольшой
срок в северных ландшафтах площади оленьих пастбищ уменьша-
ются на треть, усиливается вытаивание подземных льдов и осадка
верхних слоев грунта до 0,4-0,6 м (Григорьев, 1979).
Очень велики разрушения долин рек в местах их пересечения
трубопроводами: происходит разрушение берегов, оползни, течение
грунтов, размыв пойменных земель, переформирование русел и т.д.
(Лобовиковидр., 1982).
Беспорядочное движение транспорта и лесные пожары приво-
дят к уничтожению растительности на огромных территориях. Толь-
ко в Надымском районе Зап. Сибири уничтожено более 3,5 млн га
лесов (Карамзин, 1988), пожары и вырубки приводят к нарушениям
мерзлотного режима, что может сопровождаться термокарстом (Пав-
лов, 1980). Таким образом, в процессе освоения месторождений уси-
ливается развитие криогенных процессов, что влияет как на состоя-
ние природных ландшафтов, так и технические сооружения (Галак-
тионов и др., 1983).
20
Опубликованные в научной литературе материалы свидетель-
ствуют, что каждой группе технических объектов или технических
процессов соответствуют определённые сочетания первичных —
собственно ТГ экологических нарушений ландшафтов и отсроченные
(отдаленные) во времени — вторичные экологические следствия.
Соотношения первичных и вторичных экологических изменений, воз-
никающих как следствие механогенеза при добыче нефти, проиллю-
стрированы в табл. 2.2, из которой видно, что количество и опасность
вторичных процессов может значительно превосходить первичные
изменения компонентов ландшафтов.
Суммируя все формы нарушений в связи с подземным и по-
верхностным механогенезом, следует выделить основные группы
экологических нарушений: 1) изменение рельефа и рельефообразую-
щих процессов; 2) трансформацию растительного покрова вплоть до
его полного уничтожения; 3) физическое и морфологическое преоб-
разование почв; 4) изменение термического, гидрологического и гид-
рохимического режимов и других процессов в ландшафтах.
Специфика вторичных следствий —; их интенсивность и фор-
мы — меняются в пространстве и во времени. Возникают цепные ре-
акции — цепочки закономерно сменяющихся во времени и простран-
стве ответных процессов и соответствующих им форм экологических
перестроек экосистем. Примером таких реакций могут служить эколо-
гические изменения, появляющиеся при формировании положительных
форм рельефа при строительстве технических объектов, особенно ли-
нейных (дорог, трубопроводов): новообразование ТГ рельефа » измене-
ние условий движения вещества (условий гравитации твёрдофазного
субстрата и перехват почвенно-грунтового и поверхностного стока) ->
переувлажнение почв и грунтов -> подъём уровня почвенно-грунтовых
вод и развитие гидроморфизма -> изменение окислительно-восстанови-
тельных процессов -» изменение условий миграции элементов пере-
стройка микробиоценозов изменение свойств почв (развитие птееге-
неза) -> изменение растительности и растительного покрова (влаголю-
бивые виды) заболачивание и торфонакопление.
Возникающие на каждом этапе преобразования среды, эколо-
гические изменения могут быть обратимыми или необратимыми.
Обратимость-необратимость перестройки ландшафтов обусловле-
ны не только их прямым первичным или вторичным механогенным
разрушением, в частности, эрозионным размывом или термокарстом,
если это мерзлотные условия, но и глубиной последующего сдвига
почвенно-геохимических процессов, которыми всегда сопровождают-
ся любые механические нарушения экосистем.
21
Таблица 2.2
Формы преобразования компонентов ландшафтов н ландшафтообразующих процессов при механогенных
воздействиях (на примере тундры и лесотундры)
Виды техноген- ных нагрузок: технические сооружения процессы Первичные нарушения виды нарушений Вторичные нарушения: формы, процессы и их интенсивность S. Автор, год
Линейные со- оружения: тру- бопроводы, до- роги, насыпи, дамбы Нарушения рельефа, условий снегонакопления, теплообмена и тепловыделения, активизация инженерно-геологических процессов Изменение глубины сезонного промерзания-протаивания» не- равномерная осадка трубопроводов; мощность талой толщи возрастает в 2-3 раза (теплые трубопроводы); формирование мерзлых ядер вокруг холодных трубопроводов Григорьева, 1986; Гуринов, Пав- лунин, 1988; Спиридонов, Семе- нов, 1980; Нефедова, Скрябин, 1988; Невечеря, 1985; Гаррис, Тугунов, 1986
Нарушения поверхностного и подземного стока и условий об- воднения, образование верховодки, заболачивание; образование наледей; образование мелководных водоемов, включая техно- генные озера Полкошникова, Сущеня, 1981; Москаленко, Шур, 1975; Кравцов и др., 1989; Стихарев, 1991; Крючков, 1977; данные автора
Эрозия обваловок трубопроводов, откосов дорог и прилегающих почв (включая термоэрозию и термокарст) - промоины, овраги, просадки,оплывины,конуса выноса; тепловая осадка грунта возможна и в зимнее время; максимальные проявления там, где трасса пересекает уступы рельефа; протяженность новообразо- ванных линейных форм может составлять десятки (реже сотни) метров; повышение водопроницаемости почв и грунтов Григорьева, 1986; Васильевская и др., 1986; Тагунова, Тихомирова, 1975; Крючков, 1977; Ривкин и др., 1980; Воскресенский, Чис- тов, 1989; Сопина, 1980; Стихэ- рев, 1991; Бабин и др., 1989; Ма- зур, Моддаванов, 1989; данные автора.
Пучение. Максимум процесса отмечается в тяжелых суглинках (3-4%), минимум - в песках, супесях (0,7-1,3%); деградация мерзлоты, образование наледей Ривкин и др., 1980; Григорьева, 1986; Тагунова, Тихомирова, 1975; Гречищев, 1989; Сопина, 1980; Васильевская и др., 1986
Нарушения растительного покрова; снижение биологической продуктивности почв; изменение их водного режима; полное разрушение почв Москаленко, Шур, 1988; Укра- инцева, 1975; Мельников и др., 1976; Украинцева, Мельников, 1983; Телегин и и др., 1988
Солифлюкция (оплывины, конусы выноса); может быть снесен поверхностный слой до 1 м глубиной на тысячах метров Григорьева, 1980; 1986; Гре- чищев, 1989
Продолжение табл. 2.2
Виды техноген- ных нагрузок: технические сооружения Первичные нарушения виды нарушений Вторичные нарушения: формы, процессы и их интенсивность Автор, год
процессы Отсыпка буро- вых площадок, бурение и экс- плуатация сква- жин Уничтожение растительного покрова, засыпание почв, фор- мирование техногенного рель- ефа, изменение мощности снежного покрова, отепляющее действие скважин, депрессион- ные воронки, поднятие пласта* вш пая пений Изменение миграционной и геохимической активности элемен- тов: существенное ожелезнение почв вдоль трассы трубопро- вода, изменение химических свойств почв ___ Изменение глубины промерзания-протаивания; появление про- вальных воронок, заполняющихся водой (диаметром 4-5 м, глу- биной 10-15 м); развитие термокарстовых процессов от скважин может осуществляться в радиусе 0,5-0,7 км (размеры впадин 100x200 м, глубина — не менее 10 м); дефляционные процессы; возникновение мульд оседания, разрывы, региональные оседа- ния поверхности; плоскостная и линейная эрозия; подтопление почв и заболачивание ... —_ Сопина, 19ov, Васильевская и и др., 1986 Гуринов, Павлунин, 1988; Гри- горьев, 1979; Гашев и др., 1988; Цадульников, 1988; Ельчанинов, 1980; Славнина и др., 1989; Ко- ноплянцев, Ярцева-Попова, 1983; Козин, Нестерова, 1992; данные автора
Гусеничная тех- ника и другой наземный авто- транспорт Разрушение (или уничтожение) растительного покрова и почв Термокарст: на равнинной поверхности - просадки, их обвод- некие* заболачивание, образование озер; на пологих склонах - солифлюкция; Реконструктивная стадия преобразования релье- фа начинается через 5-6 лет, цикл переформирования рельефа 5- 7 лет _ . . — Григорьев, 197У, гавкин и др., 1980; Карамзин, 1988; Григорье- ва, 1986
Протаивание мерзлоты, термоэрозия (промоины, овраги), усло- вия, способствующие возникновению и росту оврагов: пересе- чение линий стока поверхностных и грунтовых вод; крутизна склонов — 6-8°; средняя протяженность оврагов достигает 150 м, глубина — 3-5 м; при импульсивных воздействиях длина оврага соответствует длине естественных оврагов; при постоян- ных — выше и сопровождается развитием термокарста, котло- вин, воронок;-на бровках таких оврагов формируются трещины усыхания; заболачивание; пучение, иссушение торфов, возмож- ны эоловые процессы — Суходровский, Новиков, 1979, 1980; Суходровский, 1984; Ва- сильевская и др., 1986; Григорье- ва, 1986; Воскресенский, Чистов, 1988; Гладков, 1988
Продолжение табл. 2.2
2.2. Экологические следствия геохимических воздействий
на природные системы
До недавнего времени основные усилия по изучению воздей-
ствия добычи и транспортирования нефти были сосредоточены на
проблемах океана (Нельсон-Смит, 1977, Sharp et al, 1979). Процессы
загрязнения почв, пресных вод и ландшафтов, их отдалённые послед-
ствия в литературе освещены значительно хуже. Одной из причин
этого положения является то, что значительная часть научных ис-
следований по воздействию нефтегазодобывающего комплекса на
природную среду в ряде стран является закрытой, и материалы ис-
следований не публикуются (Pimlott, 1977). Всё же в последние годы
появилось много работ, освещающих те или иные аспекты изменений
свойств природных систем в районах нефтепромыслов. Как показали
исследования, при добыче нефти многие годы в ландшафты поступа-
ют органические и минеральные вещества как природного, так и тех-
ногенного происхождения. Особенности воздействий загрязнителей,
характерных для нефтедобывающего производства, на экологию при-
родной среды зависят, с одной стороны, от количества и состава пол-
лютантов — их геохимической активности, с другой — от свойств
принимающих эти вещества природных систем. Одни и те же веще-
ства в разных ландшафтно-геохимических условиях ведут себя нео-
динаково: в одних случаях они устойчивы и даже инертны, в дру-
гих — не только подвергаются быстрым преобразованиям, но и ак-
тивно взаимодействуют с почвенно-грунтовой массой (Глазовская,
1983, Солнцева и др., 1985, Солнцева, 1988).
Любые технические сооружения и виды деятельности при до-
быче нефти приводят к изменениям геохимических процессов на тер-
ритории месторождений, но основная группа геохимических воздей-
ствий обусловлена ТГ потоками разных типов и интенсивности. Ос-
новные причины их появления — несовершенство технологии и нару-
шения технологических регламентов (Каламулин и др., 1985), а так-
же коррозионная аварийность и дефекты оборудования (Рябков, 1979).
На долю коррозии металлов приходится свыше 60% аварий (Гиль-
ман, 1979). Основная часть разрушений оборудования (50—80%)
вызвана микробиологической деятельностью (Iverson, 1974), наибо-
лее высокие скорости коррозионных процессов обусловлены жизне-
деятельностью анаэробных СВБ бактерий (Тоник, 1977).
Наибольшую экологическую опасность представляют аварий-
ные ситуации: фонтанирование скважин, образование грифонов, утеч-
ки загрязнителей из резервуаров, при разрывах трубопроводов, пожа-
рах и т.д. Максимальные дебиты нефти при её фонтанировании мо-
гут составлять до 1 млн м3/сут, а площадь поражения превышает
25
600 тыс. м2 (Панов и др., 1986). В среднем при одном порыве нефте-
провода выбрасывается 2 т нефти, площадь загрязнения при этом
составляет около 1000 м2 (Панов и др., 1986). Значительна и потенци-
альная опасность резервуарных парков, где утечка нефти происходит
при коррозии днища резервуара. Опасность воздействия на среду оп-
ределяется их объёмами и конструкцией. Большинство хранилищ не
исключает утечек или фильтрации нефти.
Состав, возможная мощность и потенциальная вероятность по-
ступления веществ от технических объектов в природную среду зави-
сят от типа сооружений, .сложности их конструктивных решений и тех-
нологических режимов. При этом практически любые вещества, входя-
щие в состав формирующихся на промыслах ТГ потоков, геохимически
активны, часто высоко токсичны и опасны для природной среды.
Основные группы веществ, формирующих техногенные потоки
в природную среду (в зависимости от этапа эксплуатации месторож-
дения), представлены в табл.2.3. Каждой стадии эксплуатации соот-
ветствуют свои ведущие группы геохимических нагрузок.
Геохимическая трансформация природной среды начинается
уже на стадии бурения скважин. Загрязняющие вещества (нитраты,
свинец, кадмий) обнаруживаются в снеге в радиусе 2 км от буровой
(Воеводова, 1985, 1988). Но на этапе бурения основные потоки заг-
рязнителей связаны с буровыми растворами и шламами выбуренных
пород. В их состав и формирующиеся на их основе ТГ потоки входит
значительное число химических компонентов: разжижители, термо-
стабилизаторы, эмульгаторы, бактерициды, утяжелители и т.д. Кро-
ме того, в процессе бурения используются и другие группы химичес-
ких реагентов: для обработки призабойной зоны, увеличения нефте-
отдачи пластов, борьбы с асфальтосмолистыми и парафиновыми от-
ложениями. Применяются: кислоты НС1, H2SO4, HNO3 и др.; ПАВ
(неионогенные и анионогенные); углеводородные растворители (ди-
зельное топливо, керосин, газоконденсат и др.); водопоглотители (ме-
танол, диэтиленгликоль, ацетон, ацетоновые растворы кремнийорга-
нических соединений); водорастворимые полимеры, ингибиторы от-
ложений солей (на основе фосфорорганических соединений, производ-
ных карбоновых и сульфокислот, алкиленоаминов, а также растворы
хлорида натрия, гидроксида калия и других компонентов); ингибито-
ры коррозии — амины, амиды, карбоновые кислоты, эфиры, спирты,
альдегиды, кетоны и другие вещества (Белов и др., 1991).
Таким образом, ТГ потоки, обусловленные буровыми раство-
рами и реагентами воздействия на пласт, содержат компоненты, раз-
нообразные по составу, физико-химическим свойствам и степени ток-
сичности. Токсические свойства многих веществ (в частности, раз-
личных ПАВ) не известны (Мурзакаева, 1984), тем более, что они
26
могут иметь выраженные кумулятивные свойства (Галиев, 1984).
Сложный состав этих потоков усиливает экологическую опасность
их внедрения в природную среду.
• Таблица 2.3
Основные группы техногенных нагрузок н соответствующие им
загрязнители окружающей среды в районах добычи нефти
Типы работ на месторож- • дении Источники воздействий на среду: / технические сооружения и процессы, соответствующие данному этапу разработки месторождений Возможные группы загрязнителей природной среды, соответствующие применяемой технологии, и их состав
Поисково-разведочные работы и 1 обустройство промысла Подготовительные работы (све- дение растительности, прокладка дорог, обваловка площадок), бурение скважин. Источники воздействий: скважины, амбары, циркуляционные системы жид- костей, тяжелая техника. Причи- ны воздействий: аварийные вы- бросы пластовой жидкости, низ- кая герметичность оборудования, плохое - цементирование, сброс неочищенных сточных вод, про- рывы и переполнение амбаров Пластовые и промывочные жидко- сти, буровые шламы, утяжелители, реагенты воздействия на пласт: нефтепродукты, цементы, гипсо- вые, силикатные, содовые, извест- ковые, соляные и другие виды бу- ровых и промывочных растворов и утяжелителей, водонефтяная эмуль- сия, ингибиторы коррозии, ПАВ, диспергированная глина, барий, графит и т.д.
Эксплуатация । месторождений Добыча и транспортирование нефти, закачивание воды для поддержания пластового дав- ления. Источники воздействий: отстойники, кустовые насосные станции, добывающие и нагне- тательные скважины, трубопро- воды. Причины воздействий: коррозия металла, плохая герме- тичность, разрушение трубопро- водов, несовместимость состава закачиваемых и пластовых вод Нефть при аварийных выбросах и потерях при транспортировании; сточные воды различной минера- лизации; углеводороды, фенолы, ПАВ и добавки к ним (Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, Na2SiO2, НС1, KC1 и т.д.); ингибиторы коррозии, серо- водород, железо, механические примеси, соли (особенно много хлоридных), редкие и рассеянные элементы; полимеры (полиакри- ломвды, полисахариды); щелочи (NaOH, NH4OH и др.)
Сбор и первичная подго- товка нефти на промысле Сбор сырой нефти, сепарация, утилизация попутных газов и конденсата. Источники воздейст- вий: нефтяные резервуары, тру- бопроводы, факельные системы. Причины воздействий: потери лёгких фракций при хранении, пиролиз углеводородов, коррозии трубопроводов Тепловые воздействия, продукты неполного сгорания попутных га- зов и конденсата (выбросы ПАУ, включая 3,4-бензпирен), нефть, масла и др. нефтепродукты, фено- лы, азотистые, сернистые соедине- ния, включая сероводород, ПАВ, одоранты, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, соли (хлородные, сульфатно-хлоридные), редкие и рассеянные элементы
27
Вторая группа ТГ потоков, связанная с бурением скважин, —
буровые шламы, представляют собой смеси выбуренных пород и
буровых растворов. Они также включают все химические реагенты,
входящие в состав буровых растворов. Их содержание в шламах
может достигать 15% (Белов и др., 1991).
И, наконец, третья группа ТГ потоков, формирующихся при бу-
рении,!— буровые сточные воды, которые также содержат практи-
чески все реагенты, используемые для приготовления буровых ра-
створов, включая и такие загрязнители, как нефть, нефтепродукты,
соли, сероводород и др. (Reis, 1992). Степень токсичности буровых
сточных вод зависит от состава и количества используемых при бу-
рении реагентов и утяжелителей (Кузьмин и др., 1983).
Объёмы отходов бурения на одну скважину очень большие (рас-
чётные объёмы амбаров для их хранения составляют 500—800 м3).
Соответственно значительна и потенциальная опасность загрязнения
окружающей среды из-за прорыва амбаров или при их переполнении.
Количество скважин (которые также являются важнейшими источ-
никами ТГ потоков) в нефтедобывающих регионах очень велико. Так,
в Зап. Сибири с 1965 по 1985 г. пробурено 50 тыс. скважин, а к 2005 г.
их число может достигнуть 130 тыс. (Бондаренко и др., 1988).
Таким образом, ещё до начала эксплуатации месторождений
их территории подвергаются воздействию геохимически агрессив-
ных техногенных потоков сложного состава.
Для нефтепромыслов ведущими компонентами практически
любых типов ТГ потоков являются нефть и нефтепродукты. Сырая
нефть (пластовые жидкости) и товарная (обессоленная) нефть со-
ставляют значительную часть самостоятельных и достаточно мощ-
ных ТГ потоков (возникающих при авариях на скважинах, трубопро-
водах и при разрушении резервуаров). Величина мировых потерь не-
фти составляет более п» 107 т/гдд, из них только 20% приходится на
Мировой океан, остальное — это почвы и пресные воды (Клименко,
1987). Общие объемы утечек нефти очень велики. На территории
бывшего СССР ежегодно происходило 700 крупных аварий на газо- и
нефтепроводах, при которых терялось 7-20% добываемой нефти (Мо-
чалова и др., 1992).
Месторождения нефти среди других типов месторождений в
мире отличают, с одной стороны, значительное разнообразие видов
нефтей, а с другой — единство состава и структуры. Нефть — жид-
кий природный раствор, состоящий из углеводородов, высокомолеку-
лярных смолисто-асфальтеновЫх веществ, минерализованных вод и
микроэлементов. Их трансформирующая роль — деструкционная
активность в значительной степени зависит от состава пластовых
флюидов. Нефти различаются по вязкости, газосодержанию, количе-
ству смол, парафина, серы и др. Диапазон значений основных физико-
химических параметров нефтей России приведены в табл.2.4. Для
разных месторождений они сильно варьируют.
28
' S
ч
Диапазон изменений основных физико-химических параметров нефти в различных нефтегазоносных
провинциях России (Требин н др., 1980)
Сахалин- ская обл. од 0,4 98,0 1,5 2,9 0,782 0,852 2*1
Зап. Сибирь J 6*0 <ч еч 89,7 6*0 - 1 5,8 0,739 0,851 5,6
Волгоград- I скал обл. © 2,5 44,5 5,6 О о еч 0,823 0,869 1 1 2,4
Куйбышев- скавобл. ч CS QO 42,3 3,5 19,5 0,824 0,863 8,3
। Башкорта- i стан 2,8 4,3 20,6 30,3 0,881 0,892 . 10,6
Татарстан L’i. 3,4 49.0 3,1 « 0,807 998*0 8,6
Республика Коми о 2,0 9,4 2s еч 37,1 0,863 0,879 3,4
50% залежей сА сГ «л сч 26,0-86,0 V© 6,4-33,0 0,741-0,844 0,835-0,884 3,2-16,4
20% залежей 0,5-1,1 3,6-4,9 39,5-60,5 1,8-3,5 оо о 0,777-0,815 0,850-0,868 5,0-10,3
Параметры Содержание серы, % Содержание парафинов, % "х I я I о 5 1 Вязкость пластовой нефти, МПа/с Вязкость разгазированиой нефти, МПа/с Плотность пластовой неф- ти, г/см3 Плотность разгазированиой нефти, г/см3 Содержание азота; % ।
В нефтях обнаружено около 450 индивидуальных соединений (Голь-
дберг, Газда, 1984). В составе нефти выделяют лёгкие фракции (начало
кипения 200° С), где преобладают метановые углеводороды (алканы).
Содержание лёгких фракций в нефтях разных месторождений и даже
разных продуктивных горизонтов одного и того же месторождения силь-
но изменяются. Существенное значение в составе нефтей имеют цик-
лоалканы и ароматические углеводороды (арены — СН ).
Ароматические углеводороды — наиболее токсичные компо-
ненты нефти (Mitchell et al, 1972).Они являются хроническими токси-
кантами (Baker, 1971). В частности, к очень активным и быстродей-
ствующим токсикантам относятся низкокипящйе арены — бензол,
ксилол, толуол и др. Многие ароматические углеводороды характе-
ризуются ярко выраженной мутагенностью и канцерогенностью (Ис-
маилов, 1990). Наиболее опасна группа полиароматических углево-
дородов (Ильницкий, 1975, Шабад, 1973). Содержание Одного из наи-
более токсичных соединений — 3,4 бензпирена в нефтях колеблется
от 250 до 8050 млрд'1 (Алексеева, Теплицкая, 1981).
В нефтях идентифицированы фенантрены, хризены, пирены,
бензпирены, тетрафены (Алексеева, Теплицкая, 1981).
К неуглеводородным компонентам нефти относятся смолы и ас-
фальтены, играющие очень важную роль в химической активности не-
фти. Их содержание колеблется от 1-2 до 6-40% (Панов И др., 1986). С
этими группами соединений связана основная часть микроэлементов
нефти. Наиболее высоки концентрации V и Ni, а на отдельных место-
рождениях в нефтях и углеводородных газах довольно много Hg и As
(Озерова, Пиковский и др., 1979; Озерова, Пиковский, 1982,1985).
Важными с экологических позиций компонентами нефти являют-
ся присутствующие в ней соединения серы (элементарная, сероводо-
родная, сульфидная, меркаптановая). Сернистая нефть распространена
в Волго-Уральском и в отдельных районах Западно-Сибирского, Тима-
но-Печорского, Днепровско-Прикарпатского и ряда других бассейнов
(Пиковский, 1983). По содержанию серы нефти делятся на три класса:
малосернистые (до 0,5%), сернистые (0,5-2,0%), высокосернистые (бо-
лее 2,0%). Для ряда промыслов ведущим ингредиентом загрязнения
атмосферы является H,S (Мурзакаев, Корнилов, 1980).
Ещё один неуглеводородный компонент сырой нефти — мине-
рализованные пластовые воды. Состав пластовых вод, которые из-
влекаются вместе с нефтью, концентрации в них солей и соотноше-
ния ионов, а соответственно и степень их экологической опасности
разнообразны. Основные группы вод—хлоридно-натриевые (преоб-
ладающие) и хлоридно-кальциевые. Все воды нефтяных месторож-
дений высоко минерализованы. Выделяются рассолы (выше 100 г/л)
и солёные воды (10—50 г/л). Для нефтяных вод характерно повы-
30
-------
- шейное’содержание галогенов (Cl, Br, J), а также бора, бария, строн-
пия а в ряде случаев—двухвалентного железа и сероводорода.
Для территории России все пластовые воды по степени вред-
j \ объединены в пять групп: 1) хлоридно-натриевые с минерили-
' задней (свыше 100 г/л), 2) хлоридно-кальциевые (свыше 100 г/л), 3)
Ч’ хлоридно-натриевые (100-50 г/л), 4) хлоридно-натриевые (50-10 г/л),
хдоридно-натриевые "1 г//д) (Батоян, 1983). При этом даже в
Т ‘пределах одного бассейна состав пластовых вод достаточно разно-
’? образен. Пластовые воды, отделяющиеся от добываемой нефти в
;процессе её первичной подготовки, составляют основные объёмы
сточных вод промыслов — около 82—84% (Панов и др., 1986). По
1'. мере увеличения срока эксплуатации промыслов объём сточных вод
непрерывно растёт, а их минерализация падает.
1 'i/.’V - На промыслах формируются также хозяйственно-фекальные, про-
ХХмывочные и другие типы сточных вод, источниками которых являются
Ешсосиые станции, котельные, технологические площадки и другие объек-
ты. Суммарный объём подобных стоков относительно невелик, но в их
/^составе также много токсичных для природы веществ: водораствори-
*' 1“мые соли, нефть и нефтепродукты, железо, взвешенные вещества, деэ-
гьгаторы, сероводород и другие загрязнители.
Зу; Фактический состав и концентрации тех или иных компонентов
х>чных водах различных нефтепромыслов изменяются в широких
'^пределах, но во всех случаях они содержат вредные, а часто и очень
^^рксичные вещества.
* Мощные ТГ потоки связаны с добывающими, нагнетательны-
,'.мии поглотительными скважинами, компрессорными станциями и
1 другими техническими объектами. При работе компрессорных стан-
ций магистральных газопроводов в атмосферу выбрасывается бу-
тан, одорант, оксиды азота, углерода, сернистый ангидрид (Акопова,
Кобылев, 1985).. Большие объёмы нефти и нефтепродуктов, сернис-
тых соединений, оксидов углерода и других веществ выделяются в
окружающую среду через неплотности оборудования и с. открытых
поверхностей амбаров и очистных сооружений (табл. 2.5).
. Таблица 2.5
Объёмы газовыделений с поверхности очистных сооружений
(по Панову и др., 1986)
Источник воздействия Количество выделяющихся газов, г/ч
Углеводороды Сероводород
Нефтеловушки Пруды дополнительного 50700 26,70
отстаивания 135700 7,35
Песколовки 10600 103,30
Кварцевые фильтры 28600 14,70
Ещё одна группа веществ-загрязнителей, типичных для про-
мыслов, связана с газами и аэрозолями пиролитических процессов,
источниками которых являются факелы, запальные свечи, продувки
скважин и т.д.(Алекперов и др., 1985). Контрольный список веществ-
загрязнителей, поступающих в природную среду при горении углево-
дородного сырья, должен включать: СпНго, в том числе и 3,4 бензпи-
рен (Андреев и др., 1982), сажу (С), H2S, SO2, SO3, NOx, CO, NH4,
CO2. Следует также иметь в виду, что в воздух поступают и исход-
ные вещества, в частности, на факелах недожог составляет не менее
2%. Кроме того, в составе выбросов может быть аммиак и меркап-
таны.
Необходимо особо подчеркнуть, что основная масса полиаро-
матических соединений (включая 3,4 бензпирен) поступает в природ-
ную среду именно в процессе пиролиза углеводородов.
Класс опасности некоторых соединений, выбрасываемых в воз-
дух, показан в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Класс опасности веществ, входящих в состав ТГ потоков
Вещество Класс опасности Вещество Класс опасности
3,4 бензпирен 1 Меркаптан 1
Сероводород 2 Сернистый
Сажа (копоть) 3 ангидрид 3
Оксид углерода 4 Оксид азота 3
Аммиак 4
Таким образом, состав ТГ потоков только от одного типа тех-
нических источников —сооружений для сжигания углеводородов —
многокомпонентен. Среди них есть вещества 1-2 классов опасности.
В процессе циркуляции загрязнителей в природных средах об-
разуются обширные гидро-, атмо-, лито- и биогеохимические ореолы
загрязнения, создающие в ландшафтах (или их компонентах) специ-
фические техногенные аномалии — своеобразные “геохимические
бомбы” в почвах, грунтах, донных отложениях. На таких участках
локального скопления поллютантов происходит смена геохимичес-
ких обстановок, часто необратимая, что определяет отдаленный во
времени “взрыв” вторичных геохимических процессов и соответству-
ющих им экологических изменений в ландшафтах.
Экологические следствия попадания в природную среду нефти
зависят от её компонентного состава, наличия в ней спутников, без
которых нефть в природе не существует (Пиковский, 1993), высокой
подвижности и способности циркулировать между различными сре-
32
. дами (включая биоту) и сохраняться в них длительное время (Фло-
- ровская и др., 1981).
Метановые углеводороды, особенно нормальные алканы с ко-
роткой углеродной цепью, составляющие основную часть лёгких фрак-
ций нефти, оказывают наркотическое действие на живые организмы
(Пиковский, 1988). Высоко Токсичны такие соединения, как бутан и
пентан (Клименко, 1987). Отмечается токсическое действие лёгкой
фракции нефти на микробные сообщества и на почвенных животных.
Летучесть этих соединений способствует их испарению (до 20-40%)
s (Me Gill, 1977).
Циклоалканы могут стимулировать живые организмы и даже
оказывать бальнеологические действия (Караев и др., 1959, Гулиева,
1981). Окисляются эти соединения трудно.
Значительное влияние на природные системы оказывают твёр-
дые метановые углеводороды (парафины), содержание которых мо-
жет достигать 15-20%. Парафины содержатся практически во всех
' нефтях и влияют на вязкость и устойчивость поллютантов в природ-
1 ных системах. По содержанию парафинов выделяются три группы
нефтей: малопарафиновые (парафина -—до 1,5%), парафиновые (1,5-
6,0%), высокопарафиновые (болееб%)(Требинидр., 1980). Твёрдый
' 'парафин плохо разрушается и с трудом окисляется. Он может интен-
1. сивно мешать свободному влагообмену и дыханию почв, что усили-
г ’вает восстановительные процессы и интенсифицирует деградацию
биогеоценозов (Пиковский, 1988).
Очень токсичные компоненты нефти—ароматические угле-
водороды (ПАУ), среди которых, как уже отмечалось, много актив-
ных канцерогенов. В воде, при концентрации всего 1% они убивают
все водные растения (Currier, Peoples, 1954) и угнетают наземные.
Все ПАУ и в том числе 3,4 бензпирен плохо поддаются разру-
шению. Экспериментально показано, что главным фактором дегра-
дации ряда углеводородов, в частности, полиароматических, Особен-
но в воде и воздухе, является фотолиз под действием ультрафиолето-
вого излучения (Губергриц и др., 1975, Шйлина, 1985). В почве этот
процесс может осуществляться только на её поверхности.
Возможность участия фотохимических процессов в разложе-
нии нефти отмечается рядом авторов, но количественно это явление
не изучено (Пиковский, 1988,1993).
Основные механизмы естественного очищения от ПАУ, кроме .
фотоокисления: а) собственно окисление (взаимодействие с оксидан-
тами); б) биологическая деградация, включая микробный процесс;
в) для 3,4 бензпирена — деградация под действием оксидоредукта-
зы растений. Экспериментально обнаружена сорбция поллютанта и
3-1119
33
его циклические миграционные процессы: осенью — в глубь почвы,
весной — к поверхности (Шилина, Ванеева, 1981).
В почвах, кроме биологического разрушения ПАУ и их фото-
химической деструкции в поверхностном слое, эти соединения вы-
мываются водой (в зависимости от их растворимости и сорбционной
способности почв, препятствующей выносу). Происходит также хи-
мическое разрушение ПАУ.
Однако, несмотря на наличие механизмов самоочищения при-
родных систем от этих токсичных загрязнителей, в естественных
природных условиях процессы разложения высокомолекулярных уг-
леводородов протекают медленно, а в почвах Севера — особенно
медленно. Отрицательное действие данной группы веществ в зоне
техногенез а может многократно усиливаться при их взаимодействии
с другими техногенными веществами. Например, известно явление
синергизма при взаимодействии 3,4 бензпирена и диоксида серы.
V Вредное экологическое влияние на природную среду смолис-
то-асфальтеновых компонентов обусловлено: а) их вязкостью и плот-
ностью, что приводит к изменению водно-физических свойств почв и
грунтов, а иногда и их цементации; б) связью этих соед инений с мик-
роэлементами: As, Со, Си, Pb, Hg, Ni, V, Fe, Мп и др. (Пиковский,
1988).
Эти же элементы могут входить в состав нефтепродуктов, что
является ещё одним источником загрязнения окружающей среды
(Smith Jvan et al, 1975). Наиболее высоки концентрации ванадия 0,006-
0,04% от веса нефти (Yen, 1975, Пиковский, 1988), никеля —• 0,01%
(Пиковский, 1988), урана — п«10'2-п«10"3 % (Карцев, 1959), ртути —
4.10-5-4« 10"6 % (Озерова и др., 1975), железа — до 1,4x10м % (Smith
Ivan et al, 1975). В результате в почвах содержания микроэлементов
(в частности, тяжелых металлов) и количество их подвижных форм
могут увеличиваться в 1,5-2 раза (Саттаров и др., 1980,1982; Даутов
и др., 1981).
Асфальто-смолы чувствительны к кислороду воздуха, но мало
доступны микроорганизмам. Процесс их метаболизма идёт очень
медленно, иногда десятки лет (Пиковский, 1988).
" Общие экологические следствия поступления нефти, нефтепро-
дуктов и других загрязнителей в природную среду сводятся: а) к из-
менению свойств почв и почвенного покрова, б) к загрязнению по-
верхностных и почвенно-грунтовых вод и донных отложений, в) к из-
менению химического состава растений и трансформации раститель-
ного покрова, г) к общей деградации ландшафтов и изменению соци-
ально-экономических условий жизни населения.
Поведение нефти и нефтепродуктов при их попадании в ланд-
шафты, особенно процессы их внутриландшафтной миграции и мета-
34
болизма крайне сложны и очень длительны (Cresswell, 1977). С тече-
нием времени происходит внутрипочвенная деструкция поступивше-
го загрязнителя, включающая физико-химическое и микробиологи-
ческое разрушение нефти, сорбцию-десорбцию составляющих нефть
компонентов, их растворение, деградацию, образование и разруше-
ние эмульсий и т.д.
Выделяется несколько основных этапов преобразования нефти
в природных системах, не зависящих ни от состава поллютанта, ни
от почвенно-климатических условий (принципиально одинаковых в
разных регионах).
Первый этап — физико-химическое разрушение, дегазация, с-
пынос нефти, ультрафиолетовая деструкция (Оборин и др.. 1986,1988).
; > Концентрации поллютантов в верхних—самых загрязнённых гори-
зонтах — наиболее активно уменьшаются в первые месяцы после
поступления ТГ потоков за счёт рассеяния их компонентов в боль-
шом объёме почвенно-грунтового пространства, смыва поверхност-
ными водами и испарения. Содержание нефти может снижаться на
40-50% (Глазовская, Пиковский, 1980; Пиковский, 1988); потери неф-
тепродуктов, в частности, дизельного топлива, внесённого в лугово-
чернозёмные мерзлотные почвы, составляет за год 20-65% (Одеру-
сова, 1985). После полугода экспозиции в почвах скорость процесса
резко снижается. Если почвы (или иные субстраты) достаточно аэри-
рованы, то в среднем, первый этап деградации длится 1-1,5 года (Ог-
. лоблина, Пиковский, 1985), но может существенно возрастать в зави-
симости от объёмов сброшенной нефти. За это время меняются ди-
-,агностические признаки остаточной нефти (Пиковский, 1993). Сни-
жение содержаний отдельных компонентов нефти происходит нерав-
номерно. Наиболее активно деградируют н-алканы с длинной цепью
углеродных атомов (Оборин и др., 1988). Параллельно с этим проис-
ходит увеличение содержаний смолистых веществ за счёт их ново-
образований в процессе трансформации нефти (рис.2.2). Увеличива-
ется абсолютное количество асфальтеновых фракций (Oudot, 1979).
Микробиологические процессы на первом этапе развития почв
подавлены. Но постепенно численность и активность микроорганиз-
мов возрастают.
Наиболее плохо процессы посттехногенной деструкции нефти ,
протекают в гидроморфных ландшафтах с анаэробной средой (Green,
Trett, 1989). Имеются сведения о возможности микробиологической
деструкции ТГ углеводородов и в этих условиях. Однако изученность
этих процессов очень низкая.
На следующих этапах деградации нефти в процессы биодест-
рукции включаются уже десятки микроорганизмов (Сиденко и др.,
1988). Ведущую роль играют псевдомонады (Pseudomonas), мико-
35
Рис. 2.2. Трансформация
нефти в верхних горизонтах
почв (Пиковский. 1993).
Почвы: I — тундрово-
глеевые; II — подзолы;
Ш —дерново-позолисгые.
Фракции нефти: М-Н —
метаново-нафтеновая; С —
смолы; А — асфальтены.
Вещества: 1 — исходная
нефть; 2 — через 1 год; 3 —
через 2 года
бактерии (Bacillus), а
также роды Candida,
Aspergillus и др. (Си-
денко и др., 1988). Про-
исходит разрушение С-
С связей (Оборин и др.,
1988). Возрастают кон-
центрации наиболее ус-
тойчивых высокомоле-
кулярных соединений.
Длительность этого
этапа не менее 3-4 лет, но также возрастает с увеличением количе-
ства пролитой нефти.
Третий этап соответствует стадии деградации полиаренов (Обо-
рин и др., 1985). В этот период, несмотря на общее уменьшение кон-
центраций токсикантов в единице объёма загрязнённого почвенного
тела, экологическая опасность остаточных концентраций нефти ос-
таётся высокой. В процессах ее деструкции на каждой этапе дегра-
дации ксенобиотика участвуют разные группы микроорганизмов (Ил-
ларионов и др., 1985).
Конечные продукты, возникающие при разрушении нефти, —
оксикериты и гуминокериты (Успенская и др., 1961). Их дальнейшая
судьба в природной среде не отличается от судьбы почвенных гуму-
совых образований.
Длительность процессов разложения нефти в природных сис-
темах в значительной степени определяется энергетическим потен-
циалом территории, влажностью, механическим составом субстра-
тов (Brown, Donelly, 1983). Для разложения нефти необходимы тем-
пературы не ниже 6-10°, оптимально 24-30° (Андреева, 1981). Поэто-
му в холодных экосистемах нефть очень устойчива и ее деградация
может длиться десятилетия (Engelhardt, 1985). Соответственно в
36
России наихудшие энергетические условия для деградации нефти —
тундровые и лесотундровые ландшафты, где отмечается длитель-
ная сохранность углеводородов в почвах, водах, живых организмах,
что усугубляет неблагоприятные эффекты, вызываемые данной груп-
пой веществ. И в условиях достаточного тепла, но при недостатке
влаги (серо-коричневые почвы сухих субтропиков) процессы дегра-
дации нефти также существенно замедляются (Ахмедов и др., 1982).
Общая тенденция процесса — перевод нефтяньрс углеводородов в \
нерастворимые в неполярных и малополярных растворителях веще-
ства. Продукты метаболизма нефти остаются в верхнем горизонте
почв, затрудняя их аэрацию.
Таким образом, в разных биоклиматических условиях процес- «
сы деструкции нефти (несмотря на общую направленность ее дегра-
дации) специфичны. Критериями сходства—различий могут быть:
а) потери загрязнителя из одинакового объема почвенной массы за
один и тот же срок, б) количество закрепившихся органических про-
дуктов метаболизма. Так, в серо-коричневых солонцеватых почвах
за 12 месяцев разложилась 1/3 поступившего вещества, а закрепи-
‘ лось около 40%, в то время как в северных подзолистых почвах за
этот же срок закрепилось только около 10-15% внесенного загрязни-
теля, а основная часть его массы оказалась рассеянной в окружаю-
щем пространстве, что значительно расширяет первоначальную пло-
щадь поражения и увеличивает опасность загрязнения природных вод
(Глазовская,Пиковский, 1980,1981).,
, В пределах одной биоклиматической зоны процессы деграда-
ции нефти и нефтепродуктов неодинаковы и в разных типах экосис-
тем, но конкретных данных пока недостаточно. Экспериментально
показана активизация процессов деградации нефтепродуктов (газой-
ля) при увеличении pH. При этом деградация алканов с увеличением
pH от 4,2 до 9,0 возрастает в 1,2 раза, а ароматических соединений
при тех же условиях — на порядок (De Borger et al, 1978). Мало изве-
стно, что происходит с ТГ углеводородами в восстановительной об-
становке. Нет данных об их взаимоотношениях с вмещающей по-
чвенно-грунтовой массой. В то же время имеющиеся эмпирические
наблюдения за поведением нефти в болотных почвах в условиях ана-
эробиоза однозначно свидетельствуют о глубокой геохимической
трансформации нефтяных углеводородов. Специфические соедине-
ния, входящие, в состав нефти и нефтепродуктов,, замещаются слож-
ными органическими соединениями другой природы, дающими иные,
чем исходные нефтепродукты и вмещающие их почвы, цвета люми-
нисценции гексановых экстрактов. Экологическая опасность от фор- У
мирования таких геохимических “бомб” в существенно переувлаж-
ненных и болотных ландшафтах может быть очень велика.
37
Экспериментально установлено, что реакции почвенных экоси-
стем на разные типы нефти и нефтепродуктов неодинаковы. Д. Хоф-
ман (Hoffinan, 1979) показал, что наибольшей токсичностью облада-
ет сырая нефть. Очищенные нефтепродукты (бензин, керосин) ме-
нее подвержены микробиологическому окислению, чем сырая нефть.
Минимальная дегидрогеназная активность отмечается для почв, об-
работанных керосином (Frankenberger et al, 1982). Экологические “от-
веты” природной среды меняются во времени в соответствии со ста-
дией деструкции поступившего органического загрязнителя.
Эмпирически и экспериментально установлена неодинаковая
скорость миграции отдельных нефтепродуктов в почвах, и грунтах
(Billib, Hoffinan, 1966): чем выше их вязкость, тем ниже скорость. В
условиях влажных субтропиков скорость внутрипочвенного движе-
ния нефтяных потоков может достигать 25 м/мес (Пиковский и др.,
1985). В ненасыщенных зонах почв нефть передвигается медленнее,
чем вода (Kessler, Rubin, 1985), в то время как скорость движения
бензина в 1,5 раза превышает скорость движения воды (Eizenhut, 1969).
Параллельно с загрязнением экосистем нефтью, а часто и одно-
временно, происходит их загрязнение другими геохимически активны-
ми веществами. Значительную экологическую опасность представля-
ют водорастворимые соединения, присутствующие во всех типах тех-
ногенных потоков, формирующихся в процессе добычи и транспортиро-
вания нефти (см. табл. 2.3). Примеры химического состава сточных вод
и пластовых жидкостей, поступающих в природную среду, показаны в
табл.2.7. Причинами выбросов сточных вод служат неисправности сква-
жин, перетоки флюидов по затрубному пространству (Щукина, Кузнецо-
ва, 1991), коррозия и порывы водоводов высокого давления (Акманов,
1982). Только на месторождениях Зап. Сибири потери закачиваемой воды
с последующим загрязнением ландшафтов и недр не только углеводо-
родами, но и солями в 1990 г. составили около 16млнт(Кашенцев, 1991).
Экологическая роль минерализованных потоков очень велика.
Происходит изменение солевого состава и физико-химических свойств
основных компонентов экосистем: почв, грунтов, природных вод как
при непосредственном сбросе в них ТГ потоков, так и опосредован-
но. Загрязненные почвы и грунты оказывают длительное неблагоп-
риятное воздействие на поверхностные и грунтовые воды в местах
разгрузки загрязнённых внутрипочвенных потоков и поверхностного
смыва с почв.
Распространенными причинами загрязнения почв, грунтов и
природных вод являются также утечки из коммуникаций (Кравцов и
др., 1989) и своеобразных технических водоемов — земляных амба-
ров, различных ловушек для загрязнителей, отстойников, мест захо-
ронения буровых растворов, от которых фиксируются ТГ потоки заг-
38
। Сухой ЛГТЯТПК £ 229,0 7139 85,7 п О ' 15,53 •н 129,0
Мп, мг/л н/опр. 8,8 | не определялось н/обн. н/обн. не определялось н/опр.
о ft -5 “< к 0,03 0,3 5,6 <ч СП н/опр.
SiOj, мг/л н/опр. 12,0 34,6 37,1 11,1 1
6,0 1 . <*1 'О 6,4 6,8 8‘9 8,5 6,5
Состав солей, г/л 1 -™ 1 н/опр. 0,02 | н/опр. 0,02 0,03 duo/н 0,12
Na* + K\| СП \о 18,80 | 21,63 SO 5,03 еу о 3830
| «зи СП •«4 | 0,84 0,13 $ . о о о 0,97
о 16,4 5,64 <4 о% <ч о 0,43 0,01
1 ЛОЭН| 0,04 ч о н/обн. 0,77 »п оо, о 0,77 0,37
i SO? I o' 2,4 94 | 10*0 0,01 Ю‘0 16*1
b 141,40 <4 § 56,98 ots 8,13 0,47 7431
1 т ; Типы ВОД' Пластовые* Сточные Сточные => 1 Пластовые
Месторожде- ние Ярино- Каменно- ложское Сутормин- ское Муравлен- ковское Уренгойское Требса
Регион Волго- Уральский Западно- Сибирский Тимано- Печорский
te И.Х.Абрикосова,1963, остальные данные автора
рязнителей, попадающие в поверхностные воды и водоносные гори-
зонты (William et al, 1987).
Начальная минерализация вод в таких новообразованных во-
доемах может быть достаточно высокой (табл.2.8).
Таблица 2.8
Содержание водорастворимых соединений в ловушке для сбора сточных вод
(Пермское Прикамье)
Сухой остаток, г/л pH Анионы, мг/л Катионы, мг/л SiOi, мг/л
НСО,’ СГ SO?’ Na++K* Са2* Mg2* NH? Fe2*
53,772 6,2 ЮЗ,0 3219(0 1385,0 14119,0 5089,0 841,0 0,7 од 2,0
При утечках из ловушек характер минерализации стока по мере
удаления от источника выброса постепенно меняется в результате
разбавления загрязнителей менее минерализованными (или пресны-
ми) природными (поверхностными или внутрипочвенными) водами,
потери части ионов при ионообменных процессах и т.д.
В составе сточных вод и тех, которые концентрируются в зем-
ляных амбарах, содержатся значительные количества органических
загрязнителей, в частности, различных ПАУ (табл.2.9), которые в
конечном итоге оказываются и в природных водах.
Таблица 2.9
Содержание ПАУ в ловушке для сточных вод (земляной амбар, Зап. Сибирь)
Состав ПАУ 3,4 бенз- пирен 2,3 бенз- флуорен Пирен Перилен 1,12 бенз- перилен Сумма ПАУ
Концентра- ция, нг/л 2,7 1,0 10,0 1,0 1.0 15.7
Воды загрязняются и при непосредственном сбросе в них ТГ
потоков. Так, по данным К.И.Лукашова и А.В.Кудельской (1977), толь-
ко одна скважина с дебитом 0,5 л/с может выбрасывать за год 142 т
хлора, 50 кг йода, 700 кг брома, 24 кг меди, 16 кг цинка, 50 кг свинца.
Постоянные утечки загрязнителей от технических объектов мо-
гут приводить к формированию в ландшафтах собственно техногенных
водотоков — техногенных “ручьев” (табл.2.10) с постоянным хорошо
выраженным руслом (до 30-50 см глубиной) и постоянных водоемов с
площадью зеркала в'несколько сотен квадратных метров.
Поступление загрязнителей в местную дренажную сеть на тер-
риториях промыслов — в лога, ручьи, реки — приводит к тому, что
значительная часть водных объектов выводится из строя. Интен-
сивность загрязнения водотоков и их способность к самоочищению
определяются общими ландшафтно-геохимическими условиями тер-
40
' Григории и расходами воды для конкретного водотока. При малых
’ пасходах воды (3,2-0,5 л/с) большинство рек и ручьёв не могут обес-
печип» необходимой степени самоочищения (Быков и др., 1973). Со-
держание водорастворимых солей в таких водах очень велико
,< (табл.2.11), особенно страдают малые водотоки, непроточные и сла-
бопроточные болота, самоочищение которых наиболее низкое.
’' Таблица 2.10
Xf.-,
’ Химический состав вод “техногенного ручья”
(суходольные ландшафты, Зап. Сибирь)
Объект Состав вод, мг-экв/мггл Сухой остаток, мг-л
Анионы Катионы
СГ SO? НСО,' Na* Са2* Mg2* Fe2* ЫН/
Вода из 84,9 М ЗД £8 11 0.02 £28 5680,0
ТГ ручья 3308,9 П.5 305,0 ISS62 135,6 12,8 0,70 5,00
'.i
201 202 201 204 200 200 207 200 200 210 211
1 I I 2| I 31 I
Рис. 2.3. Колебания содержания отдельных ионов в
загрязненных водотоках 2-го порядка (южная тайга.
Пермское Прикамье):
1 —Na*; 2 —CL', 3 — номера проб
Если в пласто-
вых водах повыше-
ны содержания ра-
дионуклидов, то при
сбросе соответству-
ющих сточных вод в
ландшафтах возни-
кают аномалии ра-
диоактивности, что
зафиксировано, в ча-
стности, в Башкорто-
стане (Зараменских
и др., 1992) и отра-
жается на качестве
природных вод и лан-
дшафтов в целом.
Состав повер-
хностных вод про-
мысла очень измен-
чив не только в про-
странстве (рис.2.3),
но и во времени (табл.2.12), что связано с характером выпадения
атмосферных осадков (особенно сезонных).
Колебания геохимических характеристик поверхностных вод
зависят не только от водности водотока, но и от степени загрязнённо-
сти дренируемых ландшафтов. Могут быть случаи, когда количество
41
гч
CQ
О’
S
ч
ю
н
Химический состав поверхностных вод промысла (южная тайга, Пермское Прикамье)
£ сС 1 К.Г. Бутырина, 1974 Данные автора А.А.Беусидр., 1976
Состав вод, мг/л i «л 40 pH 4© рн 0,7-121,8 2885,0-3978,0 <4
% ЧЭ О гч 14,6-36,5 270,0-330,0 ОО
а <4 04 40 62,1-322,8 1038,0-1782,0 О сч
5 с> 8 О со 30,0-1013,5 268,0-402,0 <> «л
£5 05л СП <л ч со ЮН 7016,0-9906,0 ФО pH
I . cjO3H 329,5 1 262,4 195,3-2563 59,0-75,0 5
t «В 3 I О. С р. Яринка р. Добрянка р. Полазна Водотоки 1-го порддка после аварийного смыва сточных вод Средний состав вод на территории бывшего СССР
эчнвхийц эохэксЬц ‘oHHO&HcodoxooH оохожсигоннанвя-онидк
-^загрязняющих веществ, поступающих в природные водотоки после
j дождя (с поверхностным и внутрипочвенным стоком), имеет тот же
; порядок величин, что и при непосредственных сливах загрязнителей.
'** Таблица 2.12
Химический состав вод малых рек в зависимости от метеоусловий
(Пермское Прикамье)
I
Г‘
Попробо- ванного /водотока !•& ,1-го ' порядка Метеоусловия Состав вод, мг/л
НСО/ СГ SO?" Са2’ Mg2’ Na’+K’
: Первый до дождя после дождя 122.0 211,1 9769.0 1036,6 202,5 403,2 348.0 160,0 12&4 57,6 1200,0 463,0
'^Дторой до дождя после дождя 142 124,4 3W8.0 3308,4 5102 153,1 5800.0 564,0 120.0 87,6 22000.0 1373,0
-^Третий до дождя после дождя 40.6 122,0 70,3 3051,3 57,6 141,6 35.0 512,0 12 91,2 105.0 1232,1
ЯГ'* -
Происходит загрязнение природных вод и за пределами про-
мыслов, в том числе и крупных рек (Камы, Волги, Оби и др.). В во-
дах содержится огромное количество нефти, фенолов и других заг-
рязнителей. Так, в настоящее время содержание органических пол-
лютантов на отдельных участках Оби и её притоков в десятки раз
превышает ПДК для воды рыбохозяйственных водоёмов. Наиболее
/^'опасна для водоемов пленочная нефть (Дядечка, Толстокорова, 1984).
’ Нефтяные углеводороды в процессе миграции частично испа-
ряются с поверхности воды. При низких температурах, характерных
”'для северных рек (и холодных сезонов в более южных ландшафтах),
’ процессы испарения нефти с водной поверхности, так же как и другие
"процессы самоочищения водных масс, ослаблены. По,данным
ВИ.Медведского (1978), самоочищение водотоков от нефтепродук-
тов возможно в средних широтах на отрезке 200-300 км, а в условиях
Крайнего Севера — 1500-2000 км. Интенсивность переноса загряз-
нителей при прочих равных условиях зависит от растворимости от-
дельных компонентов нефти (табл.2.13) и их способности к биодег-
радации. Наиболее хорошо растворимы в воде лёгкие нефтепро-
дукты и ароматические вещества (до 1,78 г/л). При этом максимум
возможных содержаний ПАУ в воде составляет 1,0-1,5 г/л при ПДК
п х IO * — п х Ю'’.(для разных соединений).
Интенсивность выноса углеводородов (УВ) из почв в водных
растворах меняется в зависимости от температуры растворов. С по-
нижением температуры растворимость компонентов нефти падает,
соответственно процесс их выноса замедляется.
43
Таблица 2.13
Растворимость разных компонентов нефти в воде при 125° С и 0,1 МПа
(К.Д. Олнфф, цит. по Т.П. Жузе, 1986)
Углеводоро- ды Раствори- мость, мг/л Углеводоро- ды Раствори- мость, мг/л Углеводоро- ды Раствори- мость, мг/л
н-алканы цикланы арены
Метан Этан Пропан Изобутан Н-пентаи Изопентан Н-гексан Н-гептан Н-октан Н-нонан Точность о 5,4 24,4 60,4 62,4 48,9 38,5 47,8 9,5 2,93 0,66 0,122 пределения 1% Циклопентан Циклогексан Метилцикло- пентан Метилцикло- гексан Точностьо! 6,3 156,0 55,0 42,0 14,0 тределения % Бензол Толуол Ортоксилол Этилбензол 2,4 триме- тилбензол Изопро- пилбензол Точность 01 5,0 1780,0 515,0 175,0 152,0 57,0 50,0 пределения %
Наличие в растворах поверхностно-активных веществ (в част-
ности, гуминовых кислот) активизирует растворимость углеводоро-
дов (Жузе, 1986), следовательно, там, где в почвах поровые и почвен-
но-грунтовые воды обогащены органическими кислотами, миграци-
онная активность отдельных компонентов нефти повышается. Ми-
целлярному растворению углеводородов могут способствовать пор-
фирины, смолы, аминокислоты и др. поверхностно-активные соеди-
нения (Р.Дж.Корделл, цитировано по Жузе, 1986).
Одновременно с загрязнением поверхностных вод меняется
состав и почвенно-грунтовых. Основными ТГ солями являются хло-
риды (Акмаков, 1984). Содержание отдельных ионов может увели-
чиваться в 5-100 раз (табл. 2.14). Из-за достаточно высокой раство-
римости углеводородов такие воды содержат также значительное ко-
личество органических загрязнителей, в том числе ПАУ (табл. 2,15).
г Происходит загрязнение не только почвенно-грунтовых, но и
собственно подземных вод, включая питьевые (Попов и др., 1987).
Минерализация подземных вод увеличивается в 200-250 раз (Кли-
менко, 1981). Скорость продвижения фронта загрязнения в песчано-
глинистых отложениях может достигать 30 м/год. В ряде добываю-
щих бассейнов (например, в Татарстане, Башкортостане) загрязне-
ние подземных вод фиксируется уже на всю глубину геологического
разреза. Самоочищения подземных вод, по крайней мере на расстоя-
нии 1,5 км от скважины, не происходит (Клименко, 1987).
Таким образом, загрязнение приобретает региональный харак-
! тер, охватывая территории достаточно крупных нефтегазоносных
провинций. Например, поданным В.Т.Цадупьникова (1988), в подзем-
; ных водах Зап. Сибири на территории нефтегазового комплекса в пре-
9
S
В5
о
Сухой оста- ток, мг/л 416i99- 1950,19 501,47 % 65,25-99,06 § 5680,0 £ й
Состав солей, мг/л J неопред 1 1 1 1 с 1 & О. неопред,
А Ф0 S 6,0-21,6 о 10,8-19,4 «ч й й
*« о 30,0- 220,0 § 100,0- 104,0 8,0-12,0 и. СП й
+ ! £ 1 CJ, к £ 9,0-16,0 & g 1
.'ОЭН S S- t й я 305,0 5'
о со 8‘Sll 156,48- 292,8 18,72-42,72 & гч 400,8
Ь 1 1 I 3. о я 3008,9 о„
Тип загрязнителя почвенно-грунтовых вод Сырая нефть Сточные воды хло- родно-натриевого состава Сточные воды суль- фапкжальцневого состава Фоновые почвепкнрунговые вод ы вне эоны за- грязнения Сырая нефть Сточные воды с неф- тепродуктами (хло рцдно-натриевые) Фоновые почвенно-грунтовые воды вне эоны за- грязнения Буровые растворы
Месторождения Ярино-Каменноложасое нефтяное месторождение, 1ГП1ЛЛМ ‘rafira 1 Сугорминооое, Муравпен- ковское и Крайнее нефтя- ные месторождения, север- ная тайга Уренгойское нефтегазовой- денсатное месторождение, лесотундра Харьяга’
Нефтега- зоносные регионы Иихэчивбд-олгод иихэбидиэ-онививЕ Тимано- Печорский!
Данные М.П. Тенпокова, 1988
44
| делах Среднеобского бассейна обнаружены: нефть и нефтеггродук-
| ты, фенолы, аммиак, нитриты, нитраты, железо, барий, бром, марга-
нец, йод, ртуть, медь, свинец, хлор и другие поллютанты, харакгер-
। ные для загрязнённых вод на территории промыслов; Содержания
| токсикантов могут значительно превышать ПДК.
Таблица 2.15
Содержание ПАУ в почвенно-грунтовых водах вблизи земляного амбара с
буровыми сточными водами (Зап. Сибирь)
Состав ПАУ 3,4 бенз- пирен 2,3 бенз- флуорен Пирен Перилен 1,12 бенз- перилен Сумма ПАУ
Коцентра- ция, нг/л 0,9 1,0 13,0 1,0 1,0 16,9
Попавшая в водоёмы и водотоки нефть оседает на дно, зара-
жая донные осадки, что приводит к специфическому составу донных
отложений (табл. 2.16). Существенно увеличивается содержание орга-
нического углерода: в среднем до 7-10%, а в отдельных случаях до
30-60%. Увеличение органических коллоидов приводит к изменению
механического состава донных субстратов, их текстуры и структу-
ры. Осадки становятся'вязкими и плотными, что ухудшает их аэра-
цию. Одновременно в них увеличивается концентрация водораство-
римых солей (несмотря на непрерывны^ поток воды). В предельных
случаях в донных отложениях малых водотоков сумма! водораство-
римых соединений может достигать 2,5-3,5%. При этом в верхней
окисленной части осадков содержится довольно много сульфатов. В
более глубоких горизонтах количество сульфатов резко падает вслед-
ствие развития глеевой сероводородной обстановки, где сера перехо-
дит в восстановленные формы. Физико-химические свойства донных
отложений незакономерно изменяются в пространстве и времени, что
зависит от механического состава (возможностей сорбции-десорб-
ции) субстратов, удаленности,от места сброса загрязнителей в водо-
емы, очищающего-загрязняющего влияния открывающихся в рас-
сматриваемый водоток притоков (рис.2.4). Наиболее поразительны
изменения состава поглощенных оснований в донных отложениях, где
содержания натрия могут превышать 20% от суммы оснований. В
результате возникают интенсивные линейные аномалии в составе
осадков. Оседающая на дно нефть и сорбированные донными отло-
жениями битуминозные вещества, часто оказываются погребённы-
ми, что увеличивает длительность процессов естественного само-
очищения рек вследствие ухудшения аэрации в погребённом слое и
развития в нём глеевых, а часто и глеево-сероводородных процес-
сов. В результате аномалии битуминозных веществ в донных отло-
жениях оказываются достаточно устойчивыми й после прекращения
сброса поллютантов. Подобные донные осадки становятся источни-
ком вторичного загрязнения водных масс.
Отрицательное, но мало изученное воздействие на среду ока-
зывают недоокисленные продукты горения попутных газов, конден-
сатов, нефти и нефтепродуктов. При пиролизе углеродных веществ
образуются обширные ореолы загрязнения. При этом, наряду с дос-
таточно опасными загрязнителями (H2S, СпНга), в окружающей сре-
де обнаруживаются и токсичные микроэлементы, в частности, Hg. В
пределах ореола загрязнения меняются и общие физико-химические
параметры среды, например, щелочно-кислотные условия (рис. 2.5).
, Максимальные площади атмогеохимических ореолов характер-
ны для углеводородов, оксидов углерода, аммиака (более 15 км от
очага загрязнения) и сероводорода (5-10 км от очага). Осаждаясь на
поверхности почв и растительности, газообразные загрязнители ча-
сто не вызывают четко выраженных морфологических проявлений и
обнаруживаются только химическими методами. Ширина морфоло-
гически видимой части факельной зоны в условиях севера Зап. Си-
бири составляет 300-500 м (Дьяконов, 1976). Выбрасываемые в лан-
дшафты продукты неполного сгорания углеводородов ухудшают эко-
логические условия жизни, поэтому вблизи мест пиролиза углеводо-
родов растительность полностью погибает. Усыхание древостоя на-
блюдается на расстоянии до 3 км (Кессельман, Махмудбаев, 1981).
По данным А.И.Захарова (1989), площади прямого воздействия го-
рящих факелов на леса среднего Приобья непрерывно увеличивают-
ся во времени, в частности, на Покачевском месторождении за шесть
лет — от 6 до 24,1 га, на Аганском за три года — от 1,0 до 11,9 га. В
4 г
t ;,t ууМ + fr-jLt * Г. фмраЦ,*t, гч.п
31 5 S 7 3 S № It tt 13 H № IS /Z Я
П~Ь ГЗГк ЕЗЗ* (U> tED* G3z eeo* fa*
Рис. 2.5. Изменение щелочно-кислотных условий в почвах лесотундровых ландшафтов
Зап.Сибири на разном расстоянии от факелов.
1 — номера точек опробования; 2 — действующие факельные установки; 3 —
недействующие факельные установки; 4—угнетенный сосновый лес; 5 — редкостойный
сосновый лес; 6 — сосново-ягельный лес; 7 — березово-сосновый лес; 8 — безлесная
полоса с перемешанным грунтом; 9 — фоновые значения pH (верхние 10 см почвы)
зоне влияния факелов увеличиваются содержания Со, Pb, Ni и серы
(Славнина и др., 1989). В пределах подобных площадей существенно
обедняются и микробиоценозы.
Глубокая трансформация наземного растительного покрова,
микробиоценозов, мезо- и макрофауны осуществляется практически
по всей территории нефтепромыслов на всех этапах их жизни. Уже на
первых этапах взаимодействия ксенобиотика и вмещающей его эко-
системы происходит перестройка микробиоценозов (Андресон и др.,
1980; Киреева и др., 1982; Берадзе, Ошакмашвили, 1987) и резкое
снижение биологической активности почв (Самосова и др., 1970; Ха-
зиев, Фатхиев, 1981; Берадзе, 1987; Исмаилов, 1988). Меняется об-
щий состав и численность микроорганизмов (Исмаилов, 1982,1988;
Hood et al, 1975) за счёт увеличения валовой численности углеводо-
род окисляющих микроорганизмов (Етеревская, Яранцева, 1976;
Raymond et al, 1976; Sexston, Atlas, 1977), среди них отмечено замет-
ное увеличение численности дрожжей, особенно Candida (Киреева,
1985). Ухудшение доступа кислорода в нефтезагрязненные почвы и
его активное потребление возросшим числом аэробных утлеводоро-
докисляющих микроорганизмов благоприятствует развитию анаэроб-
ной микрофлоры (Исмаилов, 1988). Снижение температуры почв
уменьшает и эффективную деятельность микроорганизмов в нефте-
загрязненных почвах (Каданникова и др., 1985).
Изменение общей биогенности нефтезагрязненных почв сопро-
вождается перестройкой структуры комплекса микроорганизмов (Ис-
маилов, 1988). Появляются организмы, не обнаруживаемые в чис-
тых почвах (Гузев и др., 1989). Снижается численность целлюлозо-
разрушающих микроорганизмов (Самосова и др., 1982, Киреева, Сай-
фулина, 1988). Содержание цианобактерий уменьшается в 3,0 Г раза
при содержании в среде дизельного топлива всего 1 % (Линькова, 1979,
1982). Ферментативная активность и дыхание почвы меняются уже
от дозы бензола 50 мг/кг почвы (Осипова и др., 1984). Происходит
изменение состава и численности почвенных животных и почвенной
мезофауны (Артемьева и др., 1980, 1981, 1988; Андреева, 1981; Сат-
таров и др., 1982; Walker, 1987; Некрасова, 1990).
Изменяется качественная и количественная структуры компо-
нентов альгофлоры (Ельшина, 1981, 1986; Елыпина, Шилова, 1981;
Хасанов идр., 1982; Штина и др.,1985,1986; Зимонина, 1996). Выяв-
лено угнетение и обеднение альгосинузий в почвах нефтедобываю-
щих районов (Киреева и др., 1982; Штина и др., 1982,1985). В лесо-
тундре даже после слабого загрязнения нефтью водоросли появля-
ются только через 2 года (Штина, 1985). Может происходить разру-
шение исходных группировок почвенных водорослей, их замещение
новыми группировками. В предельных случаях осуществляется пол-
50
ное исчезновение водорослей и частичная стерилизация почв (Шти-
на и др., 1985; Штина, Некрасова, 1988) или появление видов, харак-
терных для существенно иных биоклиматических условий (Елыпина,
1986). Изменяются соотношения между отдельными группами мик-
роорганизмов и низших растений. Развитие и перестройка групп по-
чвенных микроорганизмов и скорость переформирования почвенных
экосистем (включая и почвенных животных) контролируется стади-
ей трансформации нефти (Казакова, Каркишко, 1985; Артемьева,
Штина, 1985).
Под влиянием углеводородов происходит гибель растительного
покрова (Atlas et al, 1976;Мукатанов,Ривкин, 1980;Шуйцев, 1981;Хаса-
нов и др., 1982; Гайнутдинов и др., 1982), замедляется рост растений,
отмечается хлороз и тенденция к обезвоживанию (Демидиенко и
др., 1982), нарушаются функции фотосинтеза и дыхания, изменяется
структура хлоропластов (Хабибулин, Коваленко, 1982; Вшивцев и др.,
1985; Добрянский, 1988;Шилова, 1988). Поступающая в клетки и сосу-
ды нефть вызывает токсические эффекты (Baker, 1971). Происходит
недоразвитие растений вплоть до полного отсутствия генеративных ор-
ганов (Гнат; 1985), особенно страдают сосудистые растения.
Токсическое действие нефти на высшие растения в лаборатор-
ных условиях проявляется при концентрациях более 50 мг/кг почвы
(Гузев и Др., 1989; Звягинцев и др., 1989). В северных районах даже
при минимальных объёмах загрязнителей, поступающих в почвы,
погибают все мхи, морошка,, пушица; 70% осоковых и шикщи; 50% '
багульника и брусники (Гнат, 1985). Очень чувствительно нефтяное
загрязнение для мхов (Захаров, Шишкин, 1988). На загрязненных не-
фтью олиготрофных болотах происходит усыхание деревьев, и ти-
пичная растительность замещается рогозом, зелеными мхами, бо-
лотным мелкотравьем (Маковский, 1983).
Под действием даже небольших доз сырой нефти снижается
флористическое разнообразие и биомасса (Кабиров, Минибаев, 1982). .
В травяно-моховом покрове лесных ландшафтов Зап. Сибири наибо-
лее устойчивы злаки, осоки, ситниковые (Гашев и др., 1988). В лес-
ных и таёжных ландшафтах происходит “сжигание” травянистой ра-
стительности, пожелтение и отмирание хвои и листьев на деревьях и
кустарниках. Особенно страдают молодые растения, погибающие
наиболее быстро. Происходит устойчивое снижение жизнеспособно-
сти подроста (Гашев и др., 1988). Растения с относительно глубокой
корневой системой не столь быстро реагируют на загрязнение —
только при достижении токсичных концентраций геохимически ак-
тивных соединений горизонтов, к которым приурочена основная мас-
са корней.
51
Кроме выпадения видов, уменьшения числа экземпляров расте-
ний происходит сокращение периода вегетации, формируются аномалии
в морфологии растений: карликовость, искривление стеблей, скручива-
ние листьев, суховершинность (Невзоров, 1976;Шуйцев, 1981;Гнгт, 1985).
Зависимость некоторых морфологических характеристик растений от
интенсивности загрязнения почв иллюстрирует табл. 2.17.
Таблица 2.17
Состояние посевов овса на фоновых и'нефтезагрязнённых почвах
(Никифорова, Солнцева, Кабанова, 1986)
Почвы Концентрация битуминозных ве- ществ в гор. А„„, % Количество растений Высота растений, см
на 1 м2 % от фона
Загрязнен- 4,5 посев погиб - -
ные 2,0 128 49,0 14-20
1,9 . 144 55,4 15-17
1,6 • 228 87,7 23-25
0,06 ‘ 232 90,0 50-52
Фоновые 0,02 260 100,0 72-75
Нефть и нефтепродукты оказывают как ингибирующее, так и сти-
мулирующее действие на биоту (Kentzer, Tukaj, 1984). Могут склады-
ваться геохимические ситуации, способствующие гигантизму растений,
что, как правило, наблюдается после очищения почв от основной массы
загрязнителей. Так, через 16 лет после загрязнения нефтью лесных почв
отмечено увеличение высоты иван-чая до 2-2,3 м, сныти — до 75-80
см, мать-и-мачехи— до 50-55 см. Явление гигантизма— наиболее
редкая и крайне неустойчивая форма морфологических изменений рас-
тений. Уже в следующем вегетационном году этих явлений может не
наблюдаться (при одновременном сохранении других морфологических
отклонений—некрозов, опухолей и др.).
Морфологические изменения растений сопровождаются изме-
нением их химического состава. Наиболее высокую экологическую
опасность представляет накопление ПАУ, так как эти вещества яв-
ляются сильнодействующими канцерогенами. Эти долговечные хи-
мические соединения передаются по пищевым цепям, попадая в ито-
ге к человеку (Шилова, 1981; Куллини, 1981; Connel, Miller, 1981). По-
этому далеко не все пищевые растения могут произрастать на заг-
рязнённых землях. По экспериментальным данным Л.О. Осиповой и
др. (1984), наиболее высоким транслокационным эффектом (относи-
тельно бензола) обладают пшеница и свёкла, но и другие растения
(картофель, морковь, капуста) чувствительны к нефтяному загрязне-
нию. Необходим специальный подбор ассортимента растений, наи-
более инертных к траслокации углеводородов.
52
Одновременно меняется и общий химический состав растений
(табл. 2.18). Неодинаковы их зольность, абсолютные содержания от-
дельных элементов и соотношения между ними. Например, отношения
N/P меняются от 0,5 до 7,5; К/Р — от 1,4 до 2,3; a CaO/SiO2 — от 1,0
до 1,5.
Таблица 2.18
Химический состав растений с фоновых и загрязнённых участков
(южная тайга Пермского Прикамья)*
Участок Вид расте- ния Химический состав, мт (в золе)
Зольность, % 6 СаО О д’ с/э SiO2 О « X MgO X Ml
Фоновый Сныть лесная 22,15 0,22 1,9 0,32 0,15 1,99 0,12 1,84 2,06 0,42 5,93
Загряз- нённый CI-Na водами то же 6,62 0,17 0,82 0,22 0,07 0,58 0,04 0,77 1,28 0,17 3,67
Коэффициент трансформации химического состава растений (фон/грязные) 3,4 1,3 2,2 1,5 2,1 3,4 3,0 2,4 1,6 2,4 1,6
'Количество повторностей: чистые территории - 6; загрязнённые - 8. Время отбора
проб - июль
Меняется и микроэлементный состав растений (Тентюков, Ку-
зиванова, 1985; Тентюков, 1988), снижается общее содержание нук-
леиновых кислот в листьях и молодых побегах (Тентюков, Кузивано-
ва, 1985). На конечных стадиях процесса, когда ТГ углеводороды в
почвах практически уже не обнаруживаются, сохраняются наруше-
ния структуры почвенных микробиоценозов за счет более высоких
содержаний углеводородокисляющих микроорганизмов. В наземной
растительности сохраняются морфологические изменения (Шуйцев,
1981; Плещеева, 1985) и четырех-пяти кратное превышение 3,4бенз-
пирена в биомассе (Оборин и др., 1988). В результате экологическая
опасность присутствия в природной среде нефтяных’компонентов
сохраняется длительное время, вплоть до их полного распада и асси-
миляции, что занимает десятки лет, вследствие чего на таких землях
не рекомендуется выращивать пищевые культуры (Wetting et al, 1976).
53
Потенциальные потери флоры при добыче нефти очень велики.
В северных ландшафтах, например, они достигают 40-50%. Нефть и
нефтепродукты токсичны не только для взрослых растений, но дей-
ствуют на репродуктивный материал. Так, экспериментальные дан-
ные показали, что пятиминутная выдержка семян в сернистой нефти
уменьшает их всхожесть на 17%. После часа экспозиции появляют-
ся только отдельные ростки (Гайнутдинов, 1979). В условиях Аркти-
ки воздействие нефти на личинки и яйца (при концентрации поллю-
танта 1 г/кг почвы) приводит к возникновению уродств (Engelhardt,
1985). Показано, что всего 5-10 мг/л нефти в сточной воде определя-
ют ее мутагенность (Metcalfe et al, 1985).
Такой же эффект отмечался ранее и при хроническом загряз-
нении морской среды (De la Cruz, 1982), т.е. любые концентрации не-
фти и нефтепродуктов в окружающей среде представляют серьез-
ную экологическую опасность для биоты.
Степень токсичности и мутагенности нефти возрастает при ее
старении и выветривании. Особенно велика опасность остатков нефте-
продуктов после сгорания нефти. По степени токсичности эти вещества
образуют следующий ряд: пепел после пиролиза > более твердые ос-
татки сгорания > выветренная нефть > сырая нефть (Sheppard et al, 1983).
Таким образом, пагубные и долговременные последствия для
почв и растительности связаны с выжиганием нефти (что совсем
недавно широко практиковалось в добывающих районах). Велика так-
же роль пожаров. Следы пирогенеза, особенно в почвах северных
ландшафтов, очень устойчивы (Васильевская и др., 1986). При этих
процессах происходит стерилизация почв и появление в ландшафтах
высоких концентраций токсичных углеводородов —ПАУ (Оборин и
др., 1988). Выжигание нефти приводит к длительному угнетению ра-
стений (Пиковский и др., 1985). Интенсивно меняются гидротерми-
ческие условия почв, характер растительного покрова и геохимия
отдельных элементов (Васильевская и др., 1986).
Сроки восстановления таких экосистем значительно увеличи-
ваются. Даже через 7 лет зарастаемость территории после пиролиза
разлитой нефти не превышает 20%. На верховых болотах после вы-
жигания растительность появляется не ранее чем через 10 лет, в то
время как на невыжженных участках восстановление происходит уже
на четвертый год (Маковский, 1988).
Для биоты весьма токсичны и другие загрязнители, связанные
с добычей нефти. Например, на пятнах буровых растворов расти-
тельный покров и через 15-20 лет может находиться на начальных
стадиях развития (Груздев, 1987) вследствие высоких содержаний в
них ряда микроэлементов (Алистратов, 1989), водорастворимых со-
лей (Senterman et al, 1988) и других токсикантов.
54
При действии на биоту сточных вод растительность либо по-
гибает полностью, либо сохраняются лишь отдельные экземпляры
(Солнцева, 1981; Шуйцев, 1984). В химическом составе выживаю-
щих растений обнаруживается 5-10-кратное увеличение отдельных
элементов (Гилязов, 1991).
Количество видов растений, способных заселять трансфор-
мированные земли, резко сокращается (Шилова, 1978). Как и в мик-
робиоценозах, в составе растительных группировок появляются рас-
тения-”пришельцы”, иногда вообще не встречающиеся в зональных
ландшафтах. На ТГ землях южной тайги появляется бескильница,
встречается дикий ячмень.
Невысока скорость восстановления растительности и после её
механических нарушений, особенно в тундровых ландшафтах. Так,
на севере Зап. Сибири на нетоксичных' ТГ песках число видов по-
крытосемянных растений сокращается от 106 до 24, а количество
видов водорослей уменьшается до 24 против 74 в ненарушенных ме-
стообитаниях. При этом наблюдается заметная бореализация фло-
ры, и формирующиеся фитоценозы отличаются от коренных сооб-
ществ (Чалышева, 1988). Зарастание идёт преимущественно корне-
вищными злаками, морошкой, осоками.
Изменение условий местообитания приводит к глубокому и
неоднозначному изменению всей структуры растительного покрова
территории промыслов на макро- и мезоуровнях. В этом случае воз-
можно как упрощение “рисунка” распределения растительных груп-
пировок, так и усложнение структуры растительного покрова. Основ-
ной тенденцией является расширение участия в растительном покро-
ве влаголюбивых видов (рис.2.6). Вторичные гидроморфные расти-
тельные группировки оказываются приуроченными как к ТГ отрица-
тельным элементам рельефа, так и к основным поверхностям с гео-
химически трансформированными почвами.'
- В общем случае существует несколько направлений трансфор-
мации растительного покрова. В таёжных ландшафтах это:
а) замещение мезоморфной растительности влаголюбивой (бо-
лотной и лугово-болотной), где значительное место занимают рогоз,
частуха болотная, осоки, ситники. Существенно увеличивается роль
дерновинных злаков (луговик дернистый). Группировки влаголюби-
вых видов растений устойчивы во времени, причём площади, заня-
тые ими, могут на отдельных стадиях развития ТГ сукцессии даже
увеличиваться (и без дополнительных поступлений ТГ'потоков’);
* Геохимические причины этого явления будут рассмотрены ниже.
55
Таблица 2.19
Экологические ответы природных систем на техногенные нагрузки при
добыче нефти (Пиковский, 1993, с добавлениями автора)
Трансформи- руемые ком- поненты и процессы Первичные изменения Вторичные процессы — следствия
Геологиче- ская среда (комплексы горных по- род, подзем- ные воды) и Механические разруше- ния глубинных пород при бурении скважин, депрессионные воронки и поля; репрессионные поля Дезинтеграция по- верхностных грунтовых масс; изменение тепло- физических характери- стик почв и грунтов Перераспределение пластовых давлений; перетоки флюидов; изменение режимов и химического состава глубоких водо- носных горизонтов; инфильтрация и отток части жидкости и газов к поверх- ности, их заколонная циркуляция; гри- фонообразование; протаивание грунтов, оползни, изменение проницаемости глу- бинных пород; региональные опускания поверхности, оживление эрозионных процессов
Атмосфера Запылённость (сажа, пыль, масляные аэрозо- лидефтяные газы, ПАУ, оксиды серы, сероводо- род, оксиды углерода) Изменение прозрачности атмосферы и радиационного баланса; уменьшение испаряемости с загрязнённых нефтью водных поверхностей
Рельеф, рельефо- образующие процессы Образование техноген- ного рельефа: положи- тельных форм (насыпи, валы); отрицательных (выемки, карьеры, ам- бары, траншеи); меха- ническое разрушение исходного микро- и нано- рельефа Эрозия плоскостная и линейная (овраги, промоины, бедленды), мульды оседания, провалы, просадки, трещины; криогенез — изменение сезонного протаивания- промерзания, термоэрозия, термокарст; тиксотропностъ, ппывунностъ грунтов, солифлюкция, пучение, растрескивание, карстообразование —- провалы, просад- ки, суффозия; дефляция - котловины выдувания
Водные объ- екты, гидро- логические и гидрохими- ческие процессы Изменение условий по- верхностного, почвен- но-грунтового и под- земного стока; измене- ние скорости движения водных масс и водоза- пасов; смешение вод- ных масс разного гене- зиса из-за перетоков подземных вод Подъём уровня грунтовых вод - переув- лажнение почв и грунтов, гидромор- физм, заболачивание; опускание уровня подземных вод — осушение и иссуше- ние лан дшафтов, истощение водоносных горизонтов; истощение собственно поч- венных запасов влаги, истощение источ- ников, их минерализация, деградация болот. Изменение химических свойств поверхностных и почвенно-грунтовых вод (загрязнение нефтью, нефтепродук- тами, сероводородом, водорастворимы- ми солями, реагентами для бурения и испытания скважин, повышение мутности вод, плёнки), изменение физических, фи- зико-химических свойств воды, состава и свойств донных отложений — ухуд- шение их аэрации, заражение сероводо- родом, эвтрофикация и гибель водоемов
Продолжение табл. 2.19
Трансформи- руемые ком- поненты и процессы Первичные изменения Вторичные щюцессы — следствия
Биота Сведение и(или) час- тичное разрушение рас- тительного покрова при строительстве техниче- ских объектов или по- жарах. Нарушение ланд- шафтов в местах гнез- дования птиц, наруше- ние условий жизни их- тиофауны Деградация растительного покрова, обеднение видового состава, формиро- вание специфической зональности рас- тительного покрова вдоль технических объектов; изменение нормального роста и жизнедеятельности водных организ- мов. Олуговение, формирование болот- ной растительности, появление галофиг- ных группировок растений (или отдель- ных галофитных растений): появление инозональных "пришельцев"; изменение химического состава растений - накопле- ние токсичных соединений и элементов (включая ПАУ). Заболевание и гибель растений, появление у них морфологи- ческих изменений - опухолей, некрозов, хлорозов и т.д. Перестройка почвенных биоценозов (видового состава альгоси- нузий, численности и состава пе- добионгов и т.д.). Разрушение пастбищ. Изменение численности птиц и мле- копитающих, обеднение видового соста- ва и численности ихтиофауны вплоть до полного замора рыб
Социально- экономичес- кие условия жизни и здо- ровье насе- ления Разрушение природных ресурсов, включая про- мысловые ресурсы ко- ренного населения (мес- та охоты, скотоводства, рыболовства). Измене- ние социально-бытовых условий (ухудшение или улучшение ком- фортности жизни) Ограничение возможности для коренно- го населения заниматься традиционны- ми видами деятельности. Уменьшение или увеличение численности населения, изменение возрастного и полового со- ставов. Изменение инфраструктуры промышленности, занятости и форм занятости населения. Усиление или снижение социальной напряжённости
59
Таблица 2.20
Изменение естественных природных процессов и формирование вторичной
агрессивности природных сред к техническим объектам при загрязнении
ландшафтов (на примере тундровых ландшафтов)
Формы техногенно обу- словленных изменений природных процессов Ответы — следствия
Природные объекты и про- цессы, подвергающиеся изменениям Почвы и грунты (мерзлые) Почвы и грунты (талые)
Изменение химического состава почвенно-грунто- вых вод (увеличение уров- ня минерализации) Усиление коррозионной активности растворов и увеличение аварийности объектов (особенно тру- бопроводов)
Деградация мерзлоты и мерзлотных процессов (включая формирование криопегов) Термокарст, термоэрозия. Вероятность провисания трубопроводов, их сдвиг и разрывы при механиче- ских подвижках грунтов. Разрушение опор и кре- пёжных сооружений
Ускоренная вторичная эро- зия идефляция Дефляция, формирование песчаных арен, обнаже- ние трубопроводов Разрушение почвенного покрова, развитие пло- скостной и линейной эро- зии. Повышение вероят- ности обнажения трубо- проводов, их провисания и деформации
Развитие и (или) усиление глеегенеза, вторичное за- болачивание (при увеличе- нии вероятности сероводо- родного оглеения) Усиление агрессивности ландшафтов в подтоплен- ной зоне и увеличение вероятности аварий на техни- ческих сооружениях (коррозия, разрушение опор и крепёжных сооружений)
Падение биопродуктивно- сти Гибель растительных ценозов или изменение их структуры. Изменение путей естественной миграции животных. Гибель или уменьшение численности орнито- и ихтиофауны
Глава 3. ПОВЕДЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ:
ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИГРАЦИИ, ТРАНСФОРМАЦИИ И
ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПОЛЛЮТАНТОВ
В последние годы выполняется много работ, освещающих те
или иные аспекты поведения в природной среде загрязнителей, ха-
рактерных для нефтедобывающего производства. Это: а) натурные
исследования закономерностей процессов миграции-накопления не-
фти и нефтепродуктов (Eizenhut,1969; Moore, Phillips, 1975; Takues,
1975; Шеянова, 1977; Everett, 1978; Самосова и др., 1978; Гайнутди-
нов, 1979; Саттаров и др., 1980; Солнцева, Пиковский, 1980; Пиковс-
кий, Солнцева, 198 Г, Хазиев, Фахтиев, 1981;Мукатанов, Ривкин, 1980;
Przedwojski, 1980;Саттаровидр.,1982;Цуцаеваидр., 1982; Триб-
рат и др., 1982; Демидиенко и др., 1982; Гайнутдинов и др., 1982,
1985,1986,1988; Солнцева, 1981,1982,1988а, 1995а,б;Славнинаидр.,
1984,1986,1989;Горникова, Середина, 1985, Дорошидр., 1985; Ка-
хаткинаидр., 1985,1986; Ягубов и др., 1987; Никифорова, Солнцева,
1988; Орлов и др., 1988,1989, Орлов, Аммосова, 1994; Демидиенко,
Демурджан, 1988; Гилязов, 1991; Головнев и др., 1991; Reis, 1992;
Пиковский, 1985, 1993; б) моделирование в системе: “почва-заг-
рязнитель - доза - время - эффект” (Bartz et al,1969; Невзоров, 1976;
Глазовская, Пиковский, 1980; Ахмедов и др., 1981; Ильин и др., 1981;
Пиковскийидр.,1985;Одерусова, 1985; Бачурин и др., 1985; Оборин
и др., 1986; Laboratory ...,1989; Гусева, 1995; Солнцева и др., 1996);
в) экспериментальное моделирование нефтеемкости, радиальной и
латеральной проницаемости почв и грунтов (Lippok, 1966; Гольдберг,
Газда,1984; Братцев, 1988; Гусева, 1995,1996; Guseva, Solntseva, 1996);
г) динамические наблюдения эволюционных процессов (Солнцева,
1982,1988,1995; Солнцева, Садов, 1996); д) исследования трансфор-
мации внутрипочвенных вод (Hubbard, 1975; Fried et al, 1979;Волобу-
ев и др., 1979).
Накопленные сведения показали, что своеобразие поведения
загрязнителей в ландшафтах связано и с особенностями ТГ воздей-
ствий, и спецификой исходных свойств почв — “стартовых этало-
нов” (Таргульян, 1986). Разнообразие “ответов”, характерных для ос-
новных типов почвенных тел, составляющих структуру почвенного
покрова на территориях промыслов, обусловлено биоклиматически-
ми и ландшафтно-геохимическими условиями — экзогенным потен-
циалом среды (В.О.Таргульян, 1986). Данные зависимости вызыва-
ют необходимость изучения как общих закономерностей поведения
загрязняющих веществ в ландшафтах, так и специфических, завися-
щих от экзогенного потенциала ландшафтов.
61
б) замещение лесной растительности группировками суходоль-
ных лугов с небольшим видовым разнообразием и сорными видами
трав (осот полевой, мать-и-мачеха).
’В 2(23 <Г I 5® 7£2Э в{ППЩ.
ю 1^ 12ГПТП «(S3 14EI 15EZ2 «ПП 17ЕЗ
Рис.2.6. Варианты растительного покрова фоновых и трансформированных при добыче
нефти южнотаежных ландшафтов.
А—парцеллярная структура пихтово-елового с березой и липой леса (фон, Пермское
Прикамье); Б — растительные группировки, формирующиеся после загрязнения
почв минерализованными сточными водами (4 года после аварии); 1 — разнотравная;
2 — кис личинковая; 3 — кисличниково-разнотравная; 4 — мертвопокровная;
5 — кисличниково-папоротниковая; 6 — кисличниково-подмаренниково-
разнотравная; 7 — кисличниково-снытьевая; 8 — подмаренниково-кисличная;
9 — копытьнево-медуницево-разнотравная; 10 — рогозово-частуховая; 11 — сигни- '
ково-рогозовая; 12 — ситниковая; 13 — ситниково-злаковая; 14 — ситниково-мать-
мачехово-белоклеверная; 15— злаково-белоклеверная; 16— злаково-мать-мачеховая
с осотом; 17 — злаковая
Вторичное олуговение и заболачивание загрязненных земель
приводит к заметной контрастности растительного покрова, причем
вторично гидроморфные растительные группировки могут стать до-
минирующими на отдельных участках территории. Заболачивание
почв и формирование влаголюбивых группировок растений—очень
характерный вариант эволюции растительного покрова на террито-
рии промыслов и не только в северных ландшафтах России.
Направленные изменения растительного покрова (любая из ста-
дий сукцессии) могут прерываться повторными выбросами загряз-
нителей —повторным “сжиганием” растительности, что существен-
но усложняет структуру растительного покрова, приводит к форми-
рованию специфической “мозаичной” зональности — незакономер-
56
ной перемежаемости в пространстве группировок, соответствующих
разным стадиям ТГ сукцессии.
Восстановление биоценозов в нарушенных при загрязнении лан-
дшафтах — процесс крайне длительный в любых природных зонах.
В наиболее хрупких ландшафтах (например, в Зап. Сибири) после
разливов нефти их полное восстановление растягивается на многие
десятилетия (Шилова, 1988; Захаров, 1989), но и в более благоприят-
ных биоклиматических условиях (южная тайга Пермского Прика-
мья) на восстановление растительного покрова на загрязненных зем-
лях также требуются десятилетия (Шуйцев, 1981). Здесь нет пря-
мых сопряжений между скоростью посттехногенной деструкции заг-
рязнителя в почвах, скоростью я формами восстановления биоты.
По наблюдениям Т.А.Одинцовой и И.ЕКалачниковой (1991), скорость
восстановления биотических компонентов почвенных биоценозов —*
педобионтов, альгофлоры, микрофлоры ниже скорости трансформа-
ции нефти. Возможна и необратимость изменений функционирова-
ния почвенных биоценозов. Несмотря на сходство компонентного со-
става любых нефтей Мира, остаточные эффекты и отдаленные во
времени ответные реакции биоты в значительной степени зависят от
качества нефти, что выявлено экспериментально на примере фито-
планктона (De la Cruz, 1982), а также от состава и свойств других
сопутствующих загрязнителей.
Как было, показано ранее, нарушения растительности (как и
других компонентов ландшафтов) стимулируют развитие серии не-
гативных процессов (эрозию, термокарст, оползни и т.д.), что суще-
ственным образом осложняет проведение как буровых работ, так и
эксплуатацию месторождений (Гладков, 1985).
Таким образом, экологические ответы природных систем на
техногенные воздействия, связанные с добычей, транспортировани-
ем и хранением нефти, очень разнообразны по формам и степени
опасности (табл. 2.19). При этом измененная природная среда ста-
новится более “агрессивной” к встроенным в нее техническим объек-
там (табл. 2.20).
Последствия технической деятельности охватывают всю тер-
риторию промыслов и выходят за ее пределы (Захаров, 1989). Про-
исходит перестройка структуры ландшафтов: формируются сложные
комплексные аномалии—техногенные ландшафтно-геохимические
системы’, существенным образом отличающиеся по своим свой-
ствам (и морфологическим и геохимическим) от свойств исходных
ландшафтов.
" Техногенные ландшафтно-геохимические (ТЛГ) системы представляют'собой слож-
но организованные территориальные образования, включающие ТГ объекты и зоны
их влияния (как проявленные морфологически, так и скрытые), связанные между
собой и с окружающими ландшафтами миграционными потоками (Солнцева, 1976).
57
Ответные реакции почв—их формы, распространенность, трен-
ды — в значительной степени определяют не только современное
состояние и особенности функционирования местных ландшафтов и
формирующихся в них ТЛГ систем: их устойчивость или изменчи-
вость, но и характер отдаленных следствий.
3.1. Битуминозные вещества в почвах. Модели формирования
ореолов загрязнения в пространстве и времени
Несмотря на значительное количество работ, закономерности
поведения нефти и нефтепродуктов в почвах изучены недостаточно.
По современным представлениям, почвы и грунты считаются
загрязненными, если концентрации нефтепродуктов достигают вели-
чин, при которых в природных комплексах возникают негативные эко-
логические сдвиги и они не могут вообще (или достаточно длитель-
ное время) сами справиться с загрязнением.
Уровни содержаний нефти, принимаемые в качестве порого-
вых у разных авторов, чрезвычайно разнятся. Утверждается
(Cresswel, 1977), что 5-10% содержания нефти в почвах не оказыва-
ют существенного влияния на их физические и химические свойства,
а также развитие растений. В то же время А.Х.Мукатанов и П.Р.Рив-
кин (1980) показали, что такие концентрации нефти приводят к ухуд-
шению воздушного режима почв и изменению их свойств! По дан-
ным Т.И. Артемьевой и др. (1980), концентрации нефти 0,15% замет-
но снижают урожай ячменя. В загрязненных нефтью почвах меняет-
ся ферментативная активность (Самосова, Губайдулина и др., 1979;
Самосова, Фильченкова и др., 1979; Гилязов,1980; Исмаилов, 1988).
Для подавления нитрификации почв достаточно 0,5% нефти (Гайнут-
динрв и др.,1979). При этой же концентрации (0,5%) фотосинтетичес-
кая активность проростков костра безостого в два раза меньше фо-
нового уровня (Веселовский, Вшивцев, 1988).
В работе Р.Л. Раймонда и др. (Raymond et al, 1976) в полевых
опытах показано отсутствие потерь почвой нефтепродуктов за счет
вымывания дождевой водой. Однако в экспериментах (Fried et al, 1979)
выявлено, что имеет место выборочное уменьшение отдельных ком-
понентов внесенных нефтепродуктов в соответствии с их раствори-
мостью. Легкую растворимость некоторых компонентов нефти от-
мечают Е.Х. Хаббард (Е.Н. Hubbard, 1975), Р.Я. Краснощекова и др.
(1977), в результате чего растворенные БВ (включая ПАУ) попада-
ют в природные воды. Представляется, что приведенные ранее дан-
ные по растворимости основных групп углеводородов, входящих в
состав нефти (см.табл.2.13), однозначно свидетельствуют о высокой
вероятности миграции нефтяных компонентов в водных растворах, а
62
следовательно, в почвах и почвенно-грунтовых водах. Эксперимен-
тальное подтверждение подвижности нефти в почвах разных природ-
ных зон России, сопредельных и других государств, в том числе и за
счёт смыва нефтепродуктов, получено Е. Айзенхутом(Е1гепЬЩ, 1969),
Дж. Бартцем и др. (Bartz, 1969), А. Фейнголдом (Feingold, 1971),
М.А.Глазовской, Ю.И.Пиковским (1980, 1986), Н.П.Ильиным и
др.(1982), А.Г. Ахмедовым и др. (1982).
Каких-то общих правил, описывающих миграцию нефти и неф-
тепродуктов в почвах, пока не выявлено, особенно в диапазоне ре-
ального времени. Многочисленные эмпирические исследования по-
казали значительную вариабельность возможной проницаемости не-
фти и нефтепродуктов. Варьируют сведения и о размерах площадей
загрязнения. По данным М.З. Гайнутдинова и др. (1982), величина
пятен нефти, обнаруженных в почвах Татарстана, укладывается в
интервал от нескольких десятков квадратных метров до 5 га и более.
Усинские катастрофические разливы нефти охватили площадь около
62 км2 (Известия от 29.10.1994). При этом практически не известна
ни радиальная, ни латеральная структура ТГ битуминозных ореолов,
особенности вторичного (посттехногенного) перераспределения заг-
рязнителей в пространстве и времени.
Количественные закономерности изменений в почвах концен-
траций битуминозных веществ через разные сроки после аварий так-
же изучены недостаточно. Известно только, что химическая дегра-
дация и биодеградация отдельных групп БВ происходит с разной ско-
ростью (Oudot, 1979; Пиковский, Глазовская, 1980; Ильин и др., 1982;
Ахмедов и др., 1982; Оборин и др., 1984,1988).
Отсутствуют систематические материалы о реальных концен-
трациях БВ в почвенном профиле и почвенном покрове в разных био-
климатических условиях. Нет и единого взгляда на формы преобра-
зования почв в условиях нефтедобывающего производства. Неизве-
стно также, при каких концентрациях битуминозных веществ (БВ)
могут происходить те или иные вторичные изменения свойств почв.
В то же время эти данные представляют практическую важность,
так как без них сложно, а часто и невозможно понять: а) характер
взаимоотношений битуминозных веществ с почвенной массой; б) оп-
ределить прогнозную нефтеемкостъ почвенного покрова; в) разрабо-
тать меры по охране среды и рекультивации почв; г) разработать
систему мониторинга и т.д.
3.1.1. Битуминозные вещества в почвах разных /
природных зон
Имеющиеся материалы, включающие и собственные натур-
ные и экспериментальные исследования, свидетельствуют, что пове-
63
дение нефти и нефтепродуктов (битуминозных веществ) в почвах и
ландшафтах достаточно сложное. Выявлено, что в незагрязненных
почвах на территориях месторождений нефти в любых физико-гео-
графических и ландшафтно-геохимических условиях содержится то
или иное количество битуминозных веществ’, табл.3.1. По данным
Ю.И. Пиковского (1981), на территории промыслов в фоновых почвах
присутствуют как почвенные, так и собственно нефтяные битумои-
ды. Эти смешанные битумоиды создают общий региональный фон,
на котором проявляют себя локальные потоки загрязнителей от оп-
ределенных источников загрязнения (Пиковский, 1981,1993).В про-
исхождении смешанных билумоидов определенную роль играет при-
родная диффузия углеводородов из недр, что является результатом
естественных процессов, связанных с формированием вторичных
ореолов рассеяния углеводородов, индицирующих месторождения
нефти (Ковда, Славин,1951; Иванов, 1969; Зингер и др., 1973 и др.).
Повышение регионального фона битуминозных врществ в почвах
приводит к возникновению обширных наложенных геохимических
полей на большей части нефтедобывающей провинции, что служит
основой геохимических методов поисков месторождений углеводо-
родного сырья (Васильев, Шлейзер, 1977).
Сравнение уровней содержанийБВ в почвах аналогичных при-
родных позиций на действующих промыслах и на еще не освоенных
месторождениях свидетельствует о том, что в процессе работы про-
мыслов формируются не только локальные очаги загрязнения, но уве-
личивается и уровень регионального фона.
Содержание нефтяных компонентов в “фоновых” почвах неф-
тепромыслов составляет десятые-тысячные доли грамма на 1 кг
почвы. Но, если почвы находятся вблизи технических систем, то со-
держание углеводородов в них увеличивается и может достигать
0,5-1,5 г/кг почвы, а в редких случаях до 2,0 г/кг даже вне морфологи-
чески видимых техногенных потоков.
• Уровни фоновых концентраций углеводородов неодинаковы для
почв разных природных комплексов. Закономерности профильного
распределения БВ могут определяться генетическими свойствами
почв. Например, дерново-подзолистые почвы характеризуются элю-
виально-иллювиальным типом распределения, и разница в накопле-
нии БВ в элювиальных и иллювиальных горизонтах может состав-
’ Битуминозные вещества экстрагировались из почв органическими растворителями
(гексан, хлороформ, сложные смеси). В эти вытяжки переходит не только
углеводородная часть нефти, но и часть собственно почвенных (липидных) компонентов.
В гексановую вытяжку переходят главным образом нефтяные углеводородные
компоненты, а собственно почвенные—лучше экстрагируются хлороформом и смесью
спирта, хлороформа, гексана (Пиковский,1988).
64
Таблица 3.1
Варьирование содержаний битуминозных веществ в незагрязнённых почвах
разных нефтедобывающих районов России
Природные условия Почва (разрез) Субстрат Индекс горизонта Глубина, см БВ (гексано- вая фрак- ция), г/кг
Торфяник Торф Т1 0-19 0,03
(827) Т2 19-60 0,06
Типичная Торфяно- глеевые Суглинки Т1 Тп 0-23 35-45 0,01 0,01
тундра ЕТР (721) G >45 0,01
Тундровые Суглинки А1 5-27 0,01
дерново- AlBg 27-32 0,06
глеевые (952) BG 32-50 0,01
Тундровые Суглинки Т 0-12 0,01
торфянисто- АТ 12-17 0,20
Южная глеевые(51) BG 17-42 0,01
тундра Торфяно-пере- Торф Т1 0-13 0,60
ЕТР гнойно-глеевые Суглинки Т2 13-26 0,05
(806) Ап 26-31 0,08
G 31-36 1,50
Подзолы иллю- Пески АОА1 0-13 0,90
виально-желе- Bh 24-41 0,40.
Лесотундра зистые, (Бр.-38) Bf 41-52 0,20
Западной CG 110-130 0,50
Сибири Тундрово- Суглинки Ah 3-6 0,02
глеевые, Bh 19-44 0,40
(Тр.-59) CG 61-81 0,60
Торфянисто- Торф T 3-10 0,60
Северная подзолисто- Супеси A2 10-20 lt0
тайга глеевые Bh - , 46-57 0,20
Зап. Сиби- (Гр-2) BCg 77-105 0,05
ри Торфяник Торф T1 Q-10 0,05
(М-1) T2 10-20 0,04
Южная Дерновоподзо- листые целин- Суглинки AO Al 0-6 6-17 0,10 0,10
тайга ные лесные A2 17-30 0,02
Пермского (8235) A2B 30-72 0,02
Прикамья 1 В 72-90 6,15
Широколи- Буроземно- Суглинки Ad 0-6 0,20
ственные подзолисто- Al 6-13 0,10
леса глеевые A2g 22-39 0,02
Предкар- (Др.-46) A2Bg 39-59 0,02
патья BG 59-81 0,02
Лесостепь Серые лесные (2-402) Супеси Anax. A1A2 0-24 24-34 . 0,02 0,01
Пермского A2B 34-44 '* 0,01
Прикамья В 44-54 0,01
5-1119
лять: в горизонте А2 — 0,02-0,08 г/кг, в горизонте В — 0,15-0,5 г/кг.
Повышенные содержания нефтяных углеводородов характерны для
болотных почв, которые представляют собой области естественной ак-
кумуляции веществ, мигрирующих из окружающих ландшафтных комп-
лексов. Однако чаще всего выраженная закономерная связь фонового
распределения БВ с генетическим профилем почв отсутствует.
Кроме того, как показали исследования, для каждого нефтедобы-
вающего района (даже в однотипных биоклиматических условиях) су-
ществует свой фон содержаний нефтепродуктов (Пиковский, 1981).
Сравнение содержаний углеводородов в импактных зонах с
местным природным фоном свидетельствует, что концентрации БВ в
загрязненных почвах могут превышать фоновые уровни на 2-5 по-
рядков и в ряде случаев достигают 400-600 г/кг почвы (табл. 3.2).
Высокие концентрации нефти обнаруживаются в загрязненных почвах
любых природных зон. При этом разброс содержаний БВ в почвах
даже в пределах одного и того же месторождения весьма значите-
лен. Однако при прочих равных условиях наиболее высокой нефтеем-
костью обладают тундровые и болотные почвы, главным образом их
торфяные горизонты. Органогенные горизонты почв более южных
ландшафтов вмещают значительно меньше битуминозных веществ.
Органогенные и минеральные субстраты (и соответствующие гори-
зонты в пределах одного почвенного тела) различаются по нефте-
емкости и глубине возможного просачивания загрязнителей. Относи-
тельно глубокое проникновение нефти (глубже 1-2 м) возможно в по-
чвах любых природных зон: в Зап. Сибири (Самотлор) —1,5 м (Груз-
дкова, Сурнин, 1990); в южной тайге в дерново-подзолистых пахот-
ных почвах глубже 1,5-2,0 м (Никифорова и др., 1987); в лесостепи в
пойменных луговых почвах глубже 2,0 м (Хазиев, Фатхиев, 1981). Глу-
бина просачивания нефти может ограничиваться только верхними го-
ризонтами в пределах 10-15 см (Колеватов, Фазлыева, 1982; Славки-
на и др., 1984,1989) или достигать 1-2 м (Гайнутдинов, Храмов и др.,
1982; Маковский, 1988). Наиболее глубоко нефть и нефтепродукты
продвигаются в субстратах легкого механического состава — гра-
велистых отложениях, песках, супесях, а также трещиноватых поро-
дах (Lippok, 1966; Eizenhut, 1969; Bartz et al, 1969; Гольдберг, Газда,
1985; Laborator..., 1989). По наблюдениям Е. Айзенхута (Eizenhut,
1969), нефтепродукты (мазут) через два года после загрязнения были
обнаружены на глубине 8,65 м (глинистые лёссы); через двое суток —
на глубине 2,25 м (суглинок с галькой); устойчиво фиксировались че-
рез семь лет на глубине 8,5 м (песчаный суглинок). Разуплотнение
верхних горизонтов почв усиливает радиальное просачивание нефти,
вследствие чего в пахотных почвах при одинаковой ТГ нагрузке БВ
вещества обнаруживаются в более глубоких горизонтах, чем в ана-
66
Таблица 3.2
Варьирование содержаний БВ в загрязнённых нефтью почвах разных
нефтедобывающих районов России
Природные условия Почва, время после загряз- нения (разрез) Субстрат Индекс горизон- та Глубина, CM . БВ( гек- сановая фракция), г/кг
Типичная тундра ЕТР Тундровые дерново- глеевые, 1 месяц после загрязнения (Тр.657) Суглинки т АТ BG 0-7 7-13 13-30 70,0 0,4 0,3
Тундровые торфяно-пере- гнойно-глеевые, полгода после загрязнения (Тр.723) Торф, суглинки Т1 Т2 ТЗ Тп 0-5 5-25 25-47 47-57 100,0 3,0 3,0 4,3
Южная тундра ЕТР Тундровые торфяно-глее- ' вые, 3 года после загрязне- ния (А-515) Суглинки Т1 Т2 G 0-23 23-39 >39 245,0 210,0 1.2
Лесотундра Зап. Сибири Подзолы иллювиально- железисто-гумусовые, год после загрязнения (Н-44) Пески Т А2 Bh Bfg 0-3 3-6 9-11 11-32 45,4 138,3 65,9 31,2
Тундровые торфяно-глее- вые, полгода после загряз- нения (Тр.58) . Торф, иловатые пески Т1 ТЗ BG 0-5 12-35 36-50 462,0 3,8 0,5
Северная тайга Западной Сибири Торфяно-подзолисто-глее- вые, год после загрязнения (93-3 А) Торф, суглинки Т1 ТЗ A2hg A2Gh 0-15 28-39 39-6Q 60-85 504,0 88,5 18,0 0,2
Южная тайга Пермского Прикамья Дерново-подзолистые па- хотные,'полгода после загрязнения (01) Супеси Апах. А2 Big B2G 6-15 , 15-28 49-83 101-120 41,2 16,8 1,4 4,0
Дерново-подзолистые (глее- ватые) лесные целинные, пять лет после загрязнения (08232) Суглинки АО Al AlA2g A2Bg Bg 0-3 3-15 15-34 34-52 52-90 15,0 18,2 2,3 5,0 1,4
Широколист- венные леса и лесостепи Предкарпатья Буроземно-подзолйсто- глеевые, старое загрязнение (25) Суглинки АГ Al" AlA2g BIG 0-8 8-26 26-47 47-60 6,0 100,0 26,0 0,1
Дерново-глеевые, 1 месяц после загрязнения (Сх-36) Суглинки AO G 0-10 40-60 300,0 3,0
Лесостепь Пермского Прикамья Светло-серые лесные па- хотные, два года после загрязнения (8401) Супеси, легкие опесчанек- ные суглинки A'пах A"nax A2B' A2B”g _B£ 0-6 6-15 15-26 26-37 37-56 10,0 8,0 4,0 6,0 1,0
логичных целинных разностях (Гайнутдинов и др., 1982). Радиальная
миграция нефти и нефтепродуктов зависит также от насыщенности
почв водой, в результате чего при прочих равных условиях наиболее
глубоко они просачиваются в сухие почвы (Андреева, 1981).
Широкое развитие болотных процессов и торфообразования в
северных ландшафтах России усиливает экологическую опасность
нефтедобывающего производства в этих регионах как вследствие
преобладания высокоемких субстратов, так и активного латерального
разноса поллютантов из-за высокой обводненности почв.
При сбросе в почвы других групп нефтесодержащих
загрязнителей, например, сточных вод или буровых растворов, уровни
накопления БВ, как правило, ниже, чем при сбросе нефти, но в
зависимости от состава ТГ потоков уровни содержания БВ также
достаточно высоки (табл.3.3).
Таблица 3.3
Варьирование содержаний битуминозных веществ в почвах, загрязнённых
сточными водами, буровыми растворами, сырым конденсатом
Природные условия Загрязнитель Почвы (разрез) Индекс горизонта Глубина, см Углеводо- роды, г/кг
Сточные Торфяники Т1 0-12 13,8
воды (5М-14) Т2 12-31 60,6
тз 31-68 14,9
Т4 80-90 8,9
Лесотундра Буровые Торфянисто- Т 0-9 11,7
Зап. Сибири растворы подзолисто- A2g 9-23 1,9
глеевые (Бр-27) A2Bg 23-41 ' 0,4
Сырой Болотные Т1 0-8 65,5
конденсат торфяно-гле- Т2 8-31 12,7
евые (2П-50) G 31-50 0,5
Южная Буровые Дерново- АО 0-6 1,1
тайга растворы подзолистые А1А2 6-18 6,8
Пермского (8211) А2В 18-41 3,2
Прикамья Big 41-68 <0,1
В загрязненных почвах резко меняются отношения между
группами битумоидов, переходящих в гексановые (ГБ) и хлороформные
(JOB) вытяжки, что подчеркивается отношениями ГБ/ХБ (табл. 3.4).
Таблица 3.4
Распределение разных групп битуминозных веществ в фоновых и
загрязнённых почвах (южная тайга, Пермское Прикамье)
Почвы Гори- зонт Глуби- на, см Битуминозные вещества, г/кг Автор, год
ГБ ХБ Сумма ГБ/ХБ
Дерново-подзолистые А1 6-10 0,05 0,4 0,45 0,1 Пиковский,
суглинистые фоновые А2 10-34 0,1 0,1 0,2 1,0 1981
Дерново-подзолистые суглинистые (через 6 ме- сяцев после загрязнения) А1 А2 6-15 15-28 41,2 16,8 34,0 12,1 75,2 28,9 1Д 1,4 Никифорова и др,1986
68
Закономерности миграции - закрепления нефти и
нефтепродуктов в почвенной толще определяются уровнями
нефтеемкости — нефтеотдачи’ отдельных почвенных тел и их
комбинациями в пространстве. Важнейшую роль играют генетические
свойства почв, принявших ТГ поток, и механический состав
субстратов, от которых зависит общая площадь поверхности
почвенных частиц в единице объема, сорбционные свойства,
суммарная величина порово-капиллярных сил, возможности
свободного гравитационного движения загрязнителей или их
закрепление и т.д.
Значительную роль в миграции нефти и нефтепродуктов играет
их плотность и вязкость (Панов и др., 1985).
Свойства коллоидных систем, почвенная влага и почвенный
воздух определяют конкурентное распределение нефти в почвенной
массе (Жузе, 1986; Opportunities in Basic..., 1992; рис. 3.1). Количе-
ственные соотношения нефть — почвенная вода — почвенный воз-
дух непрерывно меняются в
почвенном пространстве из-за
сложной субстантивно-струк-
турной организации каждого
генетического горизонта (на-
личия иерархической системы
<фганизациипорово-капидляр-
но-трещинного пространства,
закономерной профильной
организации коллоидных сис-
тем и т.д).
Рис.3.1. Один из вариантов распределения не-
фти в почвенном пространстве (Opportunities
in Basic Soil..., 1992).
1 — нефть; 2 — вода; 3 — воздух; 4 — по-
чвенные частицы
Многокомпонентность
нефти и многообразие свойств
почвы как сложной гетероген-
ной системы определяют
фракционирование загрязни-
телей при их миграции в природной среде: частичное расслоение по
плотности, вязкости, активности взаимодействия с почвенной мас-
сой (Пиковский, Солнцева, 1981; Солнцева, 1981,1988,1995;Пиковс-
кий, 1988,1993; Оборин и др., 1988). Почвенные тела, выступают как
специфические хроматографические колонки, обеспечивающие про-
странственную дифференциацию сложных ТГ смесей. При гравита-
ционно-капиллярном движении нефти и нефтепродуктов происходит
’Под нефтеемкостью почв понимается максимально возможные'-для каждого
уровня влажности содержаниея нефти в почвенной массе. Под нефтеотдачей —
количество нефти, которое может бьггь постепенно вытеснено из почв атмосферными
осадками и (или) вымыто почвенно-грунтовыми водами.
69
опережающая сорбция высокомолекулярных (прежде всего смолис-
тых) компонентов нефти. Концентрации смолистых веществ в верх-
них генетических горизонтах профиля относительно нижних горизон-
тов увеличиваются в несколько раз (табл.3.5).
Таблица 3.5
Содержание смолистых компонентов в почвах, загрязнённых
нефтью и нефтепродуктами (северная тайга Западной Сибири)
Тип техногенных потоке® Почва (разрез) Индекс горизонта Глубина, См Содержание смолистых веществ
Нефть Подзолы иллювиально- железисто-гумусовые (29-05) АО А2 Bgh ВН CG 0-3 3-16 16-46 46-54 54-80 87,7 36,6 50,0 64,8 14,6
Подтоварные воды Подзолы иллювиально- железисто-гумусовые (СВ-20) ТГ нанос АО А2’ . А2" Bhf Bf Bg BCg 0-1 1-4 18-38 18-38 38-41 41-75 75-102 102-150 1441,4 189,4 56,5 46,3 48,0 24,8 22,1 . 26,6
Фоновый аналог Подзолы иллювиально- железисто-гумусовые (29-01) A2 Bh Bfg BCg 4-15 15-29 29-66 66-112 29,7 22,7 21.1 9,6
Наблюдается постепенное снижение молекулярного веса БВ —
происходит их своеобразное “облегчение” на путй миграции. Это яв-
ление отчетливо отражается в люминисцентных параметрах биту-
моидов, в частности, в цвете люминисценции капиллярных вытяжек
(Пиковский, 1981,1993). Избирательная сорбция углеводородов с нео-
динаковой молекулярной массой показана экспериментально (Oudot,
1990). Доказана опережающая миграция низкомолекулярных углево-
дородов. Разная миграционная активность отдельных битуминозных
компонентов ТГ потоков приводит к формированию не только законо-
мерной радиальной, но и латеральной структуры наложенных ТГ оре-
олов —пространственной зональности распределения битуминозных
компонентов.
3.1.2. Закономерности миграции и внутрипочвенного
радиального распределения нефти
Анализ содержаний БВ в вертикальном профиле загрязненных
почв (см. табл. 3.2) свидетельствует о сложном перераспределении
70
нефти (и нефтепродуктов) по генетическим горизонтам. При этом
эмпирические и экспериментальные исследования свидетельствуют
о неодинаковом характере распределения поллютантов в разных ти-
пах почв, что обусловлено своеобразием характерных соотношений
гравитационно-капиллярных и диффузных сил, действующих во всех
направлениях. Закономерности радиального накопления - выноса БВ
тесно связаны с нефтеемкостью - нефтепроницаемостью почвенной
массы, а также наличием и структурой внутрипочвенных геохими-
ческих барьеров (ГХБ), где происходит постоянная аккумуляция или
временная задержка загрязнителей. Некоторые типы ГХБ, характер-
ные для почв гумидных ландшафтов, показаны на рис. 3.2. Каждый
из этих барьеров неоднозначно “работает” в определенных биокли-
матических условиях и для разных типов загрязнителей.
В любых нефтедобывающих районах при поверхностном сбро-
се поллютантов их основная масса оседает в верхних органогенных
горизонтах (на органо-сорбционных барьерах), выступающих в роли
барьеров-аккумуляторов. Наиболее высокие содержания битуминоз-
ных веществ (до 550 г/кг сухой массы) наблюдаются в торфяных
горизонтах. В таких субстратах возможны и более высокие концент-
рации БВ, что обнаруживается эмпирически и показано эксперимен-
тально (Guseva, Solntseva, 1996). Интенсивность вероятного накопле-
ния нефти в одних и тех же горизонтах, их предельная нефтеемкость
варьируют в зависимости от влажности субстратов (табл.3.6).
Таблица 3.6
Предельная нефтеёмкость органогенных горизонтов почв при разных
уровнях влажности. Экспериментальные данные (Guseva, Solntseva, 1996)
Почва (разрез) Характеристика Горизонта Влажность субстрата (%) Нефтеем- кость, г/кг
Болотные тсрфяно-пе- регнойно-глеевые (7) Хорошо разложившийся осоково-моховый торф 25-50 85-100 1620,0 260,0
Тундровые поверхнрст- но-глеевые (19) ' Слабо разложившийся сухоторфянистый 25-50 85-100 335,0 40,0
Зависимость миграции - накопления нефти и нефтепродуктов
в почвах от уровня их влажности подтверждены экспериментально
(Братцев, Гладков, 1987; Братцев, 1988; Guseva, Solntseva, 1996) и по-
казаны расчетными методами (Kesler, Rubin, 1983, 1987). Чем силь-
нее увлажнена почва, тем меньше возможность внутрипочвенного
закрепления нефти и тем выше активность ее радиального и лате-
рального перемещения (включая поверхностный смыв). Уровни на-
копления БВ зависят также от количества и состава поступающих
загрязнителей. Содержание БВ в почвах, загрязненных конденсатом
(при тех же условиях), будет на порядок ниже, чем в нефтезагрязнен-
ных почвах (см.табл.3.3).
71
v
VW
110 з ГППГП 4ПТП 6RS53 7 Г~~"1
*E?3 ’M 10ДЭД nRFi 12ПГШ 13i4g%8
15 1бЕИ
Рис.З.2. Некоторые типы геохимических барьеров в почвах гумидной зоны (по
МАГлазовской, 1981, фрагмент).
Почвы: I — тундрово-глеевые; П — торфяно-болотные; III — глеево-подзолистые;
IV — подбуры; V — подзолы железисто-гумусовые; VI — подз олистые и дерново-
подзолистые; VII — подзолистые и дерново-подзолистые пахотные известкованные;
VHI—дерново-карбонатные. Почвенно-геохимические барьеры: биохимические кис-
лые: 1 — высокоёмкие окислительные; 2 — высокоемкие восстановительные; 3 —
умеренно емкие окислительные; 4 —умеренно емкие восстановительныедорбдоон-
но-седиментационные кислые: 5 — умеренно- и высокоемкие окислительные; 6 —
умеренно- и высокоемкие восстановительные; 7 —малоемкие окислительные; 8 —
малоемкие восстановительные; 9 — альфегумусовые; 10 — ферритные и ферралит-
ные; 11 — умеренно- и высокоемкие резко восстановительные; биогеохимические
нейтральные и слабощелочные: 12 — умеренноемкие окислительные; сорбционно-
седиментационные окислительные: 13 — нейтральные и слабощелочные; карбо-
натные; 14 — окислительные; сорбционные и седиментационные слабокислые и
нейтральные барьеры в почвообразующих породах: 15 — малоемкие; 16 — уме-
ренно-и высокоемкие
В любых случаях превышение предельной для каждого уровня
влажности нефтеемкости субстратов приводит к стеканию избытка
загрязнителя в нижние горизонты профиля почв или почвенно-грунто-
вые воды.
72
Как отмечалось выше, нефтепроницаемость почв обусловле-
на размерами и формой пор, расположением частиц грунта (Tavenas
et al, 1984), а также наличием и размерами капилляров; трещин и кор-
невых ходов. В верхних горизонтах почв из-за значительного объема
свободного порово-трещинного пространства происходит главным об-
разом фронтальное просачивание нефти, которая может почти пол-
ностью насыщать массу этих горизонтов (Солнцева, 1982). Для этой
части профиля характерны наиболее высокие концентрации БВ и ми-
нимальные различия их между отдельными почвенными блоками
(морфонами и (или) группами морфонов).
Интенсивность и специфика проникновения нефти в более глу-
бокие горизонты зависят от их гранулометрического состава. При
переслаивании грунтов разного гранулометрического состава ради-
альная миграция нефти резко тормозится, что связано, по-видимому,
с неодинаковыми капиллярными давлениями в слоях, что и опреде-
ляет энергетический барьер (Большаков, 1995), препятствующий дви-
жению поллютантов. При суглинистом составе субстратов, как по-
казали непосредственные полевые наблюдения за миграцией нефти
в почвах (Солнцева, 1981,1982) и экспериментальные заливки нефте-
продуктов (Гусева,1995, Солнцеваи др.,1996), основным механизмом
поступления нефти в нижние горизонты почв служит гравитационное
стекание по ослабленным зонам — каналам миграции, что сопро-
вождается насыщением нефтью крупных и мелких трещин и относи-
тельно слабым последующим “всасыванием” БВ в межпедные плос-
кости и мелкие капилляры и диффузией в межтрещинную массу. В
более проницаемых блоках почв сосредотачиваются и наиболее тя-
желые фракции загрязнителя. Легкие фракции перемещаются в меж-
трещинную массу. Вторичное внутрипочвенное перераспределение
нефти приводит к новому варианту неоднородности её распределе-
ния между существенно отличающимися лигологически, текстурно
и структурно почвенными блоками (рис.3.3). Контрастность содер-
жаний БВ между горизонтами и внутригоризонтными морфонами
может достигать 1-2 порядков. В горизонтах, где заканчиваются ка-
налы миграции (часто это иллювиальные горизонты — В), возника-
ют зоны повышенной битуминозности.
Наличие в почвах геохимических барьеров с различной емкос-
тью определяет сложный радиальный профиль распределения заг-
рязнителя (рис.3.4). С течением времени вторичные концентрации
вещества на внутрипочвенных барьерах в ряде случаев могут пре-
высить содержание загрязнителя на верхнем барьере (рис. 3.4, б).
Содержание БВ в нижней части профиля почв может стать в 3-4 раза
выше, чем в верхней, что характерно для первично очень сильно заг-
рязненных почв с однородными субстратами. Основным механиз-
мом смещения загрязнителей из верхних горизонтов в нижние явля-
73
Рис.3.3. Фрагменты полей распределения битуминозных веществ
в почвенной массе (г/кг).
А — лесотундра Зап. Сибири, тундровые торфяно-глеевые почвы на опесчаненных
суглинках (сточные воды с нефтепродуктами); Б — южная тайга Пермского Прика-
мья, дерново-подзолистые тяжелосуглинистые почвы (нефть); 1 — границы гори-
зонтов; 2 — границы морфонов; 3 — концентрации битуминозных веществ, г/кг
V
ется вымывание (“выдавливание”) части БВ атмосферными осадка-
ми. Вторичное вымывание нефти из рыхлых горизонтов почв выше,
чем из плотных из-за увеличения уровня капиллярной защемленнос-
ти остаточной нефти в более плотных субстратах (формирование гло-
бул) и более высокой вероятности сохранения нефти в тупиковых по-
рах, что обусловлено структурой (геометрией) внутрипорового про-
странства (Бан и др., 1962; Михайлов и др., 1993). Перераспределе-
ние легких фракций происходит быстрее, чем более вязких и тяже-
лых, что также усиливает контрастность профиля распределения БВ.
Существование Предельных размеров пор и'капилляров, при
которых молекулы БВ не могут в них проникать, приводит к форми-
рованию “истинных” геохимических и механических барьеров (ба-
рьеров-”экранов”), в качестве которых выступают глеевые и мерз-
лотные горизонты почв (окислительно-восстановительные и криоген-
ные низкотемпературные барьеры), глинистые иллювиальные и ил-
лювиально-глеевые горизонты (минерально-сорбционные) и т.д. Та-
кие горизонты, особенно во влажном состоянии, практически не про-
пускают органические поллютанты (рис. 3.4, б,в,г).
Содержание БВ в таких субстратах при загрязнении почв очень
незначительно превышает фоновые уровни для данной территории
даже при очень высоких содержаниях поллютантов в горизонтах над
ними (см.табл.3.2; р.А-515; Тр-58; рис.3.4).
74
Рис.3.4. Варианты распределения нефти (г/кг) а вертикальном
профиле загрязненных почв.
А — после загрязнения нефтью иллювиально-железистых подзолов; Б — после заг-
рязнения нефтью тундрово-глеевых почв; В — после загрязнения нефтью мелких
торфяников; Г — после загрязнения сточными водами с нефтепродуктами торфя-
ных почв; Д — после загрязнения конденсатом торфяно-глеевых почв; Е — после
загрязнения сточными водами с нефтепродуктами торфяных почв; Ж — после заг-
рязнения очищенными сточными водами торфяно-глеевых почв
Роль своеобразного барьера выполняют и грунтовые воды, пе-
реводящие движение нефти и нефтепродуктов в вертикальном про-
филе почв в латеральный почвенно-грунтовый сток.
Однако абсолютно непроницаемых природных барьеров не су-
ществует. Их устойчивость — непроницаемость — зависят от по-
тенциальной принимающей способности почвенной массы, длитель-
ности взаимодействия с поллютантами, реальных механизмов их по-
ступления в почвы. Именно механизмы миграции—концентрации БВ
определяют “рисунок” их радиального распределения в профиле почв
(см. рис. 3.3; 3.4).
Таким образом, закономерности формирования профиля БВ на
момент загрязнения обусловлены строением почвенного профиля —
системой почвенно-геохимических барьеров и их свойствами, коли-
чеством и формой почвенной влаги.
Вторичное перераспределение поллютантов между разными
блоками почвенных тел осуществляется в результате процессов миг-
рации и естественной деструкции БВ. В наиболее^ простом случае с
течением времени происходит постепенное уменьшение концентра-
ций БВ в верхней части профиля почв при незначительном накопле-
нии поллютантов в нижних горизонтах. Если в структуру почвенных
горизонтов включены морфоны разного функционального назначения
и разной сложности (каналы миграции, межтрещинная масса с меня-
ющейся в пространстве проницаемостью и т.д.), то закономерности
вторичного перераспределения нефти между этими почвенными бло-
ками более сложные. Непосредственно после поступления нефти в
почвы в верхней части профиля содержания БВ выше в каналах миг-
рации. Но так как микробиологическая активность в межтрещинной
массе более низкая (Рекультивация земель..., 1975) из-за затруднен-
ного доступа кислорода, то последующее разложение БВ в этих мор-
фонах замедлено, что определяет повышенную сохранность в них
загрязнителя. В результате с течением времени более низкие оста-
точные концентрации БВ оказываются приуроченными к каналам
миграции (табл.3.7). Эти же блоки почв характеризуются и более
Таблица 3.7
Перераспределение содержаний БВ между блоками почв через
разные сроки после поступления в них нефти
Интервал опробо- вания, см Содержание БВ в почвах (сумма гексановых и хлороформных фракций), г/кг
I -й год после загрязнения (разрез 138) Через 10 лет после загрязнения (разрез 8211)
В каналах миграции В межтрещинной массе В каналах миграции В межтрещинной массе
10-20 40,0 20,0 0,4 9,9
20-30 14,0 10,0 0,4 10,5
76
интенсивной миграцией почвенных растворов, а следовательно, по-
вышенным выносом загрязнителя и его метаболитов в растворенной
или эмульгированной форме. Вынос углеводородов в растворах уси-
ливает их естественную пространственную сепарацию из-за разной
растворимости отдельных компонентов нефтей.
В нижних горизонтах (В, ВС) вследствие иных исходных гео-
химических условий, плотности и структуры горизонтов процессы
вторичной трансформации нефтяных компонентов хотя и аналогич-
ны, но протекают значительно медленнее, чем в верхней части почв.
Постепенно возникает “обратное” распределение концентраций: ми-
нимум в верхних горизонтах, максимум—в нижних.
Закономерности распределения БВ в профиле почв, глубина
внутрипочвенной проницаемости и судьба поллютантов в значитель-
ной степени зависят от: а) типа загрязнителя (нефть, буровые раство-
ры, сточные воды), его количества, продолжительности поступления
в почвы; б) характера сброса (с поверхностным потоком или внутри-
почвенно), времени после загрязнения; в) структуры почвенного по-
рово-трещинного пространства и особенно переслаивания субстра-
тов разного механического состава и разной плотности.
Значительную роль в распределении нефти в вертикальном про-
филе почв играют любые технические мероприятия, проводившиеся
после загрязнения на пораженном участке — выжигание нефти, пес-
кование загрязненных участков или другие технические приемы
(табл.3.8). Так, при песковании залитых нефтью почв происходит ча-
стичная сорбция БВ перекрывающим песчаным материалом, хотя и
в малом по мощности слое, непосредственно примыкающем к заг-
Таблица 3.8
Остаточное содержание нефтепродуктов в загрязнённых почвах после
применения технических мероприятий для ликвидации загрязнения
Исходная почва, (точки наблюдения) Индекс горизонта Глубина, см Нефтепродукты, г/кг почвы
После выжигания нефти
Подзолы иллювиально- Горелая
гумусово-железистые "корка" 0-2 73,8
(СВ-106) А2 2-5 46,8
Bhf 22-49 17,0
В ch 90-140 37,5
G2 180-210 * 0,02
После пескования
Торфяник ТГ нанос 0-10 0,4
(МО-ЗО) Т1 30-42 45,5
Т2 42-59 264,0
ТЗ 59-92 96,0
77
рязненной почвенной массе. Остальная часть наноса остается фак-
тически только экраном, отгораживающим загрязненные почвы от
фотохимической деструкции поллютанта и ухудшающим воздушный
режим в перекрытых почвах, что приводит к активизации в них глее-
вых процессов и даже созданию сероводородной обстановки и со-
хранению в ландшафтах безжизненных песчаных арен.
Выжигание нефти на поверхности почв, что практикуется доста-
точно часто и пропагандируется как наиболее оптимальный метод уда-
ления разлившейся нефти, также не приводит к полному удалению БВ.
В почвах сохраняются высокие концентрации нефтепродуктов и в верх-
них горизонтах ипо всему почвенному профилю (табл.3.8).
Таким образом, разный состав поступивших в почвы веществ,
специфика строения почвенного профиля, разная емкость внутрипоч-
венных ГХБ определяют сложное радиальное строение ТГ ореолов
БВ, неодинаковое на каждом вертикальном срезе их объема и меня-
ющееся во времени.
3.1.3. Закономерности внутрипочвенного латерального
распределения нефти
Фракционирование нефти при ее сбросе в природную среду осу-
ществляется не только при радиальной миграции ТГ потоков, но и по
мере их удаления от источника выброса, что формирует первичную ла-
теральную зональность структуры ТГ ореолов в объеме всего загряз-
ненного почвенного пространства. В наиболее простых случаях—не-
посредственно после сброса загрязнителей в природную среду (или че-
направление стока
1 M з род 4
$77} 6 ГТ"П 7 ЕЗ
Рис.3.5. Содержание битуминозных веществ
(г/кг почвы) в тундрово-глеевых почвах не-
посредственно после загрязнения сырым кон-
денсатом (лесотундра Зап. Сибири).
1 — 70-50; 2-50-30; 3 — 30-20; 4 — 20-10;
5 —10-5; 6 — 5-1; 7 —менее 1
рез небольшой срок) распреде-
ление БВ характеризуется по-
степенным уменьшением их
содержаний от мест прорыва
ТГ потока к краевым частям
ореола загрязнения. Такой ха-
рактер первичного распределе-
ния БВ имеет место в любых
природных условиях и не зави-
сит оттипаТГ потока (рис. 3.5).
При авариях на технических
объектах зимой происходит бо-
лее сложное внутрипочвенное
радиальное и латеральное пе-
редвижение нефти по трещи-
нам в замерзшей почве (De
Jong, 1980).
78
Фракционирование многокомпонентных смесей загрязнителей
при их латеральном перемещении приводит к оседанию основной
массы тяжелых и вязких БВ в ядре ореола загрязнения. Отставание
миграции высокомолекулярных (в первую очередь смолистых) ком-
понентов нефти подтверждено в экспериментах по внесению дозиро-
ванных количеств нефти в почвы (Глазовская, Пиковский, 1980,1986;
Ильин и др., 1982; Ахмедов и др., 1982; Оборин и др., 1988). Как от-
мечалось ранее, экспериментально показана также интенсивная миг-
рация низкомолекулярных углеводородов на значительные расстоя-
ния от места пролива нефти (Oudot, 1990).
В процессе латерального перемещения БВ (после аварийного
слива) к краевым зонам ореолов загрязнения в почвах изменяются
соотношения между, более подвижными гексановыми фракциями и
хлороформными битумоидами (табл. 3.9).
Таблица 3.9
Соотношения гексановых и хлороформных битумоидов
(ГБ/ХБ) в разных частях ТГ нефтяного ореола
(дерново-подзолистые почвы, южная тайга Пермского Прикамья)
Местоположение точек наблюдений в пределах ТГ ореола загрязнения, м от . места прорыва загрязнителя Глуби- на, см Гексано- вые биту- моиды, г/кг почвы Хлорофо; рмные би- тумоиды, r/кг почвы Отно- шения ГБ/ХБ
6-15 41,2 34,0 1.2
Ядро ореола (1 м) 15-28 16,8 12,1 1.4
пахотные 49-83 1,6 2,7 0.6
Средняя часть земли 0-14 0,13 5,2 0,3
14-26 0,12 6,9 0,2
ореола(125 м) 41-56 0,02 0,02 1,0
Краевая часть ореола целинные 5-13 31.7 20,0 1,6
(200 м)—ландшафт- суходольно- 25-41 10,2 5,0 2,0
ный барьер луговые 41-64 L0.1- .. 5,0
Постепенное падение концентраций БВ в почвах по мере уда-
ления от мест аварийного выброса ТГ потока нарушается латераль-
ными (ландшафтными) барьерами. Возникают скопления БВ, “ото-
рванные” от ядра ореола. Роль латерального барьера могут выпол-
нять границы различных элементарных ландшафтов, в том числе и
границы между целинными луговыми ландшафтами и пахотными зем-
лями (табл. 3.9). На ландшафтных и собственно геохимических ба-
рьерах происходит не только общее накопление БВ, но меняются и
соотношения между их отдельными фракциями.
Строгая первичная латеральная зональность ТГ ореолов БВ
осложняется не только геохимическими барьерами, но и дополнитель-
ными ТГ воздействиями на загрязненные почвы. В частности, такие
нарушения происходят при рыхлении почв для улучшения аэрации
79
почвенной массы. Там, где рыхление произведено, количество БВ в
почвах уменьшается. Но в том же ореоле загрязнения на одинаковом
расстоянии от места выброса нефти и на очень близких расстояниях
между собой (3 м) сохраняются “острова” нетронутого техникой по-
чвенного материала, где концентрации поллютанта остаются очень
высокими (табл. 3.10).
Таблица 3.10
Содержание нефти в загрязнённых торфянисто-подзолистых почвах после
“перепахивания’’ участка (северная тайга Зап. Сибири)
Состояние почвы № разреза, рассто- яние от источника загрязнения Индекс горизонта Глубина, см Содержание битуминозных веществ, г/кг
После рыхления загрязненной нефтью почвы 93-2,70 м T1 АТ А2 В 0-4 11-25 25-44 75-105 149,4 17,4 2,0 0,2
"Останцы" нетро- нутых техникой загрязненных нефтью почв 93-26,70 м и 3,0 м от р.93-2 Оч Т1 АТ А2 ВС 0-6 6-24 24-29 42-65 120-125 406,8 360,0 289,6 12,5 0,8
Рыхление загрязненных нефтью почв и их распашка способ-
ствуют активизации процессов самоочищения загрязненных земель,
что показано также экспериментально (Mitchell, 1979). Однако вы-
полнять эту работу надо тщательно, не оставляя “останцевых” мас-
сивов, и рыхлить следует несколько раз, чтобы уменьшить количе-
ство “останцов” (неперепаханных загрязненных почв).
Таким образом, с момента поступления жидких углеводородов
в природные системы в процессе их внутрипочвенной миграции начи-
нается формирование “первичной”, сингенетической геохимической
зональности ТГ ореолов загрязнения, главные черты которой, как было
показано выше, определяются: а) наиболее высокими содержаниями
БВ в почвах ядра ореола при постепенном их уменьшении к краевым
зонам; б) максимумами содержаний БВ в верхних горизонтах почв и
каналах миграции (вне зависимости от положения почвенного тела в
ореоле загрязнения); в) преобладанием тяжелых углеводородов в ядре
ореола, верхних горизонтах почв и каналах миграции; г) легких угле-
водородов — в почвах краевых зон ореолов, нижних горизонтах почв
и межтрещинной массе.
Наличие радиальных и латеральных барьеров осложняет пер-
вичную зональность техногенных инфильтрационных тел (ореолов
загрязнения) и приводит к образованию в их пределах контрастных
зон аккумуляции, которые могут и не совпадать с ядром ореола заг-
рязнения (Солнцева, 1988).
80
3.1.4. Динамика, механизмы и модели развития битуминозных
ореолов загрязнения
Научные основы возрождения нефтезагрязненных территорий
базируются на анализе устойчивости почв к техногенным нагрузкам,
их способности к самоочищению и активности самоочищающих фун-
кций, для чего необходимо знание пространственно-временных трен-
дов изменения содержаний БВ в ореолах загрязнения.
Основными методическими приемами анализа трендов развития
трансформированных природных систем служат динамические наблю-
дения на эталонных площадках и экспериментальное моделирование.
На практике подобные работы включают: а) анализ серий датирован-
ных эталонных объектов, различающихся сроками загрязнения; б) пря-
мые динамические наблюдения на одних и тех же объектах; в) полевые
эксперименты с внесением нефти и нефтепродуктов в почвы по схеме
“доза — время — эффект”; г) лабораторное моделирование нефтеем-
кости—нефтеотдачи почв на почвенных монолитах.
Важнейшие аспекты динамических наблюдений: а) выявление
закономерностей и механизмов перераспределения БВ в вертикаль-
ном профиле почв и на разных расстояниях от источника выброса;
б) изменение концентраций и состава битуминозных компонентов и
вероятность увеличения первичной площади загрязнения; в) анализ
влияния БВ на свойства вмещающих их почв.
Работ, где приводятся данные систематического анализа ди-
намики процессов преобразования свойств нефтезагрязненных почв,
немного (Глазовская, Пиковский, 1980; Солнцева, 1982,1983, 1988;
Ильин и др., 1982; Оборин й др., 1988; Рекультивация..., 1988). Осо-
бенно слабо изучена геохимическая структура всего ТГ ореола как
единого природно-техногенного образования со всем многообразием
характерных почвенно-геохимических процессов (включая их ради-
альные и латеральные перестройки). Между тем, не зная совокупно-
сти явлений, протекающих во времени во всем загрязненном почвен-
ном пространстве, проблему оптимизации природопользования и вос-
становления нефтезагрязненных территорий в том числе, решить не-
возможно.
Многолетние динамические наблюдения, проводившиеся в раз-
ных природных условиях, свидетельствуют о том, что после прекра-
щения аварийного сброса нефти и нефтепродуктов происходят не толь-
ко процессы их естественной деструкции, но осуществляется и ак-
тивное внутрипочвенное перераспределение поллютантов. Происхо-
дит миграция как самих загрязнителей, так и их метаболитов, что
сопровождается перестройкой геохимической структуры первичных
6-1119
81
ореолов БВ и образованием их “вторичной” — эпигенетической зо-
нальности.
Происходит постепенное передвижение “избыточной” нефти в
нижние горизонты почв и к периферии ореола (рис. 3.6), что в итоге
приводит к ее выходу за пределы первоначального контура загрязне-
ния — в окружающие фоновые почвы (рис. 3.7).
«14
1 £& 2 ESS з КЗ 4 О 5 ЕЗ6
Рис.3.6. Перераспределение
битуминозных веществ в тор-
фяных горизонтах торфяно-
глеевых почв, загрязненных
буровыми растворами ( 3 года
после загрязнения, северная
тайга Зап. Сибири).
Битуминозные вещества (г/кг по-
чвы): 1 — 8-6; 2 — 64; 3 — 4-2;
4 — менее 2. Прочие обозначе-
ния: 5 —ТГ нанос легкого меха-
нического состава; 6—граница
собственно минеральных гори-
зонтов (G)
подзолы
ивпровление стока
Рис.3.7. Содержание нефти в почвах через год после загрязнения
(лесотундра Зап. Сибири).
Битуминозные вещества (г/кг почвы):! — более 400; 2 — 400-300; 3 — 300-200;
4 — 200-100; 5 — 100-80; 6 — 80-60; 7 — 60-40; 8 — 40-20; 9 — 20-5; 10 — 5-1;
11 — менее 1.12 — физико-химический (глеевый) барьер
Скорость латерального перемещения поллютантов в разных
горизонтах почвенного профиля неодинакова. Так, наблюдения за ди-
намикой вторичного перераспределения нефти в болотных ландшаф-
тах северной тайги Зап. Сибири показали, что через год после ава-
82
рийного выброса нефти максимум концентраций БВ в верхних — тор-
фяных горизонтах сдвигается из почв ядра ореола в почвы его крае-
вой зоны, и загрязнитель распространяется на значительные площа-
ди за пределы первичного контура поражения (рис. 3.8).
Рис.3.8. Структура ореола загрязнения в болотных торфяно-подзолистыхпочвах
через год после выброса нефти (северная тайга Зап. Сибири).
А — в верхних горизонтах (0-30 см); Б —.Э средней части профиля (40-65 см).
Битуминозные вещества (г/кг почвы): 1 — менее 1; 2 —1-10; 3 — 10-50; 4 — 50-
100; 5 —100-150; 6 —150-200; 7 — 200-250; 8 — 250-300; 9 — 300-350; 10 — 350-
400; 11 — 400-450; 12 — 450-500; 13 — 500-550; 14 — 550-600; 15 — более 600;
16 —граница морфологически видимого ореола
С течением времени в пределах ореола загрязнения происхо-
дит постепенный поверхностный смыв ТГ веществ в соответствии с
уклонами местности (при одновременном частичном сбросе загряз-
нителя в нижнюю часть почв) и внутрипочвенная латеральная миг-
рация поллютанта. Формирующаяся вторичная структура ореола заг-
рязнения неодинакова на разных вертикальных срезах его объема.
На глубине 40-65 см (в нижних торфяных горизонтах) максимум би-
туминозных компонентов локализуется в узкой осевой полосе ореола
(с некоторым сдвигом к центральной части). Направление миграции
поллютантов соответствует, вероятно, основному руслу грунтового
стока. Из-за меньшей скорости внутрипочвенного потока в этой час-
ти ореола максимум концентраций нефти не успевает “дойти” до кра-
евой зоны ореола и фиксируется в его средней части. Наиболее вы-
сокие концентрации загрязнителя оказываются приуроченными к зо-
83
нам внутрипочвенного стока. Такое “расслоение” миграционного по-
тока нефти обусловлено неодинаковыми условиями перемещения ве-
щества в разных частях ореола, в рассматриваемом случае из-за
различий в характере субстратов — степени разложенности торфов
и их неодинакового ботанического состава.
Наиболее четко сформированные внутрипочвенные потоки об-
наруживаются в ложковой сети, даже если прямого сброса поллю-
тантов в них и не производилось. Такие потоки — основные каналы
сброса поллютантов в грунтовые и поверхностные воды.
Загрязненные почвенно-грунтовые и подземные воды при вы-
ходе на поверхность создают вторичные “оторванные” ореолы заг-
рязнения (Гольдберг и др., 1985), что повсеместно наблюдается на
территориях промыслов.
Передвижение техногенных углеводородов к краевым частям
первичного ореола загрязнения происходит и при сбросе в ландшаф-
ты других групп загрязнителей, в частности, буровых растворов или
сточных вод.
Вторичное латеральное перемещение углеводородов в слож-
ном почвенном пространстве определяет возникновение нескольких
вариантов эпигенетической зональности ТГ ореолов. При идентич-
ных почвенно-геохимических условиях по всей площади загрязнения,
не меняющемся или слабо меняющемся составе субстратов, близ-
кой нефтеемкости почв непрерывное перемещение БВ в их нижние
горизонты и в почвы краевых частей ТГ ореолов может приводить к
возникновению “обращенных” ореолов, где максимальные содержа-
( ния нефтяных компонентов оказываются приуроченными к их пери-
ферии (см. рис. 3.6,3.7). Аналогичные, но еще более контрастные “об-
ращенные” ореолы формируются и при сбросе БВ из существенно
, минеральных почв в сопряженные с ними по рельефу торфяные по-
чвы (рис. 3.9). Возможны случаи формирования нескольких макси-
мумов концентрации БВ: а) сохранение загрязненного ядра ореола и
вторичное накопление БВ в средних или краевых зонах (рис. 3.10); б)
Рис.3.9. Распределение неф-
тепродуктов в почвах, заг-
рязненных неочищенными
сточными водами (лесотун-
дра Зап. Сибири).
Битуминозные вещества
г/кг почвы: 1 — более 20;
2 — 20-15; 3 — 15-10;
4— 10-5; 5— 5-1; б —
меньше 1; 7 — физико-хи-
1 ю 2 ИЗ 3 EZ2 4 ПТП 5 CZ3 6 ЕЙ 7 £3 мическнй(глеевый) барьер
84
Рис.3.10, Распределение нефтепродуктов в почвах южных тундр (3 года после заг-
рязнения мазутом).
Битуминозные вещества (г/кг поочвы): 1 —больше 200; 2 — 200-150;3 —150-100;
4 —100-50; 5 -50-10; б —10-5; 7 -5-1; 8 —1-0,5; 9 — меньше 0,5; 10 — граница
мерзлоты; 11 — место поступления загрязнителей; 12 — номер разреза
образование или усиление “нерегулярных” максимумов накопления
загрязнителей на геохимических барьерах (табл.3.11).
Коэффициент аномальности (Ка) накопления нефти в отдель-
ных горизонтах почв барьерных частей ореолов загрязнения заметно
увеличивается, в рассмотренном случае от 343 (1982 г.) до 652 (1985 г.)
при уменьшении соответствующих коэффициентов в ядре ореола от
342Д0 141.
С течением времени меняются не только количественные ха-
рактеристики содержаний БВ в разных частях ореолов загрязнения,
но формируется и вторичная зональность их фракционного состава.
Так, концентрации битумоидов гексановых фракций (ГБ) уменьша-
ются по всей площади ореола, количество же БВ, растворяющихся в
хлороформе (ХБ) за тот же срок, убывает менее активно, а в опреде-
ленных условиях даже и увеличивается (в частности, на геохимичес-
ких барьерах). Например, содержания ХБ в почвах барьерной части
ореола за три года (табл.- 3.11) увеличились в 3-5 раз по всему по-
чвенному профилю, в то время как в почвах ядра ореола эти соотно-
шения, как правило, ниже. Неодинаковая скорость миграции в почвах
разных групп БВ и различия их геохимической судьбы видны по из-
менениям отношений ГБ/ХБ в разных частях ореола загрязнения.
Гексановые битумоиды довольно быстро “отгоняются” из почв ядра
85
ореола в его краевые зоны, что подчеркивается расширением отно-
шений ГБ/ХБ. Постепенно остаточные содержания гексановых би-
тумоидов в любой части ТГ ореола становятся ниже, чем концентра-
ции хлороформных битумоидов, которые к этому этапу в значитель-
ной степени представлены продуктами взаимодействия нефтяных
углеводородов с почвенным органическим веществом и метаболи-
тами химической и микробиологической деструкции нефти.
Размеры ореолов загрязнения, контрастность накопления заг-
рязняющих веществ в отдельных* его частях и их геохимическая
структура при одинаковой мощности ТГ выброса отличаются в раз-
ных природных условиях. Наиболее контрастны ореолы загрязнения
в северных регионах России, где сосредоточена значительная часть
нефтепромыслов. Для почв этих ландшафтов характерны очень ем-
кие органогенные горизонты, среди которых особенно велика роль
собственно торфяных субстратов. Свойства торфа определяют жес-
ткий захват загрязнителей и их устойчивое накопление в органоген-
ном материале. Но, несмотря на значительную нефтеемкость тор-
фов, и они не являются абсолютным экраном для движения техно-
генных потоков нефти (ни вниз по профилю, ни по уклонам местнос-
ти). Значительная влагоемкость и постоянное обводнение торфов не
только снижают их реальную нефтеемкость, но определяют интен-
сивную миграцию загрязнителей внутри торфяных массивов, что при-
водит к несовпадению контуров поверхностного и внутрипочвенного
загрязнения (см. рис. 3.8). Горизонтальное растекание загрязнителей
осуществляется и при встрече нефтяного потока с грунтами различ-
ной проницаемости, что показано экспериментально (рис. 3.11 Л) и
существует в реальных условиях. При этом внутрипочвенное загряз-
нение может быть более контрастным, чем поверхностное. Активи-
зация латерального стока и расширение площади ореолов загрязне-
ния происходит и в однородных грунтах при достижении поллютанта-
ми почвенно-грунтовых вод, интенсивно “растягивающих” инфильт-
рационное тело (рис. 11Д, В).
В этих же природных условиях в преимущественно минераль-
ных почвах легкого состава отмечается высокая и вертикальная и
горизонтальная подвижность естественных и техногенных органичес-
ких соединений, что может приводить к полному “заполнению” по-
чвенных тел и вторичному высаливанию нефтяных компонентов в
“боковые” почвы. В хуже дренированных суглинистых почвах, осо-
бенно глеевых и тиксотропных, преобладает боковой внутрипочвен-
ный сток загрязнителя, так как эти горизонты слабо проницаемы (а
на первых этапах загрязнения вообще не проницаемы) для нефти и
представляют собой барьер—’’экран”, не пропускающий загрязни-
тель. В результате происходит миграция поллютантов над геохими-
87
Распространение мазута: А •— через двухслойную зону аэрации, сложенную песка-
ми различного гранулометрического состава (по Липпоку, 1966); Б — в слое хорошо
проницаемых песков (по Липпоку, 1966); В — вторфяно-перегнойно-гпееватых по-
чвах в капиллярной кайме над уровнем почвенно-грунтовых вод (по Солнцевой и
др., 1996)
ческим барьером в соответствии с рельефом поверхности и релье-
фом внутрипочвенных горизонтов стока (см. рис.3.9).
При неблагоприятных почвенно-геохимических условиях, в ча-
стности, при наличии глеево-восстановительных обстановок, биту-
минозные компоненты в почвах и грунтах сохраняются очень долго.
Так, в глеевых и глееватых буро-подзолистых почвах широколиствен-
ных лесов Предкарпатья в непосредственной близости (5-10 м) от
старых (пустых) амбаров и запаханных сливных канав, не использу-
ющихся несколько десятилетий, в почвах все еще фиксируются по-
вышенные концентрации БВ (табл. 3.12).
88
Таблица 3.12
Остаточные концентрации БВ в глеевых буроземно-подзолистых
почвах широколиственных лесов Предкарпатья
Местоположение точки наблюдения Глубина, СМ Битуминозные вещества, г/кг
гексановые бигумовды хлороформные битумоиды сумма бигумондов
Около старого нефтя- 0-8 0,1 0,2 0,3
8-26 L5 2,9 4,4
него амбара (пустого) 26-36 1,5 . — . 4,9
Остаточные концентрации БВ в лучше аэрированных дерново-
подзолистых почвах южной тайги Пермского Прикамья ниже, но и
здесь через 25 лет остаточные содержания БВ превышают фоновый
уровень в 4-20 раз и более. Уменьшение содержаний битуминозных
веществ наиболее замедлено в иллювиальных горизонтах (рис.3.12).
Рис. 3.12. Динамика содержаний битуминоз-
ных веществ в дерново-подзолистых почвах
(южная тайга Пермского Прикамья).
1 — через год после загрязнения; 2 — через
10 лет; 3 — через 25 лег
Таким образом, со-
держание техногенных угле-
водородов в почвах, их рас-
пределение по профилю и во
всем объеме загрязненно-
го почвенного простран-
ства обусловлено: а) осо-
бенностями веществ-заг-
рязнителей, б)физико-хими-
ческими свойствами вме-
щающих почв (главным об-
' разом их сорбционной ем-
костью и эффективной по-
ристостью), в) структурой
почвенно-геохимических
барьеров, г) временем с
момента Загрязнения.
При многократных или непрерывных утечках загрязнителей
структура формирующихся ореолов загрязнения усложняется.’ Так,
при аварийном разливе нефтесодержащих сточных вод миграция БВ
осуществляется в слое воды, при впитывании которой в подстилаю-
щие субстраты основная масса БВ из-за высоких концентраций в них
вязких смолистых компонентов оседает на поверхности почв, созда-
вая специфическую битуминозную корку (слой) разной мощности, и
только наиболее растворимые фракции и часть водо-нефтяньк эмуль-
сий просачиваются в глубь почв. Вторичное пространственное
перераспределение БВ вследствие их вязкости затруднено, либо во-
обще не происходит. Но при наличии в сточных водах более легких ,
89
1 им
12
13
7ПГГП
Рис.3.13. Структура оре-
Е ола загрязнения, сформи-
ровавшегося в иллювиаль-
но-гумусовых подзолах
после многократных сбро-
сов сточных вод с нефте-
продуктами (северная тай-
га Зап. Сибири).
А — верхняя часть профи-
ля почв (0-10 см);Б—сред-
няя часть профиля почв
(40-60 см). Битуминозные
вещества (г/кг почвы): 1 —
более 400; 2 — 350-400;
3 -300-350; 4 —250-300;
5 -200-250; б-150-200;
7—100-150; 8 — 50-100;
9 —10-50; 10—менее 10;
11 —место аварийного выб-
роса; 12—линииповерхно-
стного стока; 13 —граница
ореола загрязнения
углеводородов возможны и
“классические” варианты вто-
ричного перераспределения БВ:
освобождение ядра ореола и
сдвиг углеводородов вниз по ук-
лону поверхности и в нижние горизонты почв (рис. 3.13), хотя и в этом
случае максимальные накопления БВ приурочены к верхней части
профиля почв (рис. 3.13, А). у
С течением времени нефть и нефтепродукты, концентрирую-
щиеся на поверхности почв, могут вызывать “спекание” почвенной
массы верхних горизонтов, что приводит к образованию прочно сце-
ментированных кусочков (в том числе торфа), между которыми воз-
никают зоны повышенной фильтрации жидкости. Подобные измене-
ния морфологических свойств почв способствуют усилению как ради-
ального внутрипочвенного сброса загрязнителя, так и его миграции в
почвы, находящиеся гипсометрически ниже. Барьерная роль таких го-
ризонтов становится практически равной нулю (Гольдберг, 1984).
Формирование вторичной структуры ореола загрязнения —про-
цесс длительный. По экспериментальным данным (Bartz et al, 1969),
формирование полного объема загрязненного (инфильтрационного)
90
почвенно-грунтового тела (после однократного сброса загрязните-
лей — нефти и мазута) продолжается более года (рис. 3.14). В тече-
ние этого времени происходит расширение площади наложенного оре-
ола загрязнения. Одновременно в связи с фракционированием заг-
рязнителя, его деструкцией и влиянием дождевых вод вокруг основ-
ного инфильтрационного тела образуется “ароматизированная” зона,
объем которой через два года может быть в четыре раза больше
Рис.3.14. Варианты инфильтрационных тел (по Bartz etal, 1980).
А— результаты эксперимента с заливкой нефти; Б — результаты эксперимента с
заливкой мазута; 1 — содержание нефтепродуктов в весовых процентах; 2 — грани-
ца первичного инфильтрационного тела; 3 — граница зоны, имеющей силышй аро-
матический запах; 4 — граница зоны, имеющей слабый ароматический запах; б —
место заливок
Эмпирические наблюдения за содержанием БВ в почвах с раз-
ными сроками загрязнения и прямые динамические наблюдения на
одних и тех же объектах через определенное количество лет свиде-
тельствуют, что метаморфизация и деструкция нефтяных углеводо-
родов после их включения в почвенные системы происходит непре-
рывно и осуществляется вплоть до полного разрушения загрязните-
ля. Процесс этот достаточно длительный. Его скорость — функция
биоклиматических факторов и почвенно-геохимических процессов.
В случаях попадания нефти и нефтепродуктов непосредствен-
но в почвенно-грунтовые воды загрязнители переносятся на значи-
тельные расстояния. При этом существуют разнообразные формы и
механизмы их миграции.
1. Они могут двигаться против потока и против действия силы
тяжести, что определяется силами на границе раздела фаз (Лукьян-
чиков, 1990) и сорбционно-капиллярными силами. Экспериментально
91
Рис.3.15. Распространение мазута в чис-
тые субстраты со свободной поверхности
воды (Липпок, 1966).
показано, что загрязнитель может поступать со свободной поверх-
ности воды в чистые субстраты (рис. 3.15). Эмпирические данные
также свидетельствуют об активности отвеченного выше эффекта
“всасывания” БВ в “боковые” почвы (см. рис. 3.8).
2. Главное направление
миграции техногенных БВ —
движение в капиллярной кайме
над зеркалом грунтовых вод.
Мощность такого потока нефте-
продуктов (высота над уровнем
грунтовых вод) может состав-
лять десятки см. В шурфах,
вскрывающих подобные потоки,
практически нет воды, только
жидкие углеводороды, что нео-
днократно обнаруживалось в почвах при полевых исследованиях. По-
добное явление отмечается в почвах любых природных зон. По дан-
ным Н.М.Махкашова (1990), в Фергане на площади 1 млн м2 обнару-
жен на поверхности подземных вод слой нефтепродуктов мощнос-
тью 1,5-2,0 м.
Время от момента первичного сброса техногенного потока
(момента аварии) до выхода вторичного потока на поверхность или
его обнаружения в краевых частях ореола может быть значитель-
ным, при этом зоны конечной аккумуляции загрязнителя часто ока-
зываются не только “оторванными” от источника его первоначаль-
ного выброса, но могут “открываться” в местные водоемы и водото-
ки, часто достаточно далеко от места аварии.
Как было показано ранее, при попадании углеводородов в во-
доемы с низкой температурой, что характерно для северных рек и
холодных сезонов в других ландшафтных условиях, процессы испа-
рения нефти с поверхности и процессы ее деструкции ослаблены. Для
окисления 1 л нефти требуется кислород из 400 м3 воды (Клименко,
1987). Нефть по водным путям распространяется на значительные
расстояния, постепенно оседает на дно, заражая донные осадки, что
усиливает общее загрязнение территории нефтепромысла и сопре-
дельных с ними ландшафтов.
Перевод поверхностных техногенных потоков во внутрипочвен-
ный сток приводит к тому, что нередко в пределах промысла наблю-
дается загрязнение самых нижних горизонтов почвенного профиля и
подпочвенных горизонтов вне видимой связи с какими-либо техни-
ческими объектами. Это явление чаще всего связано с сорбцией ве-
щества из загрязненных грунтовых вод.
92
Таким образом, активная вторичная перестройка структуры
техногенных ореолов приводит к тому, что реальное распределение
битуминозных компонентов значительно шире, чем морфологически
видимые границы первичного контура загрязнения. Объем трансфор-
мированного почвенного пространства постоянно увеличивается, и
одновременно усложняется зональность ореолов загрязнения (даже
в случае однократного поступления ТГ потоков).
Обобщенная модель поведения битуминозных веществ после
их попадания в ландшафты (при поверхностном разливе пластовых
жидкостей) показана на рис. 3.16. Почвы обеспечивают простран-
ственную дифференциацию многокомпонентных смесей. “Подвиж-
ность” ореолов загрязнения (вторичное расширение их площади и
перестройка геохимической структуры) —универсальная закономер-
ность поведения поллютантов в-трансформированных ландшафтах,
имеющая место в любых природных зонах.
3.1.5. Закономерности распределения 3,4 бензпирена
в почвах разных природных зон.
Модели формирования ореолов загрязнения
Как было показано выше, 3,4 бензпирен (БП) относится к наи-
более опасным токсикантам. Повышение его содержаний в окружа-
ющей среде влечет за собой тяжелые экологические и гигиеничес-
кие следствия. Существуют природные и техногенные источники
поступления БП. Природные источники — потоки углеводородов от
нефтяных и газовых залежей (Флоровская и др.,1957,1968), а также
углеводороды, мигрирующие по тектоническим нарушениям (Пиков-
ский и др., 1993). На неразбуренных площадях в рыхлых отложениях
обнаружены 3,4 бензпирен, коронен, .1,12 бензперилен (Пиковский и
др.,1975) — достаточно широкий спектр ПАУ. Техногенные источ-
ники — технические объекты и процессы, определяющие возмож-
ный выброс углеводородов в окружающую среду (факелы, компрес-
сорные станции, скважины и др.). На территории нефтепромыслов
формируется поле повышенных содержаний ПАУ (включая и 3,4 бен-
зпирен), в пределах которого выделяются локальные участки кон-
трастных ТГ аномалий, которые, как правило, шире, чем аномалии
собственно нефтяных БВ.
В загрязненных почвах, кроме БП, идентифицируется также
большая гамма ароматических углеводородов — тетрафен, фенан-
трен, 1,12 бензперилен и др. Так как БП в техногенных потоках обычно
составляет от 1 до 20% общего количества ПАУ (Алексеева, Теп-
лицкая, 1982), то загрязнение природных систем ПАУ, индицируемое
по накоплению 3,4 бензпирена, на самом деле значительно более кон-
трастно. Более того, “чистые” по 3,4 бензпирену территории могут
93
ЗОНА ПЕРВИЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
содержать высокие концентрации других ПАУ (в том числе токсич-
ных, табл. 3.13). Следует заметить, что ароматические вещества,
возникающие при пиролизе нефти, как правило, еще более устойчи-
вы, чем органические вещества, из которых они возникают (Алексе-
ева,Теплицкая, 1981) и еще более токсичны. В частности, 3,4 бензпи-
рен относится к токсикантам 1 класса опасности (см. табл. 2,6).
Таблица 3.13
Содержание ароматических углеводородов в загрязнённых нефтью почвах,
нг/г (южная тундра ЕТР)
ПАУ Почвы (номер разреза)
тундровые торфяно-пере- гнойно-глеевые (722) Тундровые торфя- но-глеевые (544)
Гомологи фенантрена 200,0 80,0
Пирен 6,0 6,0
Н-метилпирен 6,0 6,0
Этилпирен 70,0 30,0
Деметилпирен 50,0 30,0
Содержания БП в загрязненных и фоновых почвах нефтепромыс-
лов в разных природных зонах приведены в табл. 3.14,3.15.
Таблица 3.14
Варьирование содержаний 3,4 бензпирена в незагрязненных почвах разных
нефтедобывающих районов России
Природные условия Название почвы (разрез) Индекс горизонта Глубина, см 3,4'бен- зпирен, нг/г Превышение пдк
Типичная Тундровые тор- Т1 0-3 0,5 0,03
тундра фянисго-глеевые Т2 3-10 0,5 0,03
ЕТР (В-724) G 11 необн, —“
АТ 0-10 0,2 0,01
Южная Тундрово-гле- GH 10-25 0,2 0,01
тундра евые (А-705) G1 25-42 0,2 0,01
сП* G2 42-67 0,2 0,01
Т1 0-12 1,0 0,05
Лесотундра Зап Сибири ТУндровые Т2 12-18 1,0 0,05
торфяно-гл е- ТЗ 18-30 1,0 0,05
евые (ЧП-62) G 30-39 1,0 0,05
BG >45 1,0 0,05
Торфянисто- Т1 3-10 0,5 0,03
Северная тайга подзолисто- глеевые (Гр.-2) В 46-57 0,5 0,03
Зап.Сибири Торфяные и торфяно-гле- евые (Гр.-5) Т1 10-20 0,67 0,04
95
В почвах фоновых ландшафтов содержание БП невысокое (0,2-
3,7 нг/г), однако, даже такие концентрации свидетельствуют о выражен-
ной тенденции общего регионального загрязнения ПАУ. Контрастность
полей распределения 3,4 БП в разных добывающих регионах мало отли-
чается, что зависит главным образом от технологии производства и со-
става нефти.
Таблица 3.15
Варьирование содержаний 3,4 бензпирена в загрязненных почвах разных
нефтедобывающих районов России
Природные Условия Загряз- нитель Почва, время после загряз- нения (разрез) Индекс гори- зонта Глубина, см 3,4 бенз- пирен нг/г Превыше- ние ПДК
Типичная Тундра ЕТР Сырая нефть Торфяно-перегнойно- глеевые. Через гад по- сле загрязнения (В-544) Т1 0-5 и 0,07
Южная Тундра ЕТР После выжи- гания нефти Торфяники. Через месяц после загрязнения (А-208) Т1 0-10 191,7 952
Лесотундра Зап. Сибири Сырая нефть Тундрово-глеевые. Через год после загряз- нения (47) АО А1 G1 59 9-16 16-27 45,0 81,0 <1.0 23 4,1 /<0,05
Северная тайга Зап. Сибири Сырая нефть Торфяно-подзолисто- глеевые. Через гад по- сле загрязнения (93-20) Т1 ТЗ A2G 624 2442 4265 393,0 29,0 52 19,65 1,15 026
Южная тайга, Пермского . Прикамья Сырая нефть Дерново-подзолистые.' Через полгала после загрязнения (ОВ-106) АО АЦА2) А2 В1 В2 ВЗ ВС 06 615 15-28 49-83 83-101 101-120 120-145 1812,9 19238 28822 812,8 44,4 60 125 90,63 9639 144,11 40,64 222 030 0,63
Широко- лиственные леса Предкар- патъя Сырая нефть Буроземно-подзолисто- глеевые. Через несколь- ко десятилетий (Др,48) АО А2 A2Bg ВСд 06 22-39 39-59 110-120 32,0 0,14 0,14 053 1Д> 0,01 0,01 0,03
Дерново-глеевые. Несколько десятилетий (Др.38) АО А1 МО 10-26 2450,0 1701,0 12250 85,05
Сравнение концентраций поллютантов в импаюных зонах (от раз-
ных источников воздействия) с природным фоном и ПДК* показывает,
что содержание 3,4 бензпирена во всех случаях существенно превыша-
ет исходный фоновый уровень. В почвах наиболее загрязненных терри-
торий его концентрации превышают ПДК в 2-100 и более раз (табл. 3.15).
Высокие содержания ПАУ в почвах импаюных зон усиливают
неблагоприятную экологическую обстановку на территории промыслов.
’ По принятому в России стандарту, ПДК 3,4 бензпирена в почвах соответствует
концентрации 20 нг/г.
96
Сравнение радиального и латерального распределения БП и
нефти в почвах территорий различных нефтепромыслов свидетель-
ствует о сходстве закономерностей формирования соответствующих
ореолов загрязнения. Анализ распределения 3,4 бензпирена в верти-
кальном профиле загрязненных почв показывает, что данный загряз-
нитель может “садиться” на тех же сорбционно-органогенных и сор-
бционно-минеральных ГХБ, что и нефть. Происходит одновременное
накопление этого токсиканта и нефти. Однако наиболее часто макси-
мумы концентраций нефти и 3,4 бензпирена не совпадают. Емкость
сорбционных барьеров относительно 3,4 бензпирена в разных почвах
(при одном типе исходных загрязнителей и одинаковом времени с
момента их поступления в почвы) варьирует и зависит от принимаю-
щих свойств барьера. В частности, для торфяных горизонтов этот
показатель зависит от состава торфоформирующих растений и сте-
пени их разложенности. Также близки и типы латерального распре-
деления нефти иБП (табл. 3.16). Отмечается и временной сдвиг мак-
симумов концентраций БП от ядра ореола в его краевые зоны — но
более “быстрый”, чем сдвиг содержаний БВ.
ТаблицаЗ.16
Латеральное распределение нефти и 3,4 бензпирена в торфяных (Т2)
горизонтах почв ореола загрязнения (северная тайга Зап. Снбяри, один год
после загрязнения)
Номер точки наблюдения 93-13 93-3а 93-2а 93-1 (граница первичного ореола загрязнения)
Расстояние до источника загрязнения, м 20,0 150,0 180,0 370,0
Содержание БВ, г/кг почвы 424,0 504,0 289,6 36,0
Содержание 3,4 бензпире- на. нг/г почвы 72,0 242,0 . 290,0 16,0
Высокие концентрации БП выявлены в почвах, загрязненных
нефтью (до 100 ПДК и более). Стабильно высокие концентрации ПАУ
и 3,4 бензпирена в том числе характерны для почв, в которых прово-
дилось выжигание нефти. В этих случаях уровни концентрации 3,4
БП могут превышать ПДК в 6-7 раз и более при одновременном
сохранении собственно нефти во всем почвенном профиле (табл. 3.17).
Очень высоки содержания ПАУ и 3,4 бензпирена вблизи факе-
лов и площадок горизонтального выжигания углеводородного сырья
(табл. 3.18).
В этих случаях морфологически видимые ореолы загрязнения
невелики, но площади загрязнения, обусловленные аэровоздушным
переносом поллютантов, как было показано ранее, значительны. Кон-
7-1119
97
центрация 3.4 бензпирена убываетпо экспоненте с увеличением рас-
стояния от границы промышленной зоны (Шилина, Журавлева, 1980).
Таблица 3.17
Содержание 3,4 бензпирена в почвах после выжигания нефти
Исходная почва (разрез) Индекс горизонта Глуби- на, см Остаточная нефть, г/кг почвы 3,4 БП, нг/г почвы Превышение пдк 3,4 БП (раз) Превышение регионального фона 3,4 БП
Подзол Спекшаяся 0-3 73,8 150,0 7,5 3750,0
иллювиально- корка 3-7 46,8 26,0 1,3 600,0
железистый (СВ-106) ABhf BChf 90-140 37,5 129 0,6 300,0
Таблица 3.18
Содержание 3,4 бензпирена в почвах н грунтах вблизи факелов и площадок
горизонтального выжигания углеводородов (Зап. Сибирь)
Тип почвы (номер точки наблюдения) Объект Глубина, см 3,4 БП, нг/г Превышение ПДК
Подзол иллювиально- железистый ... (УК-170) площадка горизонталь- ного выжигания (микро- понижение) 0-5 74,,1 3,7
Сухоторфянистая слабооподзоленная (УК-171) площадка горизонталь- ного выжигания, ровная поверхность, 50 м 0-5 494,1 24,7
Полученные данные говорят о значительной миграционной ак-
тивности БП. Относительно высокая растворимость 3,4 бензпирена
в воде по разным данным (включая экспериментальные) колеблет-
ся от 0,11-0,009 до 4,0 мкг/л (Краснощекова и др.,1977). Высокая
подвижность 3,4 бензпирена определяет опасность загрязнения при-
родных вод не только в пределах собственно импактных зон, но и за
их пределами.
Ореолы загрязнения 3,4 бензпиреном имеют сложное строение
и неодинаковую контрастность, что определяется как особенностя-
ми ТГ воздействий, так и особенностями вмещающих ТГ потоки лан-
дшафтов. В природных условиях наиболее обширные и контрастные
ореолы загрязнения ПАУ приурочены к транзитно-аккумулятивным
и супераквальным позициям. Развитые в этих условиях почвы с ин-
тенсивным восстановительным режимом характеризуются крайне
слабой активностью самоочищения и достаточно “жестко” захваты-
вают органические поллютанты.
Высокие содержания 3,4 бензпирена, коррелирующие с содер-
жанием нефтепродуктов, обнаружены так же в донных отложениях,
особенно в руслах “техногенных ручьев” (табл. 3.19).
Как показали исследования, на территории промыслов имеет
место высокая контрастность накопления БП в вертикальном профи-
98
Таблица 3.19
Содержание 3,4 бензпирена и нефтепродуктов в донных отложениях
техногенного ручья (северная тайга Зап. Снбнри)
Точки наблюдения Нефтепродукты, г/кг 3,4 бензпирен, нг/г Превышение ПДК
СВ-109 27,0 4,3 ОД
СВ-110 300,0 120,0 6,0
СВ-112 51,0 31,0 1,5
ле почв и в почвах на разных расстояниях от источника воздействия.
Некоторое снижение концентраций БП в верхних горизонтах профиля
может свидетельствовать не только о миграции в глубь почв, но и
его частичной фотохимической и биохимической деструкции в по-
верхностных горизонтах, хотя эти процессы и протекают относитель-
но медленно. Наиболее эффективно процессы разрушения ПАУ
происходят в кислых почвах (pH < 4,5) и при доступе молекулярного
кислорода, т.е. в непереувлажненных почвах. Соответственно наи-
более низкой и заторможенной активностью самоочищения от тех-
ногенных ПАУ характеризуются загрязненные почвы Севера Рос-
сии вследствие их плохой аэрации, высокой сорбционной емкости, по-
ниженной биологической активности, недостаточной энергетической
обеспеченности.
Таким образом, в ландшафтах нефтедобывающих районов про-
исходит интенсивное загрязнение битуминозными компонентами
(включая ПАУ) почв, грунтов, поверхностных и подземных вод, дон-
ных отложений. Формируются обширные и достаточно контрастные
ореолы загрязнения, что сопровождается гибелью напочвенного ра-
стительного покрова и разрушением почвенных экосистем.
Ореолы битуминозных веществ характеризуются контрастным
распределением поллютантов в объеме загрязненного почвенного
пространства и значительной изменчивостью концентраций по пло-
щади ореола во времени.
В общем случае, при поступлении БВ с поверхности происходит:
а) расслоение сложных смесей загрязнителей на пути их миг-
рации, что приводит к возникновению первичной зональности ТГ оре-
олов (максимум БВ в верхних горизонтах ореола, минимум —- в по-
чвах краевых зон);
б) постгехногенная перестройка структуры первичного ореола, со-
провождающаяся выходом поллютантов в незагрязненные почвы.
Закономерности радиального распределения-перераспределе-
ния максиальных концентраций БВ обусловлены структурой внутри-
почвенных геохимических барьеров и их свойствами (как барьеров-
аккумуляторов, так и барьеров-экранов). Латеральные закономерно-
сти — структурой почвенного покрова и контрастностью нефтеемко-
сти-нефтепроницаемости сопряженных по рельефу почв.
99
3.2 . Техногенный галогенез: формы проявлений,
процессы, механизмы, модели
Один из наиболее характерных геохимических процессов пре-
образования природных систем, возникающий в районах добычи не-
фти и нефтегазоконденсатов — засоление почв, грунтов, поверхнос-
тных, внутрипочвенных и подземных вод—техногенный галогенез.
Данные о засолении почв в районах добычи нефти, в том числе
и лесных, приводятся в работах К.Н. Дьяконова и др. (1976);
Л.В. Етеревской, Л.Д. Яранцевой (1976); Л.Б. Неганова и др. (1978);
М.З. Гайнутдинова(1979);У.Г. Сатгароваидр. (1980,1982);М.З. Гай-
нутдинова и др. (1979,1982,1985,1986); Н.П. Солнцевой (1981,1982,
1983,1988,1996); Н.П. Солнцевой, А.П. Садова (1996); М.Ю. Гилязова
(1980,1991); Т.П. Славкиной и др. (1984,1989); А.Д. Назарова (1985);
М.И. Кахаткиной и др. (1985,1986); В.А. Брылева, В.А. Харламова
(1986); ИЛ. Клименко (1987); УМ. Байкова, М.А. Галиева (1987);
О.Я. Демидиенко, В.М. Демурджан (1988); J. Libus, М. Martynek
(1988); Van Sickle, G.G. Groat (1990); Б.М. Азмуханова и др. (1994);
А.В. Соромотина (1996); И.М. Гиббасова и др. (1997).
Пусковые механизмы ТГ галогенеза — высокоминерализован-
ные ТГ потоки, в составе которых значительную роль играют водо-
растворимые хлориды, в меньшей степени—сульфаты и карбонаты
(см. табл. 2.7). Источники солей — сырая нефть (пластовые жидко-
сти), сточные промысловые воды, содержимое амбаров, промывоч-
ные жидкости и другие геохимически активные вещества, применя-
емые для извлечения и обессоливания нефти.
Масштаб и интенсивность воздействия минерализованных вод
на почвы часто более значительны, чем воздействия собственно не-
фти (ее битуминозных компонентов) и нефтепродуктов. Высокие кон-
центрации водорастворимых солей, поступающих в почвы с ТГ пото-
ками делает проблему техногенного галогенеза актуальной для лю- •
бых природных условий, включая гумцдные ландшафты. При этом,
если для зоны недостаточного увлажнения (степи, пустыни) естествен-
но засоленные почвы могут служить природными моделями для про-
гноза геохимических изменений зональных почв на территориях неф-
тепромыслов, то для районов избыточного увлажнения поведение в
ландшафтах солей и влияние высокоминерализованных вод на почвы
изучено очень слабо.
В то же время крупные месторождения нефти в России, а сле-
довательно, существующие и планируемые нефтепромыслы приуро-
чены в основном к гумидным районам, поэтому проблема техноген-
ного галогенеза достаточно остра для всей территории страны.
100
3.2.1. Закономерности трансформации солевого состава почв
разных природных зон
Аварии на нефтепромыслах приводят к заметному засолению
почв при любых даже относительно невысоких концентрациях солей
в пластовых жидкостях и соответственно в сточных водах (табл. 3.20).
Предельным выражением процессов засоления служит формирова-
Таблица 3.20
Содержание водорастворимых солей в пластовых и сточных водах разных
нефтедобывающих районов России и варьирование содержаний солей в
загрязнённых почвах нефтепромыслов
Природ- ные усло- вия Содержание со- лей в водах про- мыслов Почва (разрез). Время после загрязнения Загрязни- тель Индекс горизон- та Глубина, см % солей
пласто- вых сточных
Типичная тундра ЕТР 124,0 Нет д анных Торфяник (950). Один год Сырая нефть Т1 Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб 0-7 7-20 20-34 34-42 42-50 50-63 0,32 0,30 0,49 4,24 0,59 0,43
। Лесотундра Зап. Сибири 1 . 19,0-20,0 1,665-1,212 Тундровые торфяно- глеевые (М5-4). Один год Сточные воды с нефтепро- дуктами Т1 G1 G2 Cg 1-23 23-35 35-45 45-74 0,49 0,04 0,03 0,03
тая тайга Сибири О о* S 4-5,680 Подзолы ил- лювиально- железистые (29-10). Один год Сырая нефть А2В BFe(g) BCg Cg 0-15 15-63 63-89 89-140 0,10 1,00 0,60 0,10
| Север! Зап. < i о< Торфяники ни- зинные (К-6-1) Месяц после загрязнения Сырая нефть Оч Т1 Т2 ТЗ 0-10 10-25 25-40 40-50 2,01 1,33 0,54 0,42
а Пермского амья гп 68,28-84,99 Дерново-под- золистые (по трем разрезам). Один год Сырая нефть 1 АО А1 А2 А2В В1 В2 0-8 8-15 15-35 35-48 48-60 60-110 1.2-2.2 0,42-0,81 0,34-0,78 0,31-0,68 0,27-0,82 0,30-0,85
Южная тайг Прик о Дерново-под- золистые (по 10 разрезам). Две недели Сточные воды АО А1 А2 А2В В1 В2 0-10 10-15 15-32 32-60 60-75 75-110 0,79-5,64 0,82-1,12 '0,34-1,28 0,34-0,84 0,12-0,66 0,44-0,57
101
ние техногенных солончаков (более 1% солей в верхних горизонтах)
и солончаковатых разностей почв (более 1% солей в нижних горизон-
тах при несколько меньшем засолении верхних горизонтов) (рис. 3.17).
Относительно невысокие концентрации солей в пластовых жидкостях
и стоках, характерные для промыслов Зап. Сибири, определяют и
более низкий общий уровень солевого давления на почвы этих терри-
торий. Однако и в таких случаях происходит увеличение содержаний
водорастворимых солей относительно фона в среднем на один—два
порядка. На участках максимальных солевых нагрузок — при мно-
гократных выбросах загрязнителей или при затрудненности и невоз-
Типичные тундры ЕТР, профильные почвы через год
после загрязнения (В-950)
Южные тундры ЕТР, торфяные почвы через
месяц после загрязнения (Х-615)
Южная тайга Пермского Прикамья, дерново-
подзолистые почвы через месяц после
Южная тайга Пермского Прикамья*
дерново-подзолистые почвы через год Северная тайга Зап. Сибири, торфяные почвы через
после загрязнения (8209) полгода после загрязнения (27-1)
Южная тайга Пермского Прикамья, дерново-
подзолистые почвы Через 2 недели после
загрязнения (123012) '
Рис.3.17. Варианты распределения водорастворимых солей в профиле почв,
загрязненных в процессе добычи нефти.
Основные ионы (мг-эквЛ00 г почвы): 1 — SO41*; 2 — НСО3~; 3 — СГ; 4 — Mg1*;
5 _ Са1*; б — FeJ*+Fe2*; 7 — Na*+K*; 8 — Al3*
102
можности их естественного оттока из ландшафтов — ив этих регио-
нах возникают сильно и очень сильно засоленные модификации почв,
вплоть до формирования техногенных солончаков (табл. 3.20, разр. 29-
10 и МО-12). Подобные ТГ образования формируются как в исходно
автоморфных почвах с дифференцированным профилем, так и в по-
чвах гидроморфного ряда вплоть до болотных.
Для всех природных условий одной из наиболее характерных
особенностей ТГ галогенеза является большая изменчивость форм
и уровней засоления. Достатоно яркие различия в типах солевых про-
филей имеют место в почвах разных участков нефтепромыслов час-
то на очень близких расстояниях—даже в пределах единого ореола
загрязнения (рис. 3.18-3.21). Это зависит от ряда причин. Во-первых,
состав и содержание солей в вертикальном профиле загрязненных
почв обусловлены составом и объемами сбрасываемых в природ-
ные системы ТГ потоков. Во-вторых, количество солей, поступаю-
щих в почвы с сырой нефтью, определяется обводненностью про-
дуктивного пласта, что находится в прямой связи с длительностью
эксплуатации месторождений. Соответственно меняется и характер
сточных вод. Поэтому общее количество солей, которое может по-
ступать в почвы, и их индивидуальный состав изменчивы во времени
даже в пределах одного промысла. В-третьих, при наложении несколь-
ких, часто разных по свойствам потоков загрязнителей на почвы од-
ной и той же территории, происходит как усложнение солевых профи-
лей, так и увеличение солевых концентраций. В-четвертых, очень
. велика роль первичных свойств почв и ланд шафтов, принимающих
। техногенные потоки. Существенную роль играет исходный состав
почвенных растворов и миграционная структура ландшафтов. Боль-
шое значение имеет интенсивность миграционного обмена ландшаф-
та с окружающими природными комплексами. Наихудшие ситуации
отмечаются в случаях,.если происходит перегораживание (например,
линейными сооружениями) стока загрязненных вод из ландшафтов с
плохим естественным дренажом. Например, в почвах Зап. Сибири в
подобных случаях обнаружены концентрации водорастворимых со-
лей, достигающие больших величин (более 10%), и это, несмотря на
высокую природную обводненность территории и невысокий уровень
солей в ТГ стоках. В процессе миграции ТГ потоков в почвах и их
взаимодействии с почвенной массой происходит как трансформация
состава солей, так и изменение под их воздействием свойств почв,
что в значительной степени определяется структурой почвенно-гео-
химических барьеров (Боровский, 1978).
В почвах нефтепромыслов, кроме хлоридно-натриевого, выде-
ляются также и другие типы засоления.
103
р.гоо2>и
Рис.3.19. Распределение водорастворимых солей в торфяно-подзолистых почвах,
загрязненных нефтью, через год после загрязнения (северная тайга Зап. Сибири).
Основные ионы (мг-экв./ 100 г почвы): 1 — СГ; 2 — SO,2-; 3 — Са2‘; 4 — Mg2*;
5 — Na*+K*; 6 — Fe3* +Fe2*; 7 — АР*. Состояние ландшафтов: 8 — ненарушен-
ные; 9 — нефтезагрязненные; 10 — пятна выгоревшей нефти; 11 — трубопро-
вод; 12 — точки наблюдений
105
0.7
Рис.3.20. Распределение водорастворимых солей в загрязненных нефтью болотных почвах (северная тайга Зап. Сибири).
Основные ионы (мг-экв./ 100 г почвы): 1 — SO/-; 2 — СГ; 3 — Са2*; 4 — Mg2*; 5 — К*; 6 — FeJ‘ + Fe2*; 7 — Al3*; 8 — Na*; 9 —
обваловка пятна нефти; 10 — залитое нефтью болото; 11 — зона пестования разлитой нефти; 12 — отвал чистого песка для отсыпки;
13 — трубопровод; 14 — дорога; 15 — место новой аварии; 16 т- номер разреза; 17 — болото
вне морфологически видимого загрязнения
Рис.3.21.,Распределение водорастворимых солей в торфянистых и торфяно-перегнойно-глеевых болотных почвах, загрязненных
сырой нефтью(северная тайга Зап. Сибири).
Основные ионы (мг-экв. /100 г почвы): 1 — SO/-; 2 — Cl ; 3—НСО, ; 4 Na*; 5 Mg2*; 6 — Са2; 7 К ,8 Fe3 + Fe2,9 Al ,
10 — морфологически видимый ореол загрязнения; 11 — часть ореола, засыпанная песком; 12 — песчаная насыпь; 13 —отсыпка
основания куста; 14 — соленый водоем с нефтепродуктами; 15 — боны; 16 — естественная растительность; 17 водотоки, 18
дорога; 19 — номера разрезов; 20 — точки отбора воды и донных отложений
По составу анионов: а) хлоридное (битуминозно-хлоридное)
преобладает, б) хлоридно-карбонатное и сульфатно-хлоридное. По
составу катионов: а) существенно натриевое, б) кальциево-натриевое,
в) алюмо-железистое, характерное преимущественно для почв бо-
лотных ландшафтов (рис. 3.17, разр. 03,27-1, Х-615 и др.). Такой со-
став водных вытяжек из загрязнённых почв наиболее характерен для
заболоченных территорий Севера России.
В пределах ореолов высоких концентраций солей происходит
гибель растительности. В этом случае количество С Г в верхних го-
ризонтах почв в эпицентрах ТГ ореолов может достигать 25,0-
35,0 мг-экв/100 г почвы, т.е. величин, крайне токсичных для биоты.
Соответственно на таких территориях происходит полное “сжигание”
растительного покрова (вне зависимости от биоклиматических усло-
вий района нефтедобычи).
3.2.2. Модели формирования первичной структуры
ореолов техногенного засоления
При движении в почвенной толще ТГ солевых потоков (непос-
редственно после аварийного выброса) происходит фракционирова-
ние солевых компонентов, что приводит к образованию первичной
(сингенетической) радиальной и латеральной геохимической зональ-
ности ореолов. Геохимическая трансформация мигрирующих в по-
чвах загрязненных вод отчетливо прослеживается по изменению их
минерализации и характеру соотношений между основными ионами
(табл. 3.21).
Таблица 3.21
Изменение минерализации сточных вод при их поступлении в почвенно-
грунтовый сток (южная тайга, дерново-подзолисто-глеевые супесчано-
легкосуглнннстые почвы логов)
Объект исследования Расстояние от источника выброса, м Минерализация воды, мг/л Отношения ClTHCOj-
Сточные промысловые воды место прорыва 71310 395.0
T рансформированные 50 53772 116,7
почвенно-грунтовые воды 100 16780 132,0
150 12010 312,0
Формирование геохимической структуры солевых орео-
лов — динамичный и многоаспектный процесс.
Пространственное распределение солей в почвах, загрязнен-
ных разными типами ТГ потоков, имеет как общие геохимические
признаки, так и специфические, обусловленные составом загрязните-
108
лей. Менее подвижные карбонатные соли фиксируются в почвах,
ближайших к источнику загрязнения (в ядре ореола). Сульфаты мигри-
руют несколько дальше. Хлориды (как самые подвижные мигранты)
распространяются дальше других соединений и создают внешний
контур техногенного ореола. Подобная структура зональности ТГ оре-
олов (карбонаты, сульфаты, хлориды) в общих чертах соответствует
теоретическому ряду растворимости солей, а для вертикального про-
филя формирование аналогичной зональности в процессе миграции
солей было показано экспериментально (Кравков, 1901; Коссович,
1910; Полынов, Философов, 1956; Крупкин, 1963; Аль-Ани Фаттах,
1966). На первой, сингенетической, стадии становления ореолов за-
соления четко выделяется центральное ядро ореола, к которому при-
урочены максимальные солевые аккумуляции (рис. 3.22). В этой ча-
сти наложенного ореола любые природные почвы (тундрово-глеевые,
подзолы, торфяно-глеевые, болотные торфяные, подзолистые, дерно-
во-подзолистые, серые лесные и др.) могут “замещаться” специфи-
ческими техногенными модификациями — солончаками и солонча-
коватыми разностями почв, включая битуминозные (Саттаров и
др., 1980; Солнцева, 1981 а,б,1
диновидр., 1982,1985,1986).
связи с выбросом больших
объемов минерализованных
вод и ухуцшением'водопро-
ницаемости субстратов (Ги-
лязов, 1991) может происхо-
дить усиление восстанови-
тельных процессов (Сатта-
ров и др., 1982; Горникова,
Середина, 1985; Гиля-
зов, 1991). Формирующиеся
ТГ солончаки часто несут
признаки оглеения вплоть до
образования болотных со-
лончаков.
Таким образом, при
любом начальном составе
солей в ТГ потоках (и лю-
бых типах принимающих их
почв) важнейшая законо-
мерность первичной геохи-
мической дифференциации
солей— “отгонка” соеди-
нений хлора в нижнюю часть
i; 1982; 1985 а,б; 1988 а,б; 1995;Гайнут-
При увеличении обводненности почв в
20 40 00 10 100 120 МО 180 180
Расстояние от источника выброса, м
1 ИВ 2 3 EZZ2 *Г71
SEZJ «Ю ТЕЗ
Рис.3.22. Распределение водорастворимых со-
лей в дерново-подзолистых почвах, загрязнен-
ных сточными Cl-Na водами (через две недели
после загрязнения).
Сумма солей (%): 1 — более!,0; 2 — 1,0-0,75;
3- 0,75-0,50; 4 — 0,50-0,25; 5 — 0,25-0,10;
6 — 0,10-0,05; 7 — менее 0,05
109
профиля и к краевым зонам ореолов загрязнения. В результате в по-
чвах краевых частей первичных солевых ореолов возникает преиму-
щественно хлоридно-натриевое засоление, и геохимическая структу-
ра краевых зон солевых ореолов на территории промыслов в любых
природных условиях практически идентична. Так, в засоленных дер-
ново-подзолистых почвах южной тайги отношения ионов хлора к гид-
рокарбонат-иону по всему профилю выше, чем в соответствующих
разностях незагрязненных почв, но ниже, чем в исходных промысло-
вых водах. Могут быть случаи, когда в водных вытяжках обнаружи-
ваются практически только хлориды натрия. Такой состав солей ха-
рактерен для нижних горизонтов почв (см. рис. 3.17, р.СВ-70) и, как
отмечалось ранее, —для почв краевых зон ореолов засоления.
При наличии железа в составе ТГ потоков основная масса это-
го элемента выпадает из вод в непосредственной близости от места
аварийного выброса, что приводит к возникновению специфического
варианта геохимической зональности ореолов—образованию желе-
зисто-солевого ядра, где возможны даже железистые солончаки.
Интенсивность засоления по мере удаления от источника выброса
падает и в краевых зонах ТГ ореолов фиксируются слабо- или сред-
незасоленные почвы.
Если в ТГ потоках есть БВ, то эти компоненты, как было пока-
зано ранее, также задерживаются в верхней части профиля почв и
вблизи источника выброса, а более подвижные минеральные соеди-
нения обнаруживаются по всему почвенному профилю и создают
внешний контур ТГ ореола (Пиковский, Солнцева, 1981; Никифорова
и др., 1985; Солнцева, 1988,1995). В таких случаях вблизи источника
выброса возникают почвы, в которых высокий уровень засоления
сочетается с интенсивной битуминизацией.
Непосредственно после сброса в ландшафты минерализован-
ных жидкостей основная масса солей скапливается, как правило, в
верхней части почв— локализуется в наиболее легко проницаемых
верхних горизонтах. При этом возможная солеемкость каждого го-
ризонта оказывается неодинаковой. Так, в подзолистых и дерново-
подзолистых почвах меньше солей приходится на собственно элюви-
альные горизонты (А2), характеризующиеся наименьшей исходной
водрудерживающей способностью. При одинаковой первичной соле-
вой нагрузке количественные характеристики процесса — интенсив-
ность первичного засоления и характер солевого профиля в значи-
тельной степени определяются свойствами почв, принимающих заг-
рязнители. Очень высока роль органогенных горизонтов (торфяных,
сухоторфянистых, дерновых). Большое влияние оказывает расстоя-
ние до источника выброса и механический состав почв, определяю-
110
щий скорость миграционных процессов и интенсивность возможной
перестройки солевого состава мигрирующих потоков.
Таким образом, сепарация вещественного состава минерали-
зованных вод в процессе их миграции в почвах приводит к измене-
нию форм техногенного галогенеза в разных зонах ореолов загрязне-
ния и возникновению неодинаковых стартовых условий вторичной
трансформации природных систем, что также является общей зако-
номерностью для любых биоклиматических условий.
3.2.3. Динамика, механизмы и модели посттехногенной перестройки
структуры ореолов техногенного засоления
Судьба ТГ солей в почвах предопределена биоклиматически-
ми и ландшафтно-геохимическими условиями. При несоответствии
новообразованного солевого состава почв климатическим факторам
(гумидные ландшафты) происходит интенсивное рассоление почв,
характеризующееся крайней динамичностью количественного и ка-
чественного перераспределения ТГ солей. Поступление в почвы ат-
мосферных осадков приводит к быстрым изменениям концентраций
солей в почвенном пространстве и вторичной внутрипочвенной транс-
формации почвенно-техногенных растворов вследствие избиратель-
ной физической и физико-химической адсорбции отдельных ионов и
смены геохимических условий на пути движения ТГ потока. Это ве-
дет к изменению радиальной и латеральной структуры геохимичес-
кой зональности первичных ореолов загрязнения. Но и в более сухих
ландшафтах наложенные солевые ореолы постепенно преобразуют-
ся, что и в этих условиях приводит к формированию их вторичной —
посттехногенной (или эпигенетической) зональности.
Закономерности перераспределения солей при их посттехно-
генной миграции в почвах и последующем рассолении достаточно
сложны: отдельные составляющие ТГ потоков обладают разными
скоростями движения и устойчивостью в неодинаковых условиях.
Все это в реальных природных ситуациях определяет временную нео-
днозначность процессов засоления-рассоления (гистерезис процес-
са). В то же время существует ряд общих закономерностей и доста-
точно универсальных механизмов посттехногенного развития соле-
вых ореолов.
Закономерности радиальной перестройки солевого про-
филя почв иллюстрируют рисунки 3.23-3.25. Во всех случаях про-
исходит освобождение верхних горизонтов почв от солей и их час-
тичное перемещение в нижнюю часть профиля.
Одновременно трансформируются и соотношения между иона-
ми. Так, при загрязнении дерново-подзолистых почв (южная тайга)
Ш
Рис.3.23. Динамика перераспределения водора-
створимых солей в почвах, загрязненных сточ-
хлоридно-натриевыми вода-
ми (рис. 3.23) соли натрия и
магния передвигаются в
нижние горизонты, менее
подвижные соли кальция
остаются в верхней части
профиля, что соответствует
теоретическому ряду под-
вижности.
Скорость освобожде-
ния загрязненных почв от
основной массы поступив-
ших в них солей варьирует.
По данным М.3. Гайнутди-
нова и др. (1982), в пахот-
ном слое засоленных нефте-
промысловыми водами вы-
щелоченных черноземов
содержание водораствори-
мых солей через год все
еще составляет 1,5%. В по-
ними Cl-Na водами (южная тайга Пермского
чвах с промывным водным
режимом при наиболее
благоприятных погодных
Прикамья, дерново-подзолистые почвы).
А — солевой профиль фоновых почв (среднее
из 8 разрезов); Б — через 1,5 недели после заг-
рязнения; В — через 2 месяца; Г— через 1 год.
Основные ионы: 1 — СГ; 2— НСО3“; 3 — SO/";
4— HCOj+SO/; 5—W*;6—С^;7—Na*+K*
условиях после одноразо-
вого загрязнения хлорид-
но-натриевыми водами
уже через год концентра-
ции солей в верхних гори-
зонтах могут падать в 7-8
раз и в 3-5 раз — в ниж-
них (рис.3.23). Однако полного освобождения почв от поступивших
солей за такой период, даже при очень активном их промывании, не
происходит. В конкретном случае остаточные концентрации превос-
ходят фоновые в 6-9 раз (Солнцева, 1981 б,в). Согласно классифика-
ции почв по степени засоления (Классификация и Диагностика..., 1977)
эти почвы еще должны относиться к засоленным — величина плот-
ного остатка в верхних горизонтах превышает 0,25%. Максимум со-
лей сохраняется в иллювиальных горизонтах. Обычно в таких по-
чвах даже через 15-18 лет после аварии содержание водораствори-
мого натрия все еще в 5-6 раз превышает фоновые концентрации.
Иначе трансформируется солевой профиль почв после их заг-
рязнения хлоридно-сульфатными водами (с нефтепродуктами)
112
(рис. 3.24). Накопле-
ние солей в рассмат-
риваемом случае осу-
ществлялось посте-
пенно в течение двух
месяцев. За это вре-
мя формируются би-
туминозные сульфат-
ные солончаки или по-
верхностно сильно за-
соленные битумизиро-
ванные почвы. Вслед-
ствие меньшей ра-
створимости сульфа-
тов даже через год
после окончания сбро-
са сточных вод оста-
точные содержания
солей сохраняются на
очень высоком уров-
не и их основная мас-
са еще остается в
itwi 2гд 3gg дгд
Рис.3.24. Динамика перераспределения водораство-
римых солей в почвах, загрязненных хлорвдно-суль-
фатными водами с нефтепродуктами ( южная тайга
Пермского Прикамья, д^ново-подзолистые почвы),
а—два дня после начала загрязнения; б — через год
после окончания загрязнения; в — через 4 года; г —
через 5 лет. Основные ионы: 1 — SO/~;2— СГ; 3—
HCOf; 4 — Са2*; 5 — Mg2*; 6 — Na*+K*
верхних горизонтах
почв. При этом хлори-
ды натрия практичес-
ки полностью пере-
мещаются в нижнюю
часть почв.
Опробование
почв, проведенное в
тех же точках ореола
загрязнения через 4
года после окончания
сброса ТГ потоков, показало, что процесс активного рассоления вер-
хних горизонтов (где произошло уменьшение солей в 4-6 раз) сопро-
вождается усиленным засолением нижних горизонтов (где количе-
ство солей увеличилось в 3-4 раза). Меняются главным образом кон-
центрации солей при сохранении химического типа засоления. Даль-
нейшее освобождение почв от водорастворимых солей приводит к
опусканию максимума их концентраций еще глубже по профилю при
сохранении опережающей миграции более подвижных солей и отста-
вания выноса сульфатов кальция. Таким образом, происходит после-
довательное (трансгрессивное) смещение пиков солевых нагрузок вниз
8-1119
113
I. В первый год после загрязнения
' III. Через 20 лет после загрязнсии»
МГ-ЭКВ
Рис. 3.25. Варианты перераспределения водорастворимых солей в дерново-подзо-
листых лесныхцелинных почвах через разные сроки после загрязнения сырой не-
фтью (южная тайга Пермского Прикамья).
Основные ионы: 1 — СГ; 2 — НСО}“; 3 — SO^-; 4 — Са2*; 5 — Mg2+; 6 — Na*+K*
по генетическому профилю почв, что определяет радиальную асинх-
ронность и дивергенцию процессов ТГ галогенеза для разных почвен-
ных горизонтов. Подобная модель радиального перераспределения
водорастворимых соединений едина для любых ландшафтов. Так, в
почвах северной тайги Зап. Сибири при активной потере солей из вер-
хней части профиля происходит засоление нижних горизонтов. Одно-
Таблица 3.22
Динамика химического состава водорастворимых солей в загрязнённых
нефтью иллювиально-железистых подзолах (северная тайга Зап. Сибири)
Глубина, см cr/so42’
1989 г. 1990 г.
0-40 ' 30,0 1.2
40-50(64) 12Д 38,6
50(64)-110 0,3 186,0
114
временно меняется и состав солей, что видно по изменениям отно-
шений между ионами (табл. 3.22).
Основное отличие формирования вторичной радиальной зональ-
ности солевых ореолов в нефтезагрязненных почвах от рассмотрен-
ных выше вариантов галогенеза — более низкая скорость освобож-
дения почвенной массы от водорастворимых соединений. Рассоле-
ние нефтезагрязненных почв идет медленнее, так как часть солей
долгое время остается связанной в нефтяных эмульсиях. Минераль-
ные компоненты (соли) поступают в природные потоки по мере вы-
ветривания и деструкции нефти. Поэтому содержание солей в отдель-
ных горизонтах нефтезагрязненных почв длительное время (20 лет и
более) несмотря на гумидный климат, сохраняется на высоком уров-
не (рис. 3.25).
Скорость рассоления разных исходных генетических горизон-
тов почв неодинакова. Прежде всего происходит освобождение от
солей элювиальной части профиля А2, хотя и в них общее количество
водорастворимых соединений даже через 15-20 лет еще превышает
местный фон в 2-5 раз, а с глубины 40-60 см (в иллювиальных гори-'
зонтах), концентрация солей в среднем превосходит нормальный для
этих почв уровень уже в 6-12 раз. Даже во внешней части техноген-
ного ореола сохранившееся в почвах через 15-20 лет количество со-
лей приблизительно в 3 раза выше, чем в ненарушенных местных
почвах, а содержания водорастворимого натрия превышают фоно-
вые в 6-8 раз*. Таким образом, концентрации солей обнаруживае-
мые в корнеобитаемом слое нефтезагрязненных почв и через 20 лет
могут сохраняться на уровне токсичном для ряда растений. Эти соли
затрудняют восстановление прежде всего древесных растений. Ак-
тивнее происходит восстановление травянистого растительного по-
крова, в котором значительную роль играют влаголюбивые расти-
тельные группировки (рогозово-частухдвые, ситниковые ассоциации).
Основную роль, особенно на первых стадиях сукцессий, играют сор-
ные виды трав: мать-мачеха, а так же некоторые злаки и осоки.
Интенсивность рассоления и скорость удаления содей из вер-
тикального профиля почв зависят также и от форм хозяйственного
использования земель и от механического состава почв. Так, анализ
динамики солей в серых лесных легкосуглинистых пахотных почвах
после их загрязнения нефтью показывает следующее. В пахотных
почвах за счет влияния агротехнических мероприятий (в частности,
* Необходимо подчеркнуть, что приводимые цифры отражают лишь общиетенденции
развития процессов трансформации почв. В каждом конкретном случае
интенсивность засоления — рассоления варьирует в зависимости от первоначальных'
концентраций загрязнителей, особенностей местных ландшафтно-геохимических
условий и свойств почв, принимающих ТГ потоки.
115
из-за механического рыхления наиболее загрязненных верхних гори-
зонтов) процессы разложения нефти идут активнее: лучше аэрация,
интенсивнее фотохимическая деструкция БВ. Все это приводит к
более активному, чем в целинных почвах освобождению солей из
нефти, а легкий механический состав этих почв способствует быст-
рому выводу их за пределы почвенного профиля. В результате за один
и тот же срок с момента загрязнения (10 лет) и близких уровнях пер-
воначального загрязнения пахотные почвы освобождаются от солей
значительно лучше.
Наиболее сложна динамика солей в вертикальном профиле под-
чинённых (гетерономных) почв, особенно в почвах супераквальных и
транссупераквальных ландшафтов логов, долин мелких рек и ручьев
— естественных дрен территории. На распределение солей оказы-
вают влияние (с некоторым отставанием во времени) практически
все ТГ потоки, имевшие место на дренируемых данными водотока-
ми водосборных площадях. В результате ТГ компоненты поступают
в почвы супераквальных ландшафтов не только при непосредствен-
ных аварийных выбросах в них, но также с внутрипочвенным и по-
верхностным стоком от ореолов загрязнения, сформированных в их
водосборном бассейне.
Подновление ТГ потоков, а тем более поступление в почвы
загрязнителей другого состава, еще более усложняют радиальную
динамику солей. Может происходить полная смена форм и уровней
засоления, либо своеобразная “инверсия” в распределении солевых
компонентов. В частности, наиболее подвижные хлориды могут об-
наруживаться в верхней части профиля, выше менее подвижных суль-
Таблица3.23
Соотношения ионов в дерново-подзолистых почвах после неоднократных
поступлений загрязнителей (южная тайга, Пермское Прикамье, разрез 82203)
Глубина, см C17S0? Na7Ca=*
0-13 7,3 2;6
13-31 2,1 0,9
31-51 0,4 2,6
51-60 0,7 1,7
76-94 1,5 1.7
94-114 1,4 2,6
114-140 0,5 3,1
фатов, что хорошо видно по отношениям ионов: C17SO42’, Na+7Ca2+
(табл. 3.23).
Такие инверсии “выдают” поступление новых порций загрязни-
теля с ТГ потоками или из ландшафтов водосборных площадей. Ме-
нее подвижные соединения могут сохраняться при этом в средней
(или нижней) части почв, индицируя более ранние акты загрязнения.
116
Неодинаковая скорость освобождения разных генетических
горизонтов почв от ТГ солей и даже разнонаправленность процес-
сов — рассоление одних горизонтов при одновременном засолении
других — общая закономерность техногенного галогенеза в любых
природных зонах.
Фракционирование компонентов, составляющих ТГ потоки, при-
водит к заметным различиям в характере их воздействия на отдель-
ные генетические горизонты профиля. При этом даже в ядре ореола
только верхняя часть почв сразу взаимодействует с комплексным
загрязнителем, состав которого соответствует составу ТГ потока.
Нижние горизонты проходят последовательную обработку сначала
более подвижными компонентами ТГ потоков, а затем уже, как пра-
вило, с определенным интервалом — менее подвижными.. Это пре-
допределяет еще одну закономерность ТГ галогенеза — своеобра-
зие протекания геохимического преобразования солевого состава
разных частей почвенных тел — дивергенцию процессов галогенеза
в неодинаковых генетических горизонтах.
Закономерности латеральной перестройки солевых оре-
олов загрязнения. Динамические наблюдения на эталонных участ-
ках за трансформацией свойств почв в пределах ореолов загрязнения
позволили выявить: а) общие принципы латеральной трансформации
ТГ солевых ореолов во времени, б) основные стадии их развития.
В наиболее “чистом” виде закономерности латерального преоб-
разования почв во времени прослеживаются на примере моногенных—
неподновляемых в процессе техногенеза ореолов загрязнения. В каче-
стве гримера на рис. 3.26А показаны особенности постгехногенной ла-
теральной миграции солей в почвах, загрязненных хлорццно-сульфат-
ными водами с нефтепродуктами. Происходит последовательное сме-
щение —своеобразная “трансгрессия” загрязнителей от центра ореола
в почвы подчиненных ландшафтов. За 4 года (срок между наблюдения-
ми) максимумы концентраций водорастворимых соединений сдвигают-
ся к внешнему краю ореола. Центральная часть ореола освобождается
от основной массы солей, а засоленные почвы и солончаки формируют-
ся в краевых (часто гетерономных) позициях. Таким же образом преоб-
разуется латеральная стурктура солевых ореолов и при сбросе в почвы
сырой нефти или конденсатов (рис. 3.26А; 3.27)
Посттехногенное смещение максимумов концентраций солей
от ядра первичного ореола к его краевым зонам (рис. 3.27) и после-
дующий их выход за пределы контура первичного поражения
(табл. 3.24) — универсальная закономерность, прослеживающаяся в
любых природных условиях и вне зависимости от исходного состава
солей и их концентрации в ТГ потоках.
117
. В процессе постгехногенной латеральной миграции солей про-
должается пространственное разделение составляющих их компонен-
тов, в частности, опережающий вынос ионов С1" и Na+ при отстава-
тумвоаые
ыювиалыю-
-глеавыа
ТОРФЯНО-
- глеевые
1SB 2ИВВ 4ГТТГП 5Г771 6ГГП 7 £23 tVZ22 9П71
Рис. 3.26. Варианты латерального перераспределения водорастворимых солей в
загрязненных почвах. '
А — хлоридно-сульфатные воды, 4 года после загрязнения (южная тайга Пермского |
Прикамья); Б — сырые конденсаты, один год после загрязнения (лесотундра Зап.
Сибири). Содержание солей ( % ): 1 — более 0,4; 2 — 0,35-0,4; 3 — 0,3-0,35; 4 — S
0,25-0,3; 5 — 0,2-0,25; 6- 0,15-0,2; 7 — 0,1-0,15; 8 — 0,05-0,1; 9 — менее 0,05.
• ♦ я (*«4 » ♦ » а в tt
1[22 20 з£Э 5Е23 вЯ 7Щ вез 9(23
Рис.3.27. Латеральное перераспределение водорастворимых солей в загрязненных
нефтью почвах (подзолы иллювиально-железистые, северная тайга Зап. Сибири,
один год после загрязнения).
Основные ионы (мг-экв./100 г почвы): 1 — SO/-; 2 — СГ; 3 — Na*+K*; 4 — Са2+;
5 — Mg2*; 6 — Ca2*+Mg2*. Прочие обозначения: 7 — граница морфологически ви-
димого ореола загрязнения; 8 — граница пестования; 9 — трубопровод
нии миграции ионов НСО3‘ и Са2+ , что и фиксируется положением
максимумов концентраций отдельных компонентов в разных частях
ореола загрязнения.
118
s
Латеральная миграция солей происходит одновременно с ра-
диальной, поэтому интегральная структура зональности ТГ ореолов
в конечном итоге определяется соотношениями между вертикаль-
ным перемещением и боковым сбросом вещества.
Анализ особенностей фракционирования веществ, составляю-
щих ТГ солевые потоки, закономерности их радиальной и латераль-
ной миграции свидетельствуют, что, несмотря на высокую миграци-
онную активность практически всех ТГ компонентов, отмечается ясно
выраженный сдвиг во времени — асинхронность их поступления не
только в разные горизонты почв, но и в почвы на разных расстояниях
от источников загрязнения. Принципиальный характер этого процес-
са можно представить схемой (рис. 3.28), где по оси абсцисс показа-
но расстояние от источников загрязнения (в условных единицах), а по
оси ординат — концентрация загрязнителя через разные сроки после
загрязнения (также в условных единицах). Данная модель свидетель-
ствует, что в сфере воздействия одного и того же ТГ потока с тече-
нием времени происходит рассоление почв вблизи источника загряз-
нения и одновременное накопление солей в почвах, расположенных
ниже по рельефу. Более детально схема процесса может быть раз-
вернута для любой точки профиля в серию самостоятельных графи-
ков, где по оси ординат остается концентрация солей, а по оси абс-
цисс — условное время с момента загрязнения. Из графиков видно,
что пики образования максимальных концентраций загрязнителя для '
каждой точки ТГ ореола не совпадают во времени, а при неизменно-
сти геохимических условий на пути движения растворов (например,
при отсутствии латеральных барьеров) происходит постепенное из-
менение латеральной гривой содержаний солей в ореоле: повышение .
общего уровня засоленности почв по мере удаления от источника
загрязнения (Солнцева, 1981). Это может приводить и приводит к об-
разованию “обращенного” ореола: минимальные концентрации солей
В его ядре, максимальные — в краевых частях.
В качестве доказательства справедливости такой модели на
рис. 3.29 приводится динамика фактических постгехногенных изме-
нений содержаний водорастворимых солей в почвах разных зон оре-
ола загрязнения: а) экспоненциальное уменьшение солей в ядре орео-
ла, б) увеличение содержаний в его краевых частях. При этом повы-
шенные концентрации солей характерны для всей краевой зоны ТГ
ореола (по всему периметру).
3.2.4. Факторы, осложняющие структуру зональности техногенных
ореолов засоления. Модели гетерогенных ореолов
Многократность актов засоления — рассоления почв в райо-
нах нефтепромыслов значительно усложняет структуру геохимичес-
кой зональности ТГ ореолов. Подновление ТГ потоков в границах пред-
120
S солей (%)
0.4 -
0.7 -
Время после загрязнения (поды)
1 2рХ|
Рис.3.29. Динамика содержаний во-
дорастворимых солей в гумусовых
горизонтах почв через разные сроки
после их загрязнения сырой нефтью.
1 — в эпицентре ореола загрязнения;
2 — у внешнего края ореола загряз-
нения
шествующих ореолов или их пересе-
чение приводит к формированию не-
скольких максимумов концентраций
водорастворимых солей в пределах
единого гетерогенного ореола. Мож-
но рассмотреть ряд наиболее общих
ситуаций.
Повторный сброс загрязнителей
“ломает” структуру ТГ ореолов. Воз-
никают латеральные инверсии распре-
деления солей. В этих случаях мак-
симумы концентраций более подвиж-
ных компонентов могут оказаться бли-
же к источнику выброса, чем менее
подвижные соединения, которые инди-
цируют предыдущий этап загрязнения
(рис. 3.30).
При многократно повторяю-
щихся сбросах ТГ потоков (даже
одного состава) структура зональ-
ности ореолов еще более услож-
няется. По площади ореола могут
прослеживаться несколько центров
повышенных концентраций солей.
При этом максимумы концентраций
не только разных, но и одинаковых
ионов пространственно разобщены. Например, аномалии ионов Са2+
(рис. 3.30) приурочены не только к почвам ядра ореола, но и к почвам
его средних и краевых частей; максимумы солей натрия сдвинуты в
верхние горизонты почв и тяготеют к ядру ореола. Соответственно
такой же сложный характер распределения и анионов (С Г и SO42').
Так как ТГ потоки каждого цикла загрязнения “расслаиваются” в
пространстве как в процессе первичного формирования ореола, так и
последующего эпигенеза, то специфика отдельных геохимических зон
каждого из накладывающихся друг на друга ТГ ореолов зависи т от
первичной мощности потока — количества поступивших веществ.
> Поэтому возможны случаи, когда весь спектр зон одного из ореолов
оказывается вмещенным в одну зону другого по времени формиро-
вания ореола, либо только отдельные части разновременных ореолов
перекрываются в пространстве. В результате при последовательном
наложении миграционных потоков более подвижные компоненты из
более поздних по времени поступления ТГ потоков могут совмещаться
с аномалиями менее подвижных комп’оненгов, которые сформиррва-
122
A
Рис.3.30. Пространственное варьирование содержаний водорастворимых солей в
почвах после многократных сбросоов загрязнителей (эпигенетический ореол заг-
рязнения, южная тайга Пермского Прикамья).
А — сумма солей (%): 1 — 0,07; 2 — 0,07-0,10; 3 — 0,10-0,15; 4 — 0,15-0,25; 5 —
более 0,25; Б — ионы Са2> (мг-экв/100 г почвы); 6 -менее 0,2; 7 — 0,2-0,4; 8 — 0,4-
0,6; 9 —0,6-0,8; 10 — 0,8-1,0; 11 — 1,0-2,0; 12 — более 2,0; В -ионы Ка*(мг-экв/100
г почвы): 13 -менее 0,3; 14 — 0,3-0,5; 15 —0,5-0,7; 16 — 0,7-0,9; 17 —-0,9-1,1; 18 —
более 1,1
лись в процессе эпигенеза ореолов предшествующих циклов разви-
тия. Это приводит к тому, что в гетерогенном ореоле осуществляют-
ся два противоположно направленных процесса: 1) фракционирование
компонентов ТГ потока и возникновение монокомпонентных аномаль-
ных участков; 2) вторичное комплексирование отдельных составля-
ющих ТГ потоков — их концентрация и возникновение вторичных ком-
плексных аномалий внутри ореола. Возникает как бы несколько вло-
женных друг в друга ореолов. Это приводит: а) к увеличению “неза-
кономерной”, не связанной с расстоянием до источника воздействия,
контрастности распределения солей в наложенном геохимическом
поле; б) к снижению видимого эффекта внутрипочвенного фракцио-
нирования солей в результате сложения ТГ потоков; в) к многократ-
ной повторяемости проработки почвенных тел одинаковыми по со-
ставу ТГ компонентами, но в разной последовательности.
Такие же сложные ТГ геохимические поля возникают при фор-
мировании ореолов загрязнения в разных элементарных ландшафтах,
особенно при сопряжении автоморфных (элювиальных, трансэлюви-
альных) и подчиненных (транссупераквальных и супераквальных)
ландшафтов. Усложнение геохимической структуры Ореолов загряз-
нения в этих случаях обусловлено не только повторяемостью сброса
ТГ потоков, но и характером функционирования исходных ландшафт-
ных фаций. Существует двойной механизм сброса загрязнителей в
подчиненные ландшафты с поверхностным и с почвенно-грунтовым
стоком. В почвенно-грунтовый сток уходят прежде всего наиболее
подвижные компоненты, прошедшие через “сито” почвенных гори-
зонтов в автономной части единого гетерогенного ореола, что осо-
беннозаметно при сравнении распределений в почвах компонентов с
разной миграционной способностью (рис. 3.31). Это определяет нео-
динаковый состав и концентрации мигрирующих веществ в верхних и
нижних ветвях подобных ТГ потоков. Следствием двойного меха-
низма поступления загрязнителей служит относительная независи-
мость эпигенетических процессов и своеобразие геохимической струк-
туры разных частей таких “двуслойных” ореолов загрязнения. Ха-
рактерно пространственное несовпадение вторичных максимумов кон-
центраций отдельных составляющих в разных слоях сложных орео-
лов. Особенно отчетливо несовпадение структуры эпигенетической
зональности верхней и нижней ветвей ореола прослеживается по тому,
как в их пределах меняются отношения НСО37С1‘ и SO/7CT. Таким
образом, если техногенные ореолы охватывают несколько разных эле-
ментарных ландшафтов, то закономерности геохимической структу-
ры такого ореола во многом определяются индивидуальными свой-
ствами вмещающих их ландшафтов.
124
1
Рис.3.31. Пространственное варьирование содержаний водорастворимых солей в
почвах после повторных сбросов разных по составу загрязнителей.
А — сумма солей (%): I —менее0,10;2 —0,11-0,20;3 —0,21-0,30; 4— 0,31-0,35;
5 — более 0,35. Основные ионы (мг-экв/100 г почвы): Б — Ch 6 — менее 0,15; 7 —
0,15-0,25; 8-0,25-0,40; 9-0,40-0,55; 10-0,55-0,70; 11 — более0,70; В —Na*:
12—менее 0,5; 13-0,5-1,0; 14-1,0-2,0; 15-2,0-3,0; 16 — 3,0-4,0; 17—более
4,0; Г —НСО-: 18-0,1-0,4; 19 — 0,4-0,7; 20 — 0,7-1,0;21 -1,1-1,5;22 — более
1,5; Д — Са2*: 23 — менее 0,3; 24 — 0,3-0,5; 25 — 0,5-0,8; 26 — 0,8-1,1; 27 — 1,1-
1,5;28 —более 1,5; Е —SO42:29 —менее 0,2; 30 —0,2-0,3; 31 -0,3-0,5; 32—0,5-
0,8; 33 — 0,8-1,0; 34 — более 1,0
Одновременно с формированием макрозональности ТГ орео-
лов происходит и достаточно заметное перераспределение солей в
Рис.3.32. Влияние микрорельефа на перераспределение водорастворимых солей в
дерново-подзолистых почвах (ядро ореола загрязнения, 4 года после сброса сточ-
ных Na-Cl вод, южная тайга Пермского Прикамья).
А —сумма солей (%): 1 — менее 0,1; 2 — 0,1-0,25; 3 -0,25-0,4; 4—более0,4; Б —
гвдрожарбонат-ион (мг-экв/100 г почвы): 5 — менее 0,25; 6 — 0,25-0,5; 7 — 0,5-1,0;
8 — более 1,0; В — хлор-ион (мг-экв/100 г почвы): 9 — менее 0,1; 10 — 0,1-0,3;
11 -0,3-0,5; 12 — 0,5-1,0; 13 — 1,0-2,0; 14 — 2,0-3,0; 15 — 3,0-5,0; 16 — более 5,0;
Г — натрий-ион (мг-экв/100 г почвы): 17 — менее 0,25; 18 —0,25-0,5; 19 — 0,5-1,0;
20 — 1,0-2,0; 21 — 2,0-3,0; 22 — 3,0-5,0; 23 — более 5,0
соответствии с исходным и новообразованным микрорельефом по-
верхности (рис. 3.32).
В процессе эпигенетического перераспределения солей наибо-
лее активно освобождаются от загрязнителей почвы микроповыше-
ний. При этом часть солей “стекает” в микропонижения, откуда они
уходят в почвенно-грунтовый сток. Одновременно происходит и раз-
деление солей: к микроповьппениям приуроченны в основном карбо-
наты, к микропонижениям — хлориды (главным образом натрия).
Таким образом, перераспределение солей по элементам микрорель-
126
ефа в гумидных ландшафтах иное, чем в аридных, где наиболее под-
вижные соли приурочены к микроповышениям — эффект “фитиля”.
Но, как и в аридных условиях, контрастное перераспределение солей
на близких расстояниях (в пределах одних и тех же элементарных
ландшафтов) приводит к формированию микрокомплексности соле-
вого состава почвенного покрова и мозаичности эпигенетической
структуры ТГ ореолов. Возникает сложная мозаика геохимических
условий, что в конечном счете ведет к изменению структуры почвен-
ного покрова и находит яркое отражение в растительном покрове та-
ких территорий.
Перевод части загрязнителей в почвенно-грунтовый сток при-
водит не только к расширению площади ореола, но й к иному харак-
теру поступления солей в почвы окружающих ландшафтов: снизу
вверх. В результате загрязнение сопряженных ландшафтов на пер-
вых этапах эпигенеза может вообще не иметь внешних проявлений.
В лесных ландшафтах подобные ореолы морфологически проявля-
ются с определенным отставанием во времени только при достиже-
нии в корнеобитаемом слое токсичных концентраций загрязнителей—
по отмиранию древесного яруса растений. При этом травянистый ярус
может сохраняться, хотя и меняется его структура. В тундровых
ландшафтах грунтовое засоление почв со временем также фиксиру-
ется с поверхности прежде всего гибелью растений с более глубокой
корневой системой (кустарников и кустарничков). В отличие от ланд-
шафтов тайги в этих условиях после отмирания кустарниково-кус-
тарничкового яруса быстро наступает гибель всего напочвенного
растительного покрова.
Таким образом, геохимическая структура солевых ореолов, по-
стгехногенные закономерности ее преобразования не менее сложны, чем
аналогичные характеристики ореолов нефтяного загрязнения.
3.3 Общие закономерности формирования и последующего разви-
тия ореолов загрязнения в районах добычи нефти
Сравнительный анализ поведения загрязняющих веществ в по-
чвах нефтедобывающих районов России позволил выявить как об-
щие, так и специфические особенности формирования и последую-
щей трансформации структуры ореолов загрязнения в зависимости
от природных условий и свойств сбрасываемых веществ.
При одноразовых сбросах ТГ потоков образуются моногенные
ореолы загрязнения. При пересечении в пространстве ТГ потоков
формируются гетерогенные ореолы.
Геохимическая специфика ореолов загрязнения в значительной
степени определяется составом загрязнителей и характером их выб-
127
роса: с поверхностными разливами или внутрипочвенно, а также ко-
личеством поллютантов и временем с момента поступления в при-
родную среду. Морфологическая и геохимическая структура орео-
лов загрязнения контролируется экологическим потенциалом среды,
включая физико-химические свойства принимающих поллютанты
субстратов.
В любых нефтедобывающих районах сброс в почвы ТГ пото-
ков сопровождается изменением состава почвенных растворов. Про-
исходит засоление почв. Степень засоления меняется от слабой до
очень сильной, вплоть до образования ТГ солончаков ( как автомор-
фных, так и глеево-болотных). Контрастность солевых нагрузок на
почвы даже на очень близких расстояниях велика. Различаются и
типы засоления —хлоридное, хлоридно-сульфатное, карбонатно-хло-
ридное, хлоридное алюмо-железистое и др. Возможно появление мо-
дификаций почв, не имеющих аналогов в естественных природных
условиях—битуминозных солончаков, битуминозных солончакова-
тых и засоленных разностей почв.
Возникающие инфильтрационные тела (ореолы загрязнения)
динамичны. С течением времени перестраивается геохимическая
зональность их строения—концентрации загрязнителей и простран-
ственный “рисунок” распределения солей. Вне зависимости от со-
става поллютантов, формирующих ТГ ореолы, все они проходят две
основные стадии развития—техногенную и посттехногенную (эпи-
генетическую).
Первая стадия — собственно техногенная — соответ-
ствует этапу становления инфильтрационного тела: максимум кон-
центраций поллютантов в ядре ореола, экспоненциальное убывание к
краевым зонам. Одновременно осуществляется первичное расслое-
ние компонентов ТГ потока, интенсивность и формы которого опре-
деляются “хроматографическими” свойствами почв, с одной сторо-
ны, степенью подвижности отдельных составляющих ТГ потока, с
другой. В результате возникает специфическое по геохимическим па-
раметрам ядро ореола, состав и комплексность которого в наиболь-
шей степени определяются особенностями сброшенных загрязните-
лей. Геохимическая структура краевых зон инфильтрационных тел
представлена наиболее подвижными поллютантами, среди которых
для районов нефтедобычи приоритетными являются хлориды, при-
сутствующие практически во всех типах ТГ потоков и наиболее лег-
, кие фракции углеводородов (если в составе комплексного загрязни-
теля были нефть или нефтепродукты).
При общем сходстве первичной зональности ТГ ореолов они
различаются размерами, контрастностью содержаний поллютантов
в разных функциональных зонах, что зависит от объемов поступив-
128
ших веществ, свойств почв, принимающих загрязнители и сложности
структуры почвенного покрова. Наиболее сложная структурная орга-
низация (геохимическая, морфологическая и функциональная) возни-
кает в инфильтрационных телах, формирующихся в тундровых и ле-
сотундровых ландшафтах из-за характерной для них высокой комп-
лексности почвенного покрова. Такую же сложную структуру ТГ оре-
олов можно ожидать и в аридных ландшафтах, для которых также
характерна комплексность почвенного покрова.
Основные механизмы формирования тел инфильтрации на ТГ ста-
дии их становления — гравитационное перемещение поллютантов (в
соответствии с миграционной способностью отдельных составляющих
ТГ потока) при подчиненной роли сорбционно-капиллярных сил.
Повторные выбросы загрязнителей приводят к “стиранию” гео-
химической структуры предшествующего ореола, либо формирова-
нию латеральных геохимических инверсий, когда более подвижные
компоненты тяготеют к ядру ореола, в то время как менее подвиж-
ные формируют его края. При многократных сбросах загрязнителей,
что очень характерно для районов добычи углеводородного сырья,
возникает еще более сложная структура геохимической зональнос-
ти, обусловленная своеобразной “интерференцией” мигрирующих ве-
ществ. В любых природных условиях образуется несколько как бы
вложенных друг в друга или пересекающихся аномалий.
Изменение состава почвенных вдд и накопление в почвенной
массе солей и битуминозных веществ приводит к трансформации почв
и образованию своеобразных почвенных тел, обладающих парадок-
сальным сочетанием исходных и наложенных свойств. Наиболее спе-
цифичны варианты преобразования почв гумидных ландшафтов, где
на матрицу выщелоченных, в том числе оподзоленных почв накла-
дывается солевой и (или) битуминозно-солевой профиль с наиболее 1
высокими содержаниями ТГ компонентов в верхних горизонтах. Воз-
никают в разной степени засоленные и битуминизированные почвы,
характеристики которых не имеют природных аналогов.
Вторая стадия — эпигенетическая — соответствует пост-
техногенному этапу развития ТГ ореолов и включает ряд последова-
тельных циклов преобразования структуры инфильтрационных тел,
различающихся особенностями процессов вторичного перераспреде-
ления загрязнителей, их метаболизма и утилизации.
1. Циклы вторичного перераспределения поллютантов пос-
ле исчерпания гравитационных возможностей собственно ТГ потока
связаны с наличием—отсутствием в почвах “перемещающих” сил.
Частичное перемещение поллютантов в чистые (“боковые5’) субстра-
ты осуществляется капиллярными силами. Основные механизмы
вторичного переформирования структуры ТГ ореолов: а) для биту-
9-1119
129
минозных компонентов—это их “выдавливание” из порово-трещин-
ного пространства гравитационно-подвижной водой, источником ко-
торой являются либо атмосферные осадки, либо собственно почвен-
но-грунтовые воды; б) для минеральных компонентов — растворе-
ние части поллютантов в избытке поступающей воды, что также при-
водит к переводу ТГ компонентов в гравитационный сток.
Процесс вторичной миграции ТГ компонентов сопровождает-
ся: а) метаморфизацией состава мигрирующих растворов из-за по-
степенной деструкции веществ-загрязнителей; б) появлением в ра-
створах продуктов вторичных реакций, возникающих вследствие фи-
зико-химической и микробиологической деструкции нефти и нефте-
продуктов и при ионообменных процессах; в) новым циклом внедре-
ния загрязнителей в порово-капиллярные системы чистых почв и грун-
тов “над” и “под” вторичным потоком поллютантов.
Происходит радиальное и латеральное перемещение ТГ ве-
ществ в нижние, первоначально менее загрязненные или незагряз-
ненные горизонты почв и грунтов и к внешним границам ореолов заг-
рязнения, сопровождающееся образованием вторичных максимумов
концентраций на геохимических барьерах. Это приводит к перефор-
мированию зональности ТГ ореолов: максимумы концентраций заг-
рязняющих веществ могут быть сдвинуты в нижние горизонты почв
и в почвы, удаленные от ядра ореола (в соответствии с уклонами
поверхности).
В результате перестраивается вещественный состав и контра-
стность распределения загрязнителей в первоначальном объеме ин-
фильтрационных тел, и поллютанты выходят за его пределы, что су-
щественно расширяет площадь загрязнения.
Активность и формы вторичной перестройки структуры ТГ
ореолов зависят от биоклиматического потенциала среды и эколого-
геохимического потенциала почв, вмещающих ТГ потоки. Скорость
и формы их вторичного преобразования подчиняются географичес-
ким и почвенно-геохимическим закономерностям. При этом актив-
ность перестройки структуры ореолов, образованных разными по со-
ставу ТГ потоками (нефтью или сточными водами) неодинаковы.
Переформирование селевых ореолов ослабевает с уменьшением об-
водненности территории и количества выпадающих осадков.
В тундровых и лесотундровых ландшафтах (а также в болот-
ных системах других территорий) разбавление ТГ солевых аккуму-
ляций почвенно-грунтовыми водами приводит к быстрому разруше-
нию ореолов загрязнении из-за непрерывного выноса и перераспре-
деления солей в пространстве.
В таежно-лесных и лесостепных ландшафтах вымывание со-
лей осуществляется главным образом выпадающими атмосферны-
130
ми осадками, что определяет “дробный” характер вторичной пере-
организации ТГ ореолов и более устойчивое (несмотря на гумидный
климат) существование в ландшафтах ТГ солевых аккумуляций.
Уменьшение активности посттехногенного переформирования
солевых ореолов нарастает к югу, где подобные новообразованные
аккумуляции могут оказаться необратимыми, что подтверждается
устойчивым существованием природных солончаков и засоленных
почв.
Закономерности переформирования ореолов битуминозных ве-
ществ более сложные и определяются уже соотношениями тепла и
влаги. В зависимости от этих показателей меняется устойчивость
битуминозных компонентов в почвах — скорость и формы их мета-
болизма, активность закрепления или вторичного перемещения.
Лимитирующими факторами деструкции битуминозных компо-
нентов в северных ландшафтах (тундра, лесотундра, северная тайга)
является дефицит тепла, в южных (полупустыни, пустыни, сухие суб-
тропики) —дефицит влаги. Активность деструкции нефти нарастает
от зоны тундр к южной тайге и лесостепи и постепенно ослабевает к
аридным ландшафтам.
Закономерности вторичного переформирования ореолов биту-
минозных веществ зависят и от ландшафтно-геохимических харак-
теристик территории: обводненности, окислительно-восстановитель-
ного потенциала, сорбционной емкости субстратов и др.
Повышенная обводненность северных ландшафтов и оторфо-
ванность почв определяют два разнонаправленных процесса: актив-
ный перенос ТГ углеводородов природными водами и их относитель-.
но жесткое закрепление на органо-сорбционных (накопительных) гео-
химических барьерах, что приводит к высокой, часто незакономер-
ной контрастности содержаний УВ в разных частях инфильтрацион-
ных тел.
При увеличении в ландшафте “выдавливающих” объемов жид-
кости (как за счет осадков, так и за счет близких к поверхности по-
чвенно-грунтовых вод) возрастает интенсивность вторичного, отста-
ющего во времени загрязнения почв сопредельных ландшафтов. Фор-
мируются обширные, часто “скрытые”, не обнаруживаемые с повер-
хности вторичные ореолы и потоки загрязнения. На таких территори-
ях сложно найти чистые почвы даже на достаточно большом рас-
стоянии от видимых технических источников загрязнения. В частно-
сти, в ландшафтах тундры ЕТР обнаружены высачивания битуми-
нозных веществ над урезом реки в 350 м от источника выброса (сква-
жины) при отсутствии морфологически проявленного на поверхности
ореола загрязнения. Аналогичные размеры вторичных перемещений
УВ выявлены в ландшафтах лесотундры Зап. Сибири, где интенсив-
131
но загрязненные торфяные почвы вскрыты на расстоянии более 300 м
от источника выброса (внутрипромыслового трубопровода) также при
отсутствии поверхностного проявления ТГ потока. В этом случае
загрязнители мигрировали с надмерзлотной верховодкой. В южной
тайге Пермского Прикамья на старых промыслах в почвах суперак-
вальных ландшафтов логов вскрыты потоки битуминозных веществ
вообще вне видимой связи с какими-либо техническими объектами,
которые могли бы быть источниками загрязнения. Аналогичные яв-
ления разгрузки нефти в дренажные канавы описаны Ю.И. Пиковс-
ким (1993) в нефтедобывающих районах влажных субтропиков (Кол-
хидская низменность) и отмечаются В.М.Гольдбергом и др. (1984).
Длина вторичного “пробега” битуминозных компонентов опре-
деляется как количеством сброшенных поллютантов, так и наличи-
ем “выдавливающих” и переносящих объемов воды, циркулирующей
в почвах, свойствами почв и грунтов, в которых осуществляется миг-
рация. Наиболее активны процессы выхода поллютантов за пределы
контура первичного загрязнения и расширения площадей загрязнен-
ных почв в гумидных ландшафтах. В аридных условиях конечные
площади загрязнения мало отличаются от площади первичного заг-
рязнения.
При поступлении в ландшафты смесей битуминозных веществ
и минерализованных вод (что происходит при сбросе сырой нефти,
либр сточных вод с нефтепродуктами) вторичное переформирование
ореолов загрязнения во всех природных условиях характеризуется
несовпадением границ инфильтрационных тел собственно битуминоз-
ных компонентов и солевых ореолов.
В относительно сухих существенно минеральных почвах (от
северной тайги до пустынь и сухих субтропиков) ореолы битуминоз-
ных веществ локализованы в пределах контура засоленных земель.
Во влажных субстратах (тундры, лесотундры, болота и пере-
увлажненные земли в других ландшафтах) интенсивная миграция
нефти и нефтепродуктов с почвенно-грунтовыми водами определяет
широкий разнос этих компонентов. Одновременное активное разбав-
ление в избытке воды солевых составляющих ТГ потока приводит к
тому, что остаточный солевой ореол может оказать “вложенным” в
инфильтрационное тело битуминозных веществ.
Таким образом, в любых природных условиях и при любом со-
ставе техногенных потоков их посттехногенная миграция и вторич-
ное фракционирование на пути движения приводят: а) к постепенному
расширению первичного контура загрязнения; б) к формированию
закономерной вторичной эпигенетической зональности. Могут возни-
кать “обращенные” ореолы, когда минимальные концентрации заг-
рязнителя приурочены к их ядру, а максимальные — смещаются к
132
краевым зонам. Постепенному расширению первичного контура заг-
рязнения не препятствуют ни глеевый, ни криогенный процессы. Рас-
ширение площади загрязнения приводит к возникновению почв, у ко-
торых максимальные солевые и битуминозно-солевые аккумуляции
смещены в глубь профиля.
Хроматографические свойства почвенных тел определяют
сдвиг по времени—асинхронность однотиптого загрязнения почвен-
ных тел, расположенных на разных гипсометрических уровнях. След-
ствием асинхронности поступления одних и тех же ТГ компонентов
в нижние горизонты почв и подчиненные почвы макро- и микрока-
тен, является развитие радиальной и латеральной дивергенции одно-
временно протекающих в разных блоках ореолов загрязнения почвен-
но-геохимических процессов (в частности, рассоление почв ядра оре-
ола—засоление почв периферии ореола). /.
2. Циклы стабилизации ореолов загрязнения наступают при
исчерпании потенциально подвижных ТГ компонентов (или их мета-
болитов).
Для солевых ореолов в гумидных ландшафтах такое состоя-
ние соответствует фактически полному разрушению ТГ солевых ак-
кумуляций — полному рассолению почв и грунтов — наиболее рас-
тянутой стадии ТГ галогенеза. Сохраняющиеся длительное время
(10-25 лет) относительно низкие остаточные концентрации солей не
препятствуют активному восстановлению растительного покрова.
При некоторых комбинациях в корнеобитаемом слое простых солей
и битуминозных компонентов наблюдается даже гигантизм отдель-
ных растений. Наиболее медленно происходит восстановление дре-
весной растительности и участки, пережившие циклы засоления—
рассоления, длительное время индицируются лугово-разнотравными
группировками с широким участием влаголюбивых и даже болот-
ных видов.
Для ореолов битуминозных веществ стадия стабилизации на-
ступает: а) при достижении энергетического равенства сорбционно —
порово-капиллярных сил, удерживающих битуминозные компоненты,
и “энергии выдавливающих” жидкостей, мигрирующих в загрязнен-
ных почвах; б) при выносе основной массы растворимых компонен-
тов. При этом в почвах еще остаются достаточно высокие содержа-
ния БВ, фиксирующиеся как аналитически, так и морфологически.
Основные закономерности переформирования структуры ореолов БВ
на этом этапе их эволюции обусловлены уже не миграционными про-
цессами. играющими сугубо подчиненную роль, но главным образом
процессами микробиологической и химической деструкции поллютан-
тов. Активность и формы этих процессов также подчинены геогра-
фическим закономерностям, что определяет неодинаковый качествен-
133
ный и количественный состав остаточных продуктов деструкции ТГ
битуминозных компонентов и неодинаковую длительность их суще-
ствования в ландшафтах, что приводит к новому “рисунку” распре-
деления остаточных концентраций загрязнителей в почвах.
Таким образом, ореолы загрязнения, формирующиеся в любых
нефтедобывающих районах, характеризуются сложной структурой
функционирования в пространстве и времени. Специфика процессов
эволюции фильтрационных тел, образованных разнообразными по со-
ставу ТГ компонентами, в значительной степени зависит от биокли-
матических условий на территории конкретных добывающих райо-
нов — подчиняется географическим закономерностям. Своеобразие
моделей и механизмов формирования и вторичной трансформации
ТГ ореолов определяет развитие сложной мозаики геохимических
условий, необычных для естественных природных комплексов. Воз-
никают сложные инфильтрационные тела, характеризующиеся посто-
янно меняющейся “пространственно-подвижной” геохимической
структурой.
134
Глава 4. ОТВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ ПОЧВ НА ТЕХНОГЕННЫЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ: ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, МЕХАНИЗМЫ,
МОДЕЛИ
i§**> ,
Типичные для районов добычи углеводородного сырья формы
вторичных преобразований почвенных тел (физико-химические, хи-
мические и морфологические) — многоплановы, что, как отмечалось,
обусловлено не только химическим разнообразием поступающих ве-
£ ществ, но и неоднородностью исходных физико-химических свойств
самих почв и ландшафтов, принимающих ТГ потоки.
Единого взгляда на процессы вторичной трансформации почв в
, условиях нефтедобывающего производства нет (включая особенно-
сти влияния отдельных загрязнителей на экосистемы). Плохо изуче-
ны и следствия ТГ галогенеза, возникающие в почвах гумидных лан-
дшафтов, особенно формы и интенсивность отдаленных результатов.
Отсутствуют данные о закономерностях пространственного варьи-
рования возникающих изменений и особенностях происходящих при
В этом процессов.
’ Имеющиеся собственные и литературные материалы свиде-
• тельствуют, что важнейшие ближайшие следствия загрязнения лан-
* дшафтов — это изменения лабильных физико-химических характе-
ристик почв, среди которых наибольшее значение имеет трансфор-
g мация почвенного поглощающего комплекса (ППК).
• 4.. 1. Техногенно спровоцированное физико-химическое
осолонцевание почв
Согласно представлениям К.К. Гедройца (1928, 1933), следстви-
ем природного галогенеза в почвах является солонцовый процесс,
химическими признаками которого служит специфический состав и
свойства коллоидных систем (прежде всего высокие содержания Na+
в ППК); физическими признаками — набухаемость и водопептизи-
руемость, определяющие своеобразие морфологии почвенного про-
филя. К.Д. Глинка (1926) на фактическом материале почвенных экс7
педиций по азиатской части СССР показал, что формирование солон-
цов возможно и без стадии солончака.
• Вопросам осолонцевания почв и роли обменного натрия в этом
процессе, особенно при формировании морфологического профиля
• солонцов, посвящено множество публикаций. Большинство исследо-
вателей считает натрий определяющим элементом формирования
физической солонцеватости почв (Гедройц, 1912, 1928, 1933; Ковда,
1932, 1937, 1946; Антипов-Каратаев, 1958; Базилевич, 1965; Панов,
1972; Панин и др., 1976; Боровский, 1982 и др.).
135
Некоторые исследователи отрицают решающее значение это-
го элемента в формировании морфологических признаков солонцо-
вых почв (Розов, 1952; Андреев, 1956; Болышев, 1972 и др.).
Решению данной проблемы могут способствовать многолет-
ние эксперименты, “поставленные” нефтедобывающей техникой в
разных природных условиях, что имеет не только научный интерес,
но и практическое значение, так как позволяет обоснованно прогно-
зировать состояние и эволюционные тренды развития загрязненных
в процессе добычи нефти почв (и ландшафтов в целом). Как было
показано выше, в нефтедобывающих районах происходит как повер-
хностное, так и внутрипочвенное засоление, что позволяет просле-
дить динамику: а) трансформации ППК, включая возникновение-ис-
чезновение химической натриевой солонцеватости почв; б) преобра-
зования консервативных показателей — профиля ила, валового со-
става, физических и морфологических свойств почв, отражающих или
не отражающих признаки физической солонцеватости в загрязненных
почвах.
Высокие содержания солей натрия в сбрасывающихся в по-
чвы ТГ потоках вследствие закона действующих масс определяют
активное внедрение этого катиона в почвенный поглощающий комп-
лекс. Изучение закономерностей вторичного химического преобра-
зования почв после их засоления в разных природных зонах свиде-
тельствует о том, что непосредственные следствия ТГ галогенеза —
формирование особых свойств коллоидных систем (из-за преобразо-
вания почвенного поглощающего комплекса).
4.1.1. Закономерности перестройки поглощающего комплекса почв
в разных природных зонах
Качественные изменения коллоидных систем, обусловленные
ТГ галогенезом (внедрение натрия в ППК), одинаковы в любых при-
родных условиях. Количественные же характеристики процесса сильно
варьируют как в зависимости от свойств исходных природных почв,
так и трансформирующих агентов. Особенно резко меняются осо-
бенности поглощающего комплекса в почвах гумидных ландшафтов.
Принято считать, что в поглощающем комплексе выщелочен-
ных почв Na+ нет, однако, собственные аналитические данные*, а
’ Определения обменного натрия выполнялись: 1) пламенно-фотомётрическим методом
в ацетатной вытяжке (в химических лабораториях института Гипроводхоз, Почвенного
института им. В.В. Докучаева, Пермской станции химизации сельского хозяйства,
повторены в Ландшафтно-геохимической лаборатории кафедры геохимии ландшафтов
географического факультета МГУ); 2) в спиртовой вытяжке по методу Пфейфера (в
Ландшафтно-геохимической лаборатории кафедры геохимии ландшафтов
географического факультета МГУ).
136
также литературные материалы (Абрамян, Галстян, 1979)свидетель-
ствуютю его присутствии в ППК и в ненарушенных лесных, лесотун-
дровых и тундровых почвах (табл. 4.1,4.2).
Содержание обменного Na+ в разных горизонтах незагрязнен-
ных дерново-подзолистых почв (южная тайга) в среднем составляет
0,1-0,2 мг-экв (максимум 0,9 мг-экв); в гидроморфных почвах логов
его средние содержания также не превышают 0,1-0,2 мг-экв/100г; в
светло-серых пахотных почвах (лесостепь) чуть выше — 0,2-
0,4 мг-экв/100 г. Более высокие фоновые содержания обменного Na+
характерны для почв тундровых и лесотундровых ландшафтов (иногда
до 3,0-5,0 мг-экв/100 г почвы), что связано с генезисом рыхлых отло-
жений (широким участием морских осадков) и их относительной мо-
лодостью. Следует отметить, что содержание обменного Na+ в не-
загрязненных почвах в пределах месторождений, как правило, пре-
вышает его концентрации в ППК аналогичных почв вне влияния неф-
теносных структур (табл. 4.3), что обусловлено существованием сла-
бых природных вторичных ореолов рассеяния солей, индицирующих
нефтеносные структуры.
Изменения некоторых свойств почв в сфере влияния место-
рождений полезных ископаемых известны достаточно давно. Это
нашло отражение в очень большом количестве публикаций и являет-
ся сейчас основой геохимических методов поисков полезных ископа-
емых и месторождений нефти в том числе (Зингер и др., 1973). Фак-
ты изменений некоторых почвенно-геохимических показателей на
месторождениях нефти в аридных и сухостепных ландшафтах уста-
новлены еще в 50-х годах В.А. Ковдой и П.С. Славиным. Выявлены
ореолы тяжелых углеводородов в почвах, фиксирующие месторож-
дения нефти (Флоровская, 1957; Иванов, 1969; Зингер и др., 1973), а
также ореолы брома и йода (Никаноров, Кузнецов, 1975). Увеличива-
ется общее количество битуминозных веществ, меняется характер
их распределения в профиле почв.
Полученные в процессе исследований материалы показывают,
что месторождения нефти в любых природных зонах оказывают за-
метное геохимическое давление на почвы. Поэтому при изучении
процессов вторичной ТГ геохимической трансформации ландшафтов
в районах добычи нефти следует иметь в виду, что местные почвы
уже обладают определенной спецификой, обусловленной влиянием
геохимии недр.
Вторичные изменения свойств коллоидных систем в загрязнён-
ных при добыче нефти почвах значительны (табл. 4.4). Непосред-
ственно после сброса в ландшафты загрязняющих веществ сумма
обменных катионов (относительно фона) может возрастать в
1,3-1,5 раза, вероятно, из-за сочетаний нескольких факторов: 1) повы-
137
Поглощающий комплекс незагрязненных почв разных нефтедобывающих районов России
Таблица 4.1
Природные условия Почва (разрез) Горизонт Глубина, см Поглощенные катионы, мг-экв /100 г Na, % от суммы катионов (с учетом гидроли-
Са* Mg* Н* А1* Na*
Тундровые тор- Т1 0-5 33 83 0,6 оз 133 1 7
фянисто-глеевые Т2 5-13 63 4,6 1,6 3,0 1,17 13
(Г-543) G 2040 1,7 43 03 63 0,86 1,0
Дерново-глеевые АО 0-5 42,4 5,7 оз н/опр 13 2,1
Is (В-954) BG 5-20 93 1,8 0,02 0,01 03 2,0
I Т1 0-7 5,0 6,0 0,4 5,8 1,3 09
f- Торфяные (Т-827) Т2 7-19 6,0 6,5 2,8 3,0 1,3 13
ТЗ 19-60 4,6 2,9 0,6 3,6 0,1 0,1
Тундровые тор- Т 0-13 1,7 1,1 0,1 20,9 03 0,8
& & фянисто-глеевые G1 13-30 0,9 0,4 0,1 23 0,1 0,7
(5-33) G2 30-50 13 0,6 н/опр 3,4 0,1 0,6
g о G3 50-60 0,8 0,3 н/опр 0,7 о,г 0,7
Лес Зап. Торфяные и тор- Т1 0-20 3,9 13 3,6 8,4 оз 0,1
фяники (91-29) Т2 2040 5,7 1,0 3,0 7,6 оз 0,1
ТЗ 40-60 11,9 1,6 1,4 4,0 оз 03
Оч 0-10 10,0 4,0 10,8 2,7 0,03 0,1
il §. Торфянисто- Т1 10-21 6,0 2,0 5,4 5,4 0,03 03
ж 2 'S подзолистые А1 21-26 0,7 0,7 0,9 6,0 0,03 0,4
<3 & о (93-10) А1А2 2640 0,7 оз 0,6 3,9 0,02 0,4
А2В 40-65 1,0 03 0,9 43 0,02 0,3
Bhg 65-105 1,7 0,7 оз 2,1 0,02 0,4
Продолжение табл. 4.1
Природные условия Горизонт Поглощенные катионы. мг-экв/100 г Na, % от суммы катионов
Почва (разрез) Глубина, cm Са* Mg* H* Al* Na* (с учетом гидроли- тической кислотности)
о & АО 0-5 2,0 13 03 03 0,1 ' 23
Подзолы иллк> А2 5-10 2,0 13 2,4 2,4 03 0,4
С ПЭ S' g 'g виаль но-желе- Bf 10-27 03 13 0,7 03 03 1,4
<3 ° зистые (29-13) BCg 65-116 0,7 0,7 0,6 03 03 13
G2 75-85 2,0 1,0 0,6 03 0,1 13
АО 0-10 143 3,4 03 0,6 03 1,0
s Al 10-16 9,9 2,4 03 13 0,1 0,7
s Дерново-подао- А2’ 16-29 3,6 13 23 3,0 0,1 0,6
Д 5 к s листые сугли- А2" 29-39 4,8 13 1,0 3,0 03 1,4
нисгые (230) А2В 39-52 12,8 43 03 2,0 0,1 0,6
,g 1 Bl 52-77 213 5,6 0,1 1,1 0,1 0,5
В2 77-99 20,9 53 0,1 0,6 03 0,6
s Дерново-глеевые Al 7-17 123 5,1 0,1 1,8 0,1 0,5
Q AlBg 1743 103 4,1 0,1 2,9 03 0,6
и глееватые (3002) Big 43-64 16,8 63 0,1 1,7 0,1 0,4
B2g 64-80 19,7 5,7 0,1 0,7 03 0,4
1 i i Anax 0-22 14,4 2,9 0,1 03 н/опр н/отф
Светло-серые A1A2 22-32 13,1 3,1 0,8 03 0,1 0,9
131 Bl 44-68 17,4 4,7 0,1 13 03 0,8
IdL пахотные (402) B2 68-94 20,4 63 0,1 0,7 03 0,7
BC 94-170 293 7,9 0,1 03 0,4 1,1
Таблица 4.2
Содержание обменного натрия в пахотных почвах гумидных ландшафтов
(Абрамян, Галстян, 1979)
Район исследования Почвы Окультурен- ность Генетический горизонт Na+, % от суммы катионов
Московская область дерново- подзолистые средняя Апах 0,2
сильная Апах 0,9
Кировская область подзолистые средняя Апах 0,1
сильная Апах 0,8
Таблица 4.3
Варьирование содержаний обменного натрия в ППК фоновых почв
территорий месторождений нефти и вне нефтяных структур
(на примере дерново-подзолистых почв Пермского Прикамья)
Почвы на территории месторождений нефти Почвы вне нефтяных структур
Раз- рез Гори- зонт Глуби- на, см Na*. мг-экв Na*. % от суммы катионов Раз- рез Гори- зонт Глуби- на, см Na*. мг-экв Na*, % от суммы катионов
221 АО 0-6 0,11 0,45 119 АО 0-7 0,04 0,15
А1 6-12 0,7 0,32 А1 7-12 0,03 0,31
А1А2 12-16 0,7 0,59 А1А2 12-20 0,02 0,07.
А2' 16-24 0,9 0,98 А2' .20-26 0,04 0,49
А2" 24-33 0,9 0,96 А2" 26-34 0,03 0,36
А2В 3347 0,1 0,59 А2В' 3443 0,06 0,39
В1 47-70 0,13 0,44 А2В" 43-56 0,04 0,19
В2 70-93 0,2 0,68 В1 56-75 0,06 0,27
ВЗ 93-120 0,22 1,76 В2 75-99 0,05 0,20
В4 120 0,24 2,46 ВЗ 99-120 0,08 0,40
222 АО 04 0,14 1,01 107 АО 0-5 0,02 0,08
А1 4-9 0,15 1,01 А1 5-10 0,02 0,18
А1А2 9-18 0,12 1,36 А1А2 10-26 0,02 0,39
А2' 18-23 0,7 4,82 А2 26-37 0,02 0,17
А2" 23-33 0,11 1,58 А2В 37-53 0,05 0,27
А2В 3347 0,13 0,30 В1 53-81 0,05 0,21
В1 47-74 0,18 0,39 В2' 81-107 0,03 0,13
В2 74-99 0,19 0,45 ВЗ 107-140 0,06 0,26
ВЗ 99-135 0,19 0,77
230 АО 0-10 0,18 0,95 115 АО 0-5 0,04 0,22
А1 10-16 0,10 0,71 А1 5-10 0,04 0,33
А1А2 16-29 0,06 0,57 А1А2 10-18 0,03 0,40
А2' 29-39 0,15 1,42 А2’ 18-26 0,01 0,0
А2" 39-52 0,12 0,61 А2" 26-32 0.02 0,32
А2В 52-77 0,13 0,46 А2В 32-51 0,03 0,18
В1 77-99 0,15 0,55 В1 51-87 0,07 0,29
В2 99-127 0,22 0,49 В2 87-112 0,07 0,32
ВЗ 127-150 0,21 0,70 ВЗ 112-145 0,11 0,48
м*
со
ST
S
е:
о
Л
Н
Поглощающий комплекс загрязненных почв в разных нефтедобывающих районах России
Na*, % от суммы катионов (с учетом гидролитической кислотности) 5,1 73 10,5 17,7 ** СП s© Оч оо со s© 1"Н 7,4 143 4,5 8,9 <ч <44 33$ 00 <*^ ООЛ СП СП vS' ГМ
1 Поглощенные катионы, мг-экв /100 г 3,7 7,0 1,7 0,4 О so Г-Л сГ os г-* Оч о 40 г* «П 00 о 40 о оо еч ОЛ ол ш оо сч «“Н
А Tf s© s© ' О О Оч s© SO С*^ оГ сГ о еч г.1-1 -1 S 11 1 н/опр н W н/опр II
•о о О О н/опр п и н II 1 и " duo/H Г-1 J J Sill
| Mg2* <4 <4 4 о о*, m о СЧ СП 0,8 0,7 0,4 0,4 <4*14 ООО 4 О О О о
*6 О СП Г- ~ о «и 37,1 43 173 7,1 00^ ООЛ s© сп сп еч сп oj. гг Ч-. gj гГсГ Я. А. <4 А. ш си еч
1 Глубина, см 0-4 4-18 18-29 29-43 0-7 7-20 20-34 42-50 0-5 5-13 13-34 34-45 м ? «А Л о «л 2 5 2 1 А о о 4 ° еч гч
Гори- зонт < «Я Т1 Т2 Тп Gh
Почвы (разрез) Тундровые торфянис- то-глеевые (Т-822) Торфяные (Т-950) Торфяные мерзлые (А-517) Дерново- глеевые (Х-812) Торфяно- перегной- но-глеевые (А-204)
Загряз- нитель Сырая нефть Сырая нефть Буровые растворы
Природные условия Типичная тундра ЕТР Южная тундра ЕТР
Продолжение табл. 4.4
Природные условия Загряз- нитель Почвы (разрез) Гори- зонт Глубина, СМ Поглощенные катионы, мг-экв /100 г Na*, % от суммы катионов (с учетом гидролитической кислотности)
Са1* Mg1* Н* А1н Na*
Лесотундра Туцдровые Т1 1-7 8,0 1,1 0,02 0,1 3,1 253
Зап. Сибири Сточные' торфянис- G1 7-24 23 0,6 0,02 03 3,1 36,1
воды то-глеевые G2 24-40 1,7 03 0,04 2, 2,6 233
(М-5) G3 40-66 13 0,4 0,04 4,7 1,5 11,4
Т1 1-5 53 13 03 4,9 0,3 0,8
Торфяные Т2 5-26 123 33 03 5,6 0,6 0,7
(М-17) ТЗ 26-57 53 1,4 оз 4,4 0,4 0,6
Т4 57-67 7,8 1,1 оз 43 0,9 03
Подзолы АпА1 3-6 6,4 2,1 0,02 2,6 0,07 0,5
Товарная иллюви- А2 6-9 1,0 0,3 0,02 0,4 0,05 2,1
нефть ально-же- Bh 9-15 1,0 0,4 н/опр 43 0,05 0,8
лезистые Blffe) 15-32 0,9 03 —"— 3,0 035 4,7
(Н-44) B2Fe 32-76 0,9 0,4 0,02 1,6 0,07 1,4
Торфяные Т1 0-5 93 3,8 0,8 13 0,07 0,1
иторфяни- ТЗ 12-35 11,0 63 1,4 11,0 032 03
ки(Тр-58) Т4 35-53 1,0 0,5 н/опр из 0,12 2,1
— G 53-85 5,0 2,4 0,8 юз 0,17 1,5
Продолжение табл. 4.4
Природные условия Загряз- нитель Почвы (разрез) Гори- зонт Глубина, СМ Поглощенные катионы, мг-экв /100 г Na*, % от суммы катионов (с учетом гидролитической кислотности)
Са1* Mg1* Н* др* Na*
Северная Торфяно- Т1 6-24 7,0 3,0 43 0,9 1,64 9,6
тайга Зап. Сырая Т2 24-29 2,0 2,0 4,5 163 0,60 2,4
Сибири подзоли- Ап 29-42 4,0 2,0 43 17,1 034 13
нефть сго-глее- А2 42-65 0,7 03 0,6 3,6 0,11 2,1
вые(93-2а) BG 65-100 1,0 оз 0,6 5,6 0,03 6,4
Торфяно- Оч 0-15 17,0 14,0 153 3,6 5,6 10,0
глеевые Т1 15-21 9,0 8,0 163 2,7 0,4 13
(СВ-5) Т2 21-40 7,0 7,0 153 1,8 0,4 1,4
Подговар- Подаолы АО 2-5 1,7 оз 0,6 н/обн 0,4 13,6
ныеводы ИЛЛЮВИ- A2h 5-10 53 0,7 0,6 >1 03 4,9
ально-же- А2Н 10-15 2,0 13 оз 03 оз 7,3
лезистые BIFeg 15-39 2,8 13 оз н/обн 0,5 12,0
(СВ-70) BCfg 115-144 13 0,3 оз оз 03 ИЗ
Торфяно- Т1 14-20 273 6,0 оз оз 43 10,6
Буровые глеевые и Т2 20-35 16,7 8,0 0,9 5,4 33 9,1
растворы торфяники ТЗ 35-61 23 2,0 5,1 43 1,4 9,1
(27-2) Тм 61-70 03 03 оз оз 0,1 8,6
Продолжение табл. 4.4
Na\ % от суммы катионов (с учетом гидролитической кислотности') т-м 00 *© СЧ \© тг* о т-Г ч? сг —< ГЧ ТГ СП S0 <4444 яГ сП СП яГ rf «-и я-и -Г 00 00 О —< оо <п rU4 г< —« гч »«И о 00 in о CN ЯГ оС о* 00 00 OS ^4 «-М <4 <ч ©к СП оо гч 00 яг *-» гч —
Поглощенные кантоны, мг-экв /100 г 1 +са А,'А ’l'А 4 СП СП СП яГ г* 00 —« СП СПСП ЯГ спюмисч СП яГ гч ГЧ гч —SO 00 «Л «-< 0^ I— ГЧ ГЧ СП «л мп СП — 1— О
-Ч..5 1 — oo«i О *8 г ООО "й 1 <44 444 О О О О СП н/обн н || и • н <49.11^ *“1 «Л гч S© О О н'обн 0,1 1,1 н/обн 0,8 0,1
5е 0,4 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 н/обн н 0,1 0,1 0,1 IJJ I'l '1 ‘1 '1 о о* о* o' о* о -1.Й ~ <4 "г <4 o’Jo-oo S
1 Лч- V) **t «-4 «-М ГЧ xt МП Г-4 ел СП сЧ ол о о ГЧ ГЧ яГ яг яг 2,0 1,0 2,0 1,6 0,7 4,7 о* сч °14. СП ГЧ >— СП V© оо
*6 «гч ) <ЧАП.4<Ч 00 1-н *П СП 00 ГЧ ГЧ ‘ ООО ОО ГЧ Г** 'О 1—1 WM СЧ ГЧ о о сч *4, 'А. 00 СП ш о сч о —• гч —• —• гч ’*1 Нч *4 '“А. *4 rf сп vn OsCs оо —• гч
Глубина, см мэ = 2 Я 5{£ о Д ds гч d> w-4 2 S ? 3 ~ ч « Q 6-14 14-21 .21-40 40-111 111-175 <> ss оо 5 о e-s <П О -я <П S Й S £ 3 S «—4
Гори- зонт _ <! и <<<322 00 иО-Эы - < < < й 2 й <2222 <: <<!<? 2 S Ш-ечО < < < т со д
Почвы (разрез) ь Дерново подзолис- тые сугли- нистые 1(708211) । Дерново- глеевые (3001) я «8 (20 Дерново- подаолис- тые (708209) Серые лес- ные супес- чано-легко- ; суглини- стые пахо- 1 тные (401) ।
Загряз- нитель Сырая нефть i Буровые растворы с нефтью Сточные хлорвдно- нэтриевые воды А £ Q S »А а § о 8 hhl В 8-S 81 1 Сырая нефть
Природные условия Южная тайга Перм- ского При- камья Лесостепь Пермского Прикамья 1
шения потенциала коллоидных систем при изменении реакции среды
(увеличение pH) в процессе загрязнения, что приводит к включению
в адсорбционную фазу новых функциональных групп (Воробьева, 1987;
Орлов, 1992); 2) увеличения количества собственно коллоидных час-
тиц при сбросе нефти и нефтепродуктов; 3) возрастания концентра-
ций почвенных растворов. В нейтральных и щелочных средах, ионо-
обменная емкость ППК остается постоянной (Пачепский и др., 1980).
В любых типах ненасыщенных почв (тундрово-глеевые, подзо-
лы, дерново-подзолистые и др.) наиболее резко меняются содержа-
ния ионов, определяющих кислотные свойства почв (Н+ и АР+). Про-
исходит их активное вытеснение уже на первых этапах загрязнения.
В поглощающий комплекс внедряется Na+ при одновременном уве-
личении содержаний Са2+ и Mg2+, что обусловлено составом поступа-
ющих в почвы водорастворимых солей (см. табл. 3.20). При этом,
несмотря на более низкий коэффициент селективности, количество
обменного натрия (вследствие закона действующих масс) может
составлять 25-40% от суммы катионов.
Подобные качественные и количественные изменения свойств
ППК характерны для почв северной тайги, тундры, лесотундры, ле-
состепи, где в исключительных случаях содержания Na+ могут дос-
тигать 45-68% (табл. 4.4). Внедрение Na+ в ППК (до 23,8% Na+ от
суммы катионов) выявлено в аллювиально-лугово-болотных почвах
(Горникова, Середина, 1985); высокие содержания ТГ обменного на-
трия обнаружены в ППК темно-серых почв, черноземов и др. (Сат-
таров и др., 1980; Даутов и др., 1981; Демурджан, Шеянова, 1982;
Гайнутдинов и др., 1982,1985,1986; Гилязов, 1991).
Повышение содержаний обменного натрия в загрязненных по-
чвах нефтедобывающих районов служит пусковым механизмом раз-
вития химического солонцового процесса*. Представляется, однако,
что только качественных изменений коллоидных систем (появление
Na+ в ППК) недостаточно для его возбуждения (о чём свидетель-
ствует присутствие Na+ в ППК любых фоновых почв). Реализация
процесса возможна только при достижении определённого критичес-
кого уровня количественных изменений структуры ППК.
В.И. Кирюшин (1975,1976) на основании экспериментальных
данных пришёл к выводу, что для развития типичных по морфологии
солонцов необходимо, чтобы содержание Na+ от ЕКО достигало 8-
10%; В.В. Окорков (1994) считает, что данный процесс может начи-
наться при содержании Na+ в ППК менее 8-10%. Исходя из этого (и
с учетом собственных наблюдений), представляется, что осрлонце-
' В настоящем разделе рассматривается только перестройка ППК — собственно фи-
зико-химическое осолонцевание. Возможные следствия этого процесса анализируют-
ся в следующих разделах.
10-1119 ,
145
вание почв может, вероятно, начинаться уже при содержании Na+ в
ППК. около 8%. Такие (и значительно выше) уровни обменного на-
трия обнаруживаются повсеместно в загрязнённых почвах нефтедо-
бывающих районов (см.табл. 4.4).
Интенсивность, формы и специфика преобразования ППК яв-
ляются функцией генетических свойств загрязненных почв и при про-
чих равных условиях (одинаковом количестве и составе поллютан-
тов, времени с момента загрязнения) в разных типах почв неодинако-
вы. Соответственно нижние пороговые уровни содержаний обменно-
го Na+ в ППК; необходимые для возбуждения солонцового процесса,
должны, вероятно, определяться индивидуально для разных типов
почв.
В общем случае относительно затруднено техногенное хими-
ческое осолонцевание почв с насыщенным ППК (дерново-карбонат-
ных, черноземов и др.) из-за блокирующей роли щелочно-земельных
катионов, обладающих более высокой энергией сорбции.
Менее устойчивы существенно минеральные почвы с относи-
тельно невысокой емкостью катионного обмена —тундрово-глеевые,
подзолы, дерново-подзолистые, светло-серые лесные и др.
Интенсивность внедрения натрия заметно ниже и в почвах с
очень высокой гидролитической кислотностью (торфянистых и тор-
фяных), наиболее характерных для северных тундровых и лесотунд-
ровых ландшафтов. Экспериментальное химическое осолонцевание
разных типов почв тундровых ландшафтов показало, что высокая
степень протонирования ППК и прочная связь протона с органоген-
ной матрицей тормозят ход процессов преобразования ППК торфя-
ных горизонтов. Экспериментально выявлена обратная линейная за-
висимость между количеством поглощенного натрия и гидролитичес-
кой кислотностью почв (Солнцева и др., 1996). Эксперименты пока-
зали, что минеральные оглеенные горизонты тундровых почв, харак-
теризующиеся удельной поверхностью 35-40 м2/г и емкостью кати-
онного обмена 12-15 мг-экв/100гпочвы, способны поглотить 0,6-0,7 г
Na+/100 г почвы. Торфяные горизонты, обладающие почти на поря-
док более развитой удельной поверхностью (300-400 м2/г) и емкос-
тью катионного обмена более 100мг-экв/100 г почвы, удерживают в
обменном состоянии ионов Na+ лишь в 2 раза больше, чем минераль-
ные горизонты. Это определяет и более низкие относительные со-
держания Na+ в ППК. Подобные соотношения сохраняются при раз-
личной минерализации вносимых (экспериментальных) растворов.
Соответственно относительная интенсивность физико-химического
осолонцевания существенно органогенных почв значительно ниже, чем
минеральных.
Закономерности ТГ трансформации свойств ППК заметно раз-
личаются не только в разных биоклиматических условиях (в соот-
146
ветствии с генетическими особенностями местных почв), но также
варьируют и в однотипных почвах в соответствии с механизмами
радиального и латерального поведения солей в ореоле засоления.
4.1.2. Радиальная дифференциация свойств поглощающего
комплекса почв. Динамика, механизмы и модели процессов
Своеобразие изменений профильной организации ППК в лю-
бых однотипных почвах, переживших стадию ТГ галогенеза, в коли-
чественном отношении контролируется свойствами ТГ потоков.
Влияние сточных вод и буровых растворов. При
сбросе в дерново-подзолистые почвы хлоридно-натриевых вод (с ми-
нерализацией 70-100 г/л) и буровых растворов, в составе которых так-
же высоки содержания хлоридов натрия, количество обменного на-
трия в ППК увеличивается по всему профилю, но это увеличение
неодинаково в разных горизонтах. Непосредственно после загрязне-
ния содержание обменного Na+ в верхних горизонтах возрастает до
11,3-16,1% от суммы катионов, что может быть в 3-ГО раз выше, чем
в нижних горизонтах (табл. 4.5). Контрастность перестроек коллоид-
ных систем верхних и нижних горизонтов загрязнённых сточными
водами и буровыми растворами почв сохраняется длительное вре-
мя. При этом, несмотря на полное вытеснение ионов Н+ и А13+, сум-
ма катионов в верхней части почв также увеличивается (табл. 4.6)
из-за изменения ёмкости коллоидных систем. Подобные радиальные
изменения свойств ППК происходят при засолении почв в любых
природных зонах. Так, в тундровых торфяно-глеевых почвах Зап.
Сибири при существенно более низких концентрациях солей в про-
мысловых водах (10-15 г/л) содержания обменного натрия через два
месяца после загрязнения составляют в верхних горизонтах 11%, а в
иллювиальной части профиля—4,5% (табл. 4.5, р.5-29). В торфяных
почвах через месяц после поступления в них буровых растворов от-
ношения содержаний обменного натрия в верхних и Ьижних горизон-
тах достигают 33:1 (табл. 4.5, р.27-2). Принципиально такой же ха-
рактер радиальной перестройки ППК (максимум обменного натрия
в верхней части почв) сохраняется в любой части ТГ ореола загряз-
нения — на разном расстоянии от источника выброса, но количествен-
но это выражается неодинаково.
Таким образом, при взаимодействии водорастворимых солей с
почвами (любых типов) возникающие в них признаки химической со-
лонцеватости проявляются в разных генетических горизонтах верти-
кального профиля неодинаково. На первых этапах развития процесса
наиболее высокие содержания Na* приурочены к самому верхнему —
органогенному горизонту, который и выступает в роли “солонцового”
147
’Данные О Сухие степи, Алтай' Лесостепь .Пермского Прикамья Южная тайга Пермского Прикамья Северная тайга Зап Сибири Лесотундра Зап Сибири Южная тундра ЕТР Природ- ные усло- вия TJ
•S g W со со fas Фоновые почвы Сырая нефть. Первый год Сточные воды. Две недели Буровые растворы. Один ме- сяц Сырая нефть. Пять меся- цев ' Буровые растворы. Три месяц а Сточные воды. Д ва месяца Сырая нефть. Два месяца Загрязни- тель. Время после загрязнения 2 S S т S £ «
1994.. Лугово- каштановый средний соло- нец Серые лесные (401) в 8g | о Торфяные (27-2) Торфянисто- подаолисто- глеевые (93-4) Подзолы ил- лювиально- железистые £2=39) Тундровые торфяно- глеевые (5-29) Болотные торфяно- глеевые (Х-952) Почва (разрез) распределение почвах сразу
о w to > N) и- £* ишоа>>> о> ьо — Kj С- Ь tn ass? я О 82н2 Горизонт я содер» после №
0-13 13-18 18-25 54-102 Ь- V» ЦЭ bJ . Р У мэ Q г ~ 3 м Сл С й w о (л о ° о V uj У1 ч) К) £ Ui О W ° . 0-6 6-10 10-47 47-60 Оч м> — £ 9° ? >р v X оо os м> -h- g Os оо © © 0-10 10-40 40-65 65-80 <5> оо р s’ X- К 5 О Ml 00 ° <Л W й V. © ГО Глуби- на, см г ы » = •S s< ж w о К СЛ
ь-* М W © м К) 1л оо ф» и» ю >— к* к-* W ps Ч> OS 00 \о 1Л о о £ О W м Ю м м W 00 Os *4 м о 1л 00 фь 1л К) К) м Ch О\ sj О\ оо Os *4*. © н- ►— tQ Ю ЬЭ A 4* J-* 00 Os oo 00 Os н- Н-* К) SO OS Os •— Os Lj Io Im Os Os М bJ SO ч) QO © 1л оо lj >— >-< j— UJ 00 -Q 00 О\ Os U) SO К) Емкость катионного обмена. мг-экв/100г 2 S я Л я К я X о о X
О\ у» к- оо os so Н- •— 4^ 00 Os 00 X- so © 13,7 16,1 12,0 7,0 зд О О Os LM А 1л Os К) J- © © ►— 00 »-* оо 1л К) os m i- w m 1- г- 1м г- н- н- bJ S © 1м о-Ъэ ►—* t— J—* UJ 1- К) К) К) Na’, % от суммы катионов (с уче- том гидролити- ческой кислот- ности) Таблица 4.5 атрия в
к z L, , 3 s , •-! - ” % г * , v 1,
Таблица 4.6
Динамика изменений свойств поглощающего комплекса загрязнённых почв (загрязнение не возобновлялось)
Природные условия, почвы Загрязнитель Сроки наблю- дений после загряжния Свойства генетических горизонтов почв Номер точки наблюдения
А1 А2 В1 В2
Южная тайга Пермского При- камья, дерново- подзолистые сточные хлорвд- но-нятриеиые 2 месяца 0,930 20.Г и 1,250 25,8 1,7 0,662 15 1,3 0,616 J2I- 1001
воды 1 год 0,М4 1,6 0,156 315 1,4 0,214 23.9 1,1 0,112 22,8 1,1 1101
4 года 0,150 7,2 1,4 0,112 16,4 1,5 0207 17,0 1,0 нет данных 470
18 лег 0,06 6,5 1.0 0,04 12,5 0,9 0,067 20.3 1,0 0,073 16,0 1,1 8213
сточные хлорвд- но-сульфалгные 1 год 0,200 7.1 0,7 0,100 12.6 1,4 0,060 10,0 1,1 0,054 102 1,0 8210
воды с нефтепро- дуктами 7 лег 0,027 3.4 0,3 0,050 1,2 1,3 0,110 2.3 1,3 0,100 2,8 1,0 82107
• сырая нефть 0,5 лег 0,770 14,6 1,6 0,798 24.4 1,4 0,750 14,3 1,2 0,662 8.9 1,0 207
10 лег 0,103 18.9 1,3 0,052 41,8 U 0,053 31,5 1,7 0,116 23.7 1,1 211
20 лег 0,095 19.9 0,6 0,041 43.0 0,8 0,087 45.9 0,9 0,093 39.1 0,9 2601
Лесостепь Пермского При- камья, светло- серые пахотные сырая нефть 1 год 0,500 213 Ь5 0,138 10,7 1,3 0,100 8.7 0,9 0,070 4,0 1,0 0401
10 лег 0,050 1.7 0,9 0,080 L5 0,9 0,080 3,0 1,3 0,090 2.5 1,1 8401
' Перед дробью — сумма солей (%); в числителе — обменный Na+, % от суммы катионов; в знаменателе — сумма катионов в кларках кон-
центрации
(табл. 4.5), что в общих чертах соответствует профилю обменного
натрия в юных солонцах.
Со временем (даже, если не происходило подновления ТГ по-
токов) структура ППК в вертикальном профиле почв постепенно пе-
рестраивается. В дерново-подзолистых почвах через год после заг-
рязнения на фоне резкого уменьшения количества солей содержание
Рис. 4.1. Динамика содержаний обменного на-
трия в профиле загрязненных сточными Cl-Na
водами дерново-подзолистых почв (южная
тайга Пермского Прикамья).
1 —фоновые почвы (среднее из 25 разрезов);
2 — через 2 месяца после загрязнения (сред-
нее из 5 разрезов); 3 — через 18 лет после
загрязнения (среднее из 3 разрезов)
обменного натрия в верхних
органогенных горизонтах со-
ставляет 23,3% от суммы ка-
тионов, в то время как макси-
мум техногеннб спровоциро-
ванной солонцеватости как бы
“сползает” в более глубокие
горизонты и составляет там
уже 38,7% (табл. 4.6, рис. 4.1).
По относительному содержа-
нию обменного натрия такие
почвы соответствуют много-
натриевым солонцам. Подоб-
ный профиль ППК (максималь-
ная солонцеватость в более глу-
боких горизонтах)становится
значительно ближе природным
прототипам. Аналогичный ха-
рактер изменений ППК: мак-
симум обменного натрия в вер-
хней части почв (на первых
этапах осолонцевания) и последующий сдвиг солонцеватости в более
глубокие горизонты выявлены экспериментально (табл. 4.7).
Таблица 4.7
Изменение содержаний обменного натрия (мг-экв/100 г) в почвах,
экспериментально загрязненных нефтепромысловыми сточными водами
(Гайнутдинов и др., 1986)
Почва Глубина, см
0-20 ' 20-40 40-60 60-80 80-100
Незагрязненная 1,0 0,4 0,3 0,4 • 0,5
Загрязненная Н,9 10,2 4,5 3,1 2,7
Загрязненная после промывки 12,4 12,7 9,5 8,0 7,3
Загрязненная после кислования 2,6 ‘ 8,3 9,8 7,1 7,3
150
Если загрязнение не повторяется, то интенсивность проявле-
ния физико-химической солонцеватости почв постепенно ослабевает
(см табл. 4.6). Скорость процессов перестройки ППК неодинакова в
разных горизонтах почв и асинхронна скорости их рассоления. Так,
если остаточные концентрации водорастворимых солей в дерново-
подзолистых почвах, загрязненных сточными хлоридно-натриевыми
водами, в горизонтах А2-В2 через 18 лет не превышают 0,073 %, то
физико-химическая солонцеватость этих же горизонтов по-прежнему
превышает 10% (табл. 4.6).
Преобразование свойств почвенного обменного комплекса не
ограничивается реакциями внедрения-вытеснения Na+. Происходит
изменение содержаний и других катионов. Динамику этих процессов
иллюстрирует рис. 4.2, из которого видно, что ТГ спровоцированное
Рис. 4.2. Динамика содержаний обменных Са2* и Mg2* в ППК дерново-подзолистых
,почв, загрязненных хлоридными водами (южная тайга Пермского Прикамья).
I — фоновые почвы (среднее из 25 разрезов); 2 — через год после загрязнения;
3 — через 10 лет после загрязнения
физико-химическое осолонцевание сопровождается: 1) на первом этапе
трансформации коллоидных систем увеличением содержаний в ППК
щелочно-земельных катионов, что не зависит от типа ТГ потока, по-
ступившего в почвы; 2) последующим разрушением ППК, когда со-
держания этих катионов могут уменьшиться почти на порядок по
сравнению с исходными (фоновыми) почвами, причем первоначаль-
но процесс затрагивает лишь верхнюю часть почв. Формируется рез-
ко контрастный радиальный профиль ППК: в верхних горизонтах
почв — ниже фонового уровня, в нижних — выше. Интенсивнее дан-
ный процесс наблюдается в почвах, загрязненных сульфатно-натрие-
выми водами (рис. 4.3). Постепенно процессы вторичного разруше-
ния ППК могут охватывать все почвенное тело.
Наиболее специфичны изменения поглощающего комплекса в
существенно органогенных почвах. Для них характерна не только
высокая буферность, но и значительная селективность перестройки
поглощающего комплекса. Несмотря на возможный очень высокий
151
уровень показателя адсорбируемости натрия (8АК)такие почвы в
поглощающем комплексе содержат заметно больше Са2+ и Mg2+, чем
Na+, при сохранении высокой протонированности ППК (табл. 4.8).
Рис. 4.3. Перестройка структуры ППК в загрязненных сточными сульфатно-натрие-
выми водами дерново-подзолистых почвах (южная тайга Пермского Прикамья).
I _ н+; 2 — АР*; 3 —Mg2*; 4 — Са2*; 5 — Na*.
Таблица 4.8
Влияние минерализованных вод на свойства торфяных почв
Почвы (разрез) Загрязни- тель Гори- зонт Глу- бина, см Обменные катио- ны, мг-экв / 100 г Обменная кислот- ность, мг- . экв/100 г Гид- роли- тиче- ская ки слот- ность, мг-экв 100 г Минера- лизация почвенно- грунто- вых всд/SAR
Са2* Mg2* Na* А13* н*
Торфяно- Сточные Т1 4-15 14,2 4,6 14,2 1,5 0,5 64,2 0,768
болотные минера- Т2 15-25 8,5 0,7 7,4 5,6 0,6 88,4 22,40
(5М-ЗО) лизован- ТЗ 25-33 4,9 2,1 5,1 8,2 0,6 98,9
Торфяные ные воды Т1 0-7 6,6 1,4 2,4 0,6 0,4 37,6 0,222
отундро- и неф- Т2 7.-15 5,9 0,6 2,0 4,7 1,3 92,8
велые, тяные ТЗ 15-25 10,2 1,4 2,1 8,3 1,0 98,9 11,15
(5-131) шламы
Торфяные Т1 6-10 1,7 0,5 0,1 13,4 2,8 160,1
отундро- Фоновые Т2 10-19 1,4 0,4 0,2 14,2 2,8 156,6 0,0п
велые5 ТЗ 19-32 1,5 0,3 0,2 12,8 2,6 154,0 —•
(5ф-50) /
Таким образом, посттехногенные процессы в почвах, загряз-
ненных сточными минерализованными водами (любого состава), при-
водят с течением времени к уменьшению общей емкости коллоид-
ных систем (несмотря на восстановление в почвах ионов Н* и А13+).
152
Приведенные материалы подтверждают предположение
К.К. Гедройца (1955) о том, что при воздействии на почвы нейтраль-
ных солей: “...нельзя ручаться, что не происходит никаких измене-
ний в существе поглощающего комплекса, а лишь только обмен ка-
тионов”.
Влияние сырой нефти. Взаимодействие сырой нефти с /
почвенной массой также приводит к перестройке свойств почвенных
коллоидных систем: изменению их емкости из-за увеличения массы
органических коллоидов и изменению состава поглощающего комп-
лекса вследствие внедрения обменного натрия. Процессы физико-
химического осолонцевания загрязненных нефтью почв и в этих слу-
чаях осуществляются в несколько этапов.
Стадии преобразования ППК нефтезагрязненных и засоленных
сточными водами почв также аналогичны: максимальные проявле-
ния интенсивности процесса в верхних горизонтах почв постепенно
затухают, и максимальная физико-химическая солонцеватость “опус-
кается” в нижнюю часть профиля (см табл. 4.5, 4.6).
Скорость преобразования ППК нижних горизонтов также от-
стает от скорости трансформации верхней части профиля. Как и в
загрязненных сточными водами почвах, асинхронность процессов
характерна не только для Na+ (достаточно экзотического компонен-
та для поглощающего комплекса гумидных почв), но и любых других
катионов и не зависит от исходного состава ТГ потоков. Разница зак-
лючается' в относительной устойчивости обменного натрия в ППК
нефтезагрязненных почв (при прочих равных условиях—одном типе
почв, одинаковом уровне первичного засоления и т.д.). Как видно из
табл. 4.6, динамика радиального преобразования коллоидных систем
нефтезагрязненных почв иная. Это обусловлено, вероятно, неодина-
ковой устойчивостью самих загрязнителей: более длительным сохра-
нением в почвах нефти и в связи с этим растянутостью стадии ТГ
галогенеза. В результате постоянно поддерживается поступление Na+
в почвенные растворы (по мере освобождения солей, связанных в
нефтяных эмульсиях). Так, через год после загрязнения почв сточ-
ными водами сумма остаточных солей ни в одном горизонте не пре-
вышает 0,214% (табл. 4.6), в то время как в нефтезагрязнённых по-
чвах’ приблизительно за те же сроки не опускается ниже 0,660%.
Вне зависимости от типа техногенного потока (нефть, сточные \/
воды, буровые растворы или другие солесодержащие выбросы) в
существенно минеральных почвах верхние горизонты (Al, А2) обла-
дают более коротким характерным временем трансформации свойств
’ В сравниваемых случаях содержания простых солей в ТГ потоках — сточных водах
и сырой нефти (пластовой жидкости) —близки и составляют более 100 г/л.
153
ППК: быстрее достигают максимально возможных пиков изменений
(рис. 4.4А) и соответственно быстрее “входят” в процесс стабилиза-
ции (“осолодения”).
Рис. 4.4. Тренды изменений свойств ППК в разных генетических горизонтах загрязнен-
ных нефтью почв (дерново-подзолистые почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
А —динамика степени физико-химической солонцеватости (Na*, % от S катио-
нов); Б — динамика емкости катионного обмена (S Са2*, Mg2*, Na*, Н*, АР* в
кларках концентрации Кк).
Нижние иллювиальные горизонты (Bl, В2) характеризуются
более длительными временами деградации — стабилизации свойств
ППК. Имеющиеся ряды прямых динамических наблюдений за со-
стоянием нефтезагрязненных дерново-подзолистых почв свидетель-
ствуют, что двадцатилетний срок после загрязнения недостаточен
для стабилизации свойств дисперсных систем. Интенсивность физи-
ко-химического осолонцевания иллювиальной части профиля (при пол-
ной потере солей) может достигать к этому времени очень высокого
уровня —43-45% от суммы катионов при сохранении солонцеватос-
ти верхних (А 1, А2) горизонтов около 20,0-30,0% (табл. 4.6, рис. 4.4 А).
В загрязненных минерализованными водами почвах процесс стаби-
лизации также превышает 18-летний срок (табл. 4.6).
При сохранении высокого уровня физико-химической солонце-
ватости почв с течением времени в них нарастает процесс разруше-
ния ППК. Происходит уменьшение общей ёмкости коллоидных сис-
тем. Сумма катионов составляет не более 0,7 от исходного уровня
(табл. 4.6, рис. 4.4 Б).
Таким образом, тренды изменений вторичной физико-химичес-
кой солонцеватости почв, переживших стадию ТГ галогенеза, не со-
впадают с трендами изменений солевого профиля этих почв. Иной
временной цикл имеют и тренды изменений емкости коллоидных си-
стем. Особенно велика асинхронность процессов в нижних горизон-
154
тах почв, в которых рост солонцеватости осуществляется на фоне
разрушения сорбционного комплекса.
Основные механизмы и модели трансформации
свойств ППК. Динамика процессов. Как видно из изло-
женного выше материала, общие закономерности преобразования
почвенного поглощающего комплекса в районах добычи нефти—четко
выраженные стадиальность и асинхронность геохимических измене-
ний почвенной массы каждого генетического горизонта. Асинхрон-
ность однонаправленных (однофазовых) геохимических сдвигов в
разных частях вертикального профиля почв обусловлена: 1) измене-
нием концентраций мигрирующих вниз по профилю растворов; 2) пре-
образованием их качественного состава в результате ионообменных
процессов между почвой и раствором. Общая модель первого этапа
взаимосвязанных процессов в системе раствор —почвенный погло-
щающий комплекс — может быть представлена следующей схемой:
Принципиальная модель процессов трансформации ППК
ненасыщенных почв и поступивших в них сточных вод
(первый этап преобразования — физико-химическое осолонцевание)*
Возможные продук- ты вторичных реак- ций, сбрасываемые в почвенные растворы НГ-СГ; llT-SO? 2Н*-СО32'(Н2О + СО2) А13+-ЗСГ; 2A13+-3SO42‘
Следствием обменных процессов почва — ТГ поток служит по-
явление в почвенных растворах веществ, отсутствующих как в исход-
ных (природных) растворах, так и в поступивших с ТГ потоками. В по-
чвах гумидных ландшафтов в нижележащие горизонты, кроме первич-
ных загрязнителей, сбрасываются и кислые продукты вторичных реак-
ций, что, как и предполагали К.К. Гедройц (1928) и В.А.Ковда (1937),
тормозит их осолонцевание. В таких почвах вытесняемые из НИК
верхних горизонтов ионы Н+ и А13+ поступают в почвенный ра-
створ и входят в ППК нижних горизонтов, частично блокируя вхож-
* Так как рассматривается только принципиальная модель процесса техногенного
химического осолонцевания почв, в схеме приведены лишь преобладающие в ТГ по-
токах соли — NaCl, Na2SO4, NaHCO}
155
дение Na* (Солнцева, Садов, 1997). Происходит своеобразный “кис-
лотный удар”, изменяющий щелочно-кислотные свойства почв и зат-
рудняющий процесс ихосолонцевания. Формируются инверсии про-
фильного распределения катионов, определяющих почвенную кислот-
ность: очень низкие содержания (или отсутствие) в верхних горизон-
тах, существенное увеличение — в нижних (рис. 4.5).
Возникает первичная дивергенция химических свойств разных
горизонтов почв и протекающих в них процессов.
При взаимодействии аналогичных по составу ТГ потоков с на-
сыщенными почвами соответствующая модель процесса несколько
иная и может быть представлена следующей схемой.
Принципиальная модель процессов трансформации ППК
насыщенных почв и поступивших в них сточных вод
В этом случае вытесняемые из обменного состояния ионы Са2+
связываются с почвенным СО2 — в карбонат кальция, выпадающим
в осадок, что в свою очередь сдвигает равновесие обмена в сторону
усиления вытеснения ионами Na* ионов Са2+ (Окорков, 1994).
Результатом обменных процессов в этом случае может быть
вторичное минералообразование в почвенной массе — окарбоначи-
вание (й огипсование в случае заметных концентраций в ТГ раство-
рах сульфата натрия), что наблюдается в загрязненных чернозёмах и
каштановых почвах и смоделировано в лабораторных условиях. Так,
при действии сульфатов натрия происходит огипсование выщелочен-
ных черноземов, а при наличии соды в растворе — их окарбоначива-
ние. Единичные кристаллы гипса и карбонатов могут отмечаться и в
сухих ненарушенных образцах выщелоченных почв (в их иллювиаль-
ных горизонтах) через небольшие сроки (не более 4-6 месяцев) пос-
ле загрязнения.
Различия в адсорбции, возникающие в процессе транзита ра-
створов через слой даже однородного сорбента, вытекают из теории
156
хроматографии и доказаны экспериментально (Filep, 1972). Эти про-
цессы лежат в основе стадиального метаморфизма циркулирующих
в почвах растворов (из-за ионообменных реакций) и в основе расхож-
дения (дивергенции) свойств разных горизонтов почв.
А
Рис. 4.5. Распределение Н* и АР* (сумма) в фоновых и загрязненных сточными вода-
ми почвах.
А — тундрово-глеевые (6 месяцев после загрязнения); Б — дерново-подзолистые
(3 месяца после загрязнения). 1 — фоновые почвы; 2 — загрязненные почвы
Интенсивность вторичных процессов определяется исходны-
ми свойствами ППК, длительностью взаимодействия'ТГ раствор —
почвенная масса, различным содержанием веществ, поступающих с
ТГ потоками.
На первом этапе преобразования коллоидных систем количе-
ство вторичных веществ, которые потенциально могут быть сбро-
шены в миграционные потоки в результате обменных процессов, ли-
митируются составом и концентрацией ионов в ППК фоновых почв.
Если принять для гумусовых горизонтов (для 15 см слоя) дерново-
подзолистых почв средние содержания Н+ в ППК равными 0,47 мг-
экв/100 г (среднее из 25 проб горизонта А1 из почв в пределах одного
из промыслов в южной тайге Пермского Прикамья), то в объеме почв
100 х 100 х 0,15 м при плотности почвенной массы 1,2 г/см3, предель-
157
ное количество свободного протона составляет 8,46 кг, но в пересче-
те на соляную кислоту — это уже 308,8 кг.
Второй этап трансформаций свойств коллоидных систем так-
же обусловлен особым комплексом взаимосвязанных геохимичес-
ких процессов. Восстановление биологического функционирования
загрязненных почв после освобождения их верхних горизонтов от
токсичных концентраций солей приводит к усилению разложения ра-
стительных остатков, а в нефтезагрязненных почвах — к активиза-
ции физико-химической и микробиологической деструкции БВ, что в
свою очередь увеличивает поступление в почвенные растворы ионов
водорода из-за появления углекислоты, органических (собственно
почвенных) и неспецифических кислот. Общая модель ионообмен-
ных процессов*, возникающих при этом в трансформированных по-
чвах на данном этапе, может быть представлена схемой.
Принципиальная модель преобразования ППК техногенно осолониованных
почв (второй этап трансформации — “осолодение”)
В результате селективности обмена в почвенный раствор по-
ступают преимущественно ионы натрия. Вытесненный из верхних
горизонтов Na+ усиливает осолонцовывающую силу растворов при
той же концентрации солей (Окорков, 1994). Наиболее агрессивный
продукт обмена — двууглекислая сода, при появлении которой со-
став и геохимическая роль почвенных растворов вновь резко меня-
ются. Усиливается контрастность радиальной дивергенции свойств
‘ Как и в предыдущем случае рассматривается только принципиальная модель про-
цесса ТГ рассолонцевания (“осолодения”) почв, в связи с чем в схеме приводятся
лишь некоторые простые кислоты, образующиеся при деструкции органических ве-
ществ.
158
отдельных частей почвенного профиля. Натрий соды не только ком-
пенсирует частичную потерю элемента из нижних горизонтов (вслед-
ствие общих миграционных процессов), но действует на их ППК энер-
гичнее, чем первичные хлориды и сульфаты натрия (что отмечал для
природных почв еще К.К. Гедройц, 1928), активно вытесняя из этих
горизонтов остаточные Н+ и А13+. Дополнительный привнос натрия из
верхних горизонтов, особенно натрия соды, определяет не только ста-
билизацию химической солонцеватости нижней части профиля, но
увеличивает интенсивность этого процесса (см. табл. 4.6, рис. 4.4,А).
Предельное количество соды; которое может появиться в по-
чвенных растворах в результате обменных реакций, зависит от со-
держаний ионов Na+ в ППК. Если принять среднее содержание об-
менного натрия в верхних горизонтах (0-15 см) однократно загряз-
ненных дерново-подзолистых почв, равным 2,7 мг-экв/100 г (что со-
ответствует реальным средним значениям в загрязненных верхних
горизонтах почв на одном из промыслов в ландшафтах южной тайги),
то из почвы объемом 100 х 100 х 0,15 м при плотности почвенной
массы 1,2 г/см3 в нижние горизонты может быть постепенно сброше-
но более 3,7 т двууглекислой соды (при условии, что в ППК останется
не менее 0,2 мг-экв/100 rNa+), т.е. мощность техногенно обусловленных
вторичных галогеохимических процессов чрезвычайно велика.
Общая схема преобразования состава коллоидных систем в
исходно насыщенных почвах на этом этапе их развития аналогична
рассмотренной выше. Однако результаты процесса несколько иные.
Если вторичное внедрение ионов водорода в ППК исходно ненасы-
щенных почв определяет как бы его стабилизацию (восстановление
природоподобного состояния), то появление ионов Н+ в ППК исходно
насыщенных почв может свидетельствовать о дальнейшем углубле-
нии разрушительных процессов и усилении качественных различий
исходных и трансформированных сорбционных систем.
Приведенные данные свидетельствуют не только о мощности
происходящих в почвах вторичных геохимических изменений, но и -
важной роли продуктов вторичных реакций в изменении свойств почв.
Представляется также, что подобные модели — смены химическо-
го состава растворов на пути их внутрипочвенной миграции — уни-
версальная закономерность функционирования и эволюции природных
почвенных тел, определяющая дифференциацию почвенного профиля
на генетические горизонты, что отчетливо видно по изменениям со-
става лизиметрических вод, поступающих из различных горизонтов.
На любом из этапов трансформации коллоидных систем со-
храняется дивергенция наложенных геохимических процессов меж-
ду разными частями вертикального профиля почв. Чем больше по
глубине разобщены генетические горизонты, тем резче на каждый
J59
момент времени выражена дивергенция процессов и свойств ППК.
При этом за 20 лет прямых наблюдений за состоянием исходно нена-
сыщенных почв южной тайги и 25 лет — с использованием датиро-
ванных эталонов — не зафиксировано возврата ППК к первоначаль-
ному состоянию (по содержаниям катионов). Неодинакова также ско-
рость и продолжительность отдельных стадий трансформации ППК.
Наиболее замедлены процессы рассолонцевания-осолодения нижних
горизонтов. В почвах с насыщенным ППК эти процессы могут рас-
тягиваться на десятки лет или даже быть необратимы.
4.1.3. Латеральная дифференциация свойств почвенного поглощаю-
щего комплекса. Динамика, механизмы и модели процессов
В соответствии со стадийностью латерального развития соле-
вых ореолов выделяется несколько этапов латеральной дифференци-
ации ППК с характерными для них геохимическими процессами.
Первый этап латеральной дифференциации
структуры и свойств ППК соответствует стадии сингенеза
ТГ солевых ореолов. На этом этапе максимальное увеличение емко-
сти поглощающего комплекса отмечается в почвах ядра ТГ ореола.
По площади ореола почвы, максимально насыщенные двухвалент-
ными катионами Са2+ и Mg2+, пространственно “разведены” с почва-
ми, в ППК которых преобладает обменный Na+ (рис. 4.6), и этот про-
цесс в основных чертах не зависит от типа ТГ потоков.
Анализ соотношений между сорбционно-обменными процесса-
ми и метаморфизацией солей на пути движения ТГ потока позволяет
представить общую модель и основные механизмы первичной про-
странственной дифференциации ППК загрязненных почв (табл. 4.9).
Выявленная в процессе исследований опережающая “отгонка”
к периферии ореолов преимущественно натриевых соединений опре-
деляет сужение отношений Na+ к сумме Са2+ и Mg2+ в “остаточных”
растворах в почвах ядра ореолов загрязнения. В результате в почвах
вблизи источников выброса солей осуществляется частичное “бло-
кирование” вхождения Na+ в ППК. Одновременно происходит рас-
ширение отношений Na+ к сумме Са2+ и Mg2+ в составе почвенных
растворов, сбрасывающихся в периферические зоны ТГ ореолов
(табл. 4.10). Из полученных данных видно, что по мере удаления от
ядра ореола в водах, мигрирующих в почвах, происходит рост S AR, и,
несмотря на постепенное уменьшение общей минерализации мигри-
рующих вод, они сохраняют и даже увеличивают осолонцовываю-
щую силу. В результате происходит увеличение степени физико-хи-
мической солонцеватости почв по мере удаления от центра анома-
лии.
160
II- 1119
Модель первичной латеральной трансформации ТГ потоков й ППК
(соответствует стадии сингенеза солевых ореолов загрязнения)
Таблица 4.10
Трансформация состава почвенно-грунтовых вод в разных зонах ореола
загрязнения (лесотундра Зап. Сибири, сточные промысловые воды
нефтегазоконденсатного месторождения)
Зона орео- ла загряз- нения, расстояние от источ- ника вы- броса, м . мг экв/100 г Анионы, m Y— мг Катионы, МГУ*Г SAR Сухой остаток, мг-л
НСО/ сг SO?‘ Са2* Mg2+ Na* К*
Ядро оре- ола, 20 5.42 331,0 L52 55,0 0.08 4,0 0.80 16,0 2.62 31,0 7.56 174,0 ал 12,0 5,78 623,0
Средняя часть, 80 2.46 150,0 9.88 340,0 0.08 4,0 0.05 4,0 0.45 5,0 1130 260,0 0.05 го 22,4 768,0
Краевая часть, 140 ЙЛ 32,0 9.84 344,0 0.12 6,0 0.70 14,0 0.80 10,0 9.65 222,0 0.08 1,0 ИД 629,0
Уменьшение общей минерализации растворов при их движении
в почвах сопровождается: 1) уменьшением содержаний щелочно-зе-
мельных катионов и расширением отношений Na+ к сумме Са2+ й
Mg2+; 2) постепенным накоплением в потоках кислых продуктов ион-
ного обмена (главным образом соединений водорода и алюминия).
Вследствие протонирования растворов* интенсивность. ТГ химичес-
кого осолонцевания почв ослабевает. Содержание Na+ в ППК как в
мг-экв, так и в процентах от суммы катионов вновь снижается
(рис. 4.7). На этом этапе в поглощающем комплексе почв краевых
зон ТГ ореолов еще сохраняются Н+ и А13+ (особенно в их нижних
горизонтах). Таким образом, представленная в табл. 4.9 модель про-
цесса трансформации солевых ореолов хорошо согласуется с эмпи-
рическими данными (рис. 4.7,4.8).
В почвах с насыщенным поглощающим комплексом можно
ожидать усиление процессов химического осолонцевания и в краевой
зоне солевых ореолов загрязнения.
Эпигенетический (посттехногенный) этап лате-
ральной дифференциации структуры и свойств ППК.
Высокая динамичность ионообменных процессов приводит к тому,
* Вторичное протонирование растворов из-за ионообменных процессов происходит
только в почвах с ненасыщенным поглощающим комплексом.
163
что пространственный “рисунок” распределения поглощенных кати-
онов и емкости катионного обмена непрерывно меняется. Перестройка
поглощающего комплекса почв осуществляется как в пространстве
(по всей площади техногенного ореола), так и во времени.
1; 2; 3 I 12; 22 ' 32
Sd/ю * Средняя > Рраебая
ореола [ ужа J у>на ореола
Рис. 4.7. Средние содержания обменного Na* в почвах разных частей ТГ
ореолов (на примере загрязнения хлоридно-натриевыми водами, южная
тайга Пермского Прикамья)
Расстояние от ucmov-
никод выброса /м).
ра^рероб
Рис. 4.8. “Остаточные” {
содержания обменного
Н* (мг-экв/100 г) в заг- ~
рязненных сточными во- •; ‘
дами почвах на разном '
расстоянии от источника
выброса(дерново-под- Q
золистые почвы, южная
тайга Пермского Прика-
мья): J
1 — не обнаружено; 2 —
0,01-0,05; 3-0,05-0,10; '
4—0,10-0,15;5—более
0,15
В почвах ядра ТГ солевых ореолов и частично в их средней
зоне содержание обменного натрия (как и других поглощенных кати-
онов) постепенно уменьшается, при этом усиливается контрастность
протекающих процессов. Одновременно максимумы проявления хи-
мической солонцеватости “сдвигаются” в почвы внешней зоны ТГ
ореолов (рис. 4.9).
Обобщенная модель данной стадии латеральной перестройки
ППК может быть представлена схемой (табл. 4.11). Освобождение
центральной части ТГ ореола от менее подвижных соединений, “от-
ставших” на первом этапе его формирования (СаСО3, CaSO4 и др.),
164
объясняет их появление в почвах, сопряженных с ядром ореола — в
его средней зоне. Одновременно сюда приходят кислые продукты
разложения растительных остатков и(или) нефти —• органические и
минеральные кислоты, являющиеся донорами протонов. Устанавли-
ваются новые равновесия между почвенным раствором и ППК, что
вызывает выход в почвенный раствор обменного натрия. Вследствие
этого в почвы краевых зон ТГ ореолов продолжается сброс раство-
ров с повышенной осолонцовывающей силой, что обусловлено появ-
Рис. 4.9. Динамика изменений свойств поглощающего юмплексадерново-подзолисты
суглинистых почв после загрязнения их сточными высокоминерализованными водами
L Через две недели после загрязнения: А — органогенные горизонты АО, А
(0-16 см): Б — иллювиальные горизонты В1 (60-100 см); 11. Через 4 года поел
загрязнения: В — органогенные горизонты АО, А1 (0-16 см); Г — иллювиал!
ные горизонты В1 (60-100 см)
16
1 лением в них карбонатов и сульфатов натрия и увеличения общей
минерализации. Продолжается “выброс” водорастворимых солей и
за пределы первичного контура загрязнения, где может формироваться
вторичная “солевая оторочка”. Результатом расширения солевых
ореолов является активизация физико-химического солонцового про-
цесса в почвах краевых зон ореола и “выход” процесса в сопредель-
ные почвы за пределами контура первичного загрязнения (рис. 4.10;
4.11), что происходит в любых природных зонах й в разных типах ТГ
ореолов.
Рис. 4.10. Средние содержания обменного Na* (мг-экв/100 г) в почвах разных частей
ТГ ореола и его внешней зоны через 4 года после загрязнения сточными водами
(дерново-подзолистые почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
Со временем формируется “обращенная” пространственная
зональность структуры поглощающего комплекса: почвы с макси-
мальным содержанием обменного Na+ “обрамляют” контур первич-
ного ореола загрязнения (см. рис. 4.10). Это общая закономерность
пространственного проявления технопедогенеза в районах нефтепро-
мыслов, однако, скорость и интенсивность вторичных процессов в
нефтезагрязненных и засоленных сточными водами почвах неодина-
кова.
В почвах ореолов нефтяного загрязнения процессы преобразо-
вания поглощающего комплекса также меняются как в пространстве,
так и во времени (табл. 4.12, 4.13), но за двадцатилетний срок пря-
мых динамических наблюдений “обращённый” ореол не сформиро-
вался. Не отмечено и заметного ослабления физико-химической со-
лонцеватости почв ядра ореола, хотя и происходит ее нарастание в
почвах краевых зон.
Физико-химическое осолонцевание почв за пределами первич-
ного контура загрязнения специфично: на первом этапе трансформа-
ции поглощающего комплекса при увеличении содержаний обменно-
167
A
CM
i?GD «CE «E] 20(73 2iG3 etc?®]
Рис. 4.11. Пространственное варьирование химических свойств дерново-подзолистых
почв в пределах “внешней” зоны техногенного ореола (через 20 лет после аварии).
A — Na' водорастворимый (мг-экв/100 г):1 — 0,1-0,2; 2 — 0,2-0,3; 3 — 0,3-0,4;
4 — 0,4-0,5; 5 — 0,5-0,6; Б — Na* обменный (мг-экв/100 г): 6 — 0,4-0,5; 7 — 0,5-1,0;
8 — 1,0-2,0; 9 — 2,0-3,0; 10 — 3,0-4,0; 11 — более 4,0; В — Н* обменный (мг-экв/
100 г): 12 — менее 0,3; 13 — 0,3-0,5; 14 — 0,5-1,0; 15 — 1,0-2,0; 16 — 2,0-4,0; Г —
схема участка аварии: 17 —аварийная скважина, затампонированная 20 лет назад до
момента исследования; 18 — внешняя защитная обваловка; 19 — амбары для при-
ема минерализованных вод; 20 — направление стока минерализованных вод; 21 —
направление внутрипочвенного стока; 22 — № точки наблюдения
Таблица 4.12
Изменение средних содержаний обменных катионов в загрязнённых нефтью
пахотных дерново-позолистых почвах в пространстве и во времени
(южная тайга Пермского Прикамья)
Мощ- ность прорабо- танной толщи, см Сроки после 1агряз< нения Расстояние от источника загрязнения' Фоновые почвы
1 м 100м 200 м Са*+ Mg* (мг-экв) Na*, % от сум- мы катионов
Ca2*+Mg* (мг-экв) Na*, % от- суммы юпюнов Ca*+Mg* (мг-экв) Na*,%or суммы «тонов Ca*+Mg* (мг-экв) Na*,%or суммы катионов
0-150 5 меся цев 7,4 16,1 9,6 6.7 7,9 1,7 11.5 1.1
3,5 года 5.8 24,1 6,1 8,2 6.4 3,0
Таблица 4.13
Изменение свойств поглощающего комплекса целинных лесных дерново-
подзолистых тяжелосуглинистых почв в разных частях ореолов нефтяного
загрязнения (южная тайга Пермского Прикамья)
Положение почвы в пре- делах ореола загрязне- ния (разрез) Время после за- грязнения Гори- зонт Глубина, см Na+, % от сум- мы катионов
А1 6-15 14,9
Центральная часть А2 15-32 41,8
(8211) В1 49-76 46,8
10 лет А1 7-18 16,1
Краевая часть (8212) А2 18-32 21,9
В1 49-75 17,3
• А1 7-18 20,1
Центральная часть А2 18-27 34,0
(260) 20 лег В1 41-68 45,9
А2 20-30 19,5
Краевая часть (5302) В1 50-68 33,5
го Na+ относительно фона (в 3,5-5,0 раз и более) содержания Са2+ и
Mg2+ в ППК сохраняются на том же уровне, а ионы, определяющие
почвенную кислотность (Н+ и А13+), полностью не вытесняются. Со
временем пульсирующий (в соответствии с погодными условиями)
подток слабо минерализованных вод из основной части ореола при-
водит к более глубоким изменениям ППК этих почв и к еще более
активному расширению площади трансформированных'ландшаф-
тов — образованию широкого пояса глубоко солонцеватых почв
(см.рис. 4.10). При этом скорость деградации ППК высокая
(табл. 4.14).
169
В отличие от представлений Н.И. Базилевич (1967), признаков
осолодения почв, периодически обрабатывающихся слабо минера-
лизованными водами (по крайней мере, в первые годы их преобразо-
вания), не отмечается.
Таблица 4.14
Изменение свойств поглощающего комплекса почв “внешней” зоны ореолов
загрязнения (южная тайга Пермского Прикамья, дерново-подзолистые
почвы, хлоридно-натриевые воды)
Год наблю- дения после загрязнения Разрез Гори- зонт Глуби- на, см Обменные катионы, мг-экв/100 г Na*, % от суммы катионов Сумма солей, .%
Са2* Mg2* Н*+А1’* Na*
А1 5-15 14,6 3,4 0,1 0,34 1,84 0,069
А1А2 15-21 12,0 3,6 0,1 0,58 3,56 0,029
1980, 80490 А2 21-34 6,0 2,8 0,1 0,97 9,80 0,030
три года А2В 46-64 8,8 2,5 1,3 2,69 17,60 0,050
В1 64-87 14,0 5,8 Ы 3,87 15,60 0,050
В2 87-110 17,6 6,0 0,5 4,04 14,40 0,065
А1 6-15 15,2 2,3 0,05 0,40 2,23 0,056
1981, А1А2 15-24 10,6 2,0 0,1 0,30 2,30 0,067
81490 А2 24-31 7,0 1,2 0,5 0,90 9,37 , 0,054
четыре А2В 40-52 8,5 1,6 н/д 3,20 54,10 0,075
года В1 52-70 14,0 4,4 2,0 5,90 22,40 0,073
В2 70-115 16,3 5,8 0,8 4,30 15,80 0,092
Таким образом, процессы ТГ физико-химического осолонцева-
ния почв осуществляются: 1) при ТГ засолении (в контуре первично-
го ТГ ореола), что согласуется с представлениями К.К. Гедройца (1928);
2) в результате периодической обработки почв слабыми растворами,
т.е. без стадии первоначального засоления (внешняя зона ТГ ореолов),
что соответствует представлениям К.Д. Глинки (1926). Вероятно, обе
модели возникновения физико-химического осолонцевания почв и пос-
ледующего развития слонцового процесса равноправны.
Дальнейшие закономерности перестройки ППК в почвах зоны
вторичного расширения площади ТГ ореолов не выявлены. Как дол-
го будут длиться процессы устойчивого накопления Na+ в поглощаю-
щем комплексе этих почв, насколько велика возможность усиления
их осолонцевания (при постоянном подтоке солей, хотя и невысокой
минерализации)? Представляется, однако, что процессы возможного
рассолонцевания почв в этой части ТГ ореолов значительно отдале-
ны во времени.
Остается открытым вопрос о дальнейшей геохимической судь-
бе и роли ионов Н+ и А13*, вытесняемых при обменных реакциях в
почвенный раствор. По-видимому, по аналогий с радиальными про-
цессами следует ожидать формирования специфической внешней зоны
170
повышенно ненасыщенных почв. Вероятность таких процессов под-
тверждают данные, приведенные на рис. 4.11,В. Неясно, однако, как
территориально далеко могут простираться эти изменения, когда и
при каких условиях они затухают ?
Рассмотренные выше закономерности выдерживаются в рай-
онах добычи нефти для всех типов монотонных ореолов загрязнения
вне зависимости от свойств исходных почв и типа ТГ потока.
Представляется, что пространственная (латеральная и ради-
альная) изменчивость мигрирующих в почвах растворов — фунда-
ментальная закономерность и применима не только к зоне техноге-
неза в районах добычи нефти. Аналогичные процессы протекают и в
“нормальных” (чистых) почвах: в нижние горизонты и сопряжённые
по рельефу почвы поступают продукты вторичных реакций, меняю-
щиеся от горизонта к горизонту и к почвам, расположенным гипсо-
метрически ниже. Именно геохимические различия продуктов вто-
ричных реакций обуславливают как вертикальную дифференциацию
почвенных профилей, так и формирование геохимических различий
между почвами в катене. Непрерывность данных процессов во вре-
мени при пульсирующем в количественном отношении (в зависимос-
ти от погодно-климатических условий) сбросе продуктов вторичных
реакций определяют нечеткие (размытые) границы между сопряжён-
ными объектами (генетическими горизонтами почв и почвенными
телами).
Специфика катенарных различий в зоне техногенеза зависит от
типа ТГ потока, концентраций в них водорастворимых солей и свойств
загрязняемых почв.
По типам ТГ потоков наиболее интенсивны различия между
свойствами нефтезагрязненных почв й засоленных сточными вода-
ми (даже если в них сохраняется значительное количество нефтепро-
дуктов).
По реакциям на ТГ засоление природные почвы четко делятся
на две надтиповые группы — преимущественно минеральные и соб-
ственно органогенные. Физико-химическая перестройка поглощаю-
щего комплекса почв с мощными органогенными горизонтами (по-
чвы тундры, лесотундры и болотные почвы в других биоклимати-
ческих условиях) из-за его очень высокого протонирования осуще-
ствляется медленнее и для преодоления буферности органогенных
горизонтов требуются более высокие значения SAR в техногенных и
природно-техногенных потоках. Соответственно в таких почвах ла-
теральные тренды трансформации поглощающего комплекса (как и
радиальные) ослаблены. Кроме этого, в северных ландшафтах (тун-
дры, лесотундры) в результате высокой комплексности почвенного
покрова (перемежаемости в пространстве существенно минеральных
171
и органогенных почв) специфика латеральных перестроек ППК мо-
жет расходиться с предложенной выше моделью.
Интенсивное преобразование поглощающего комплекса проис-
ходит не только в загрязненных наземных почвах, но и подводных.
Своеобразие природных свойств донных осадков — изменчивость по
простиранию их механического и минералогического составов, раз-
ный режим аэрации в зависимости от турбулентности той или иной
части потока, его водности и сложный режим поступления загрязни-
телей определяют и специфику латеральной трансформации погло-
щающего комплекса осадков. Сумма катионов в них даже в преде-
лах одного промысла (южная тайга) может меняться от 14,3 до 46,8
мг-экв/100 г, относительное содержание натрия —• от 8,2 до 37%.
Наиболее сильно трансформируются донные отложения мел-
ких ручьев с небольшим дебитом воды. Они характеризуются высо-
кой изменчивостью свойств поглощающего комплекса. Так, содер-
жания обменного натрия на коротких расстояниях (50-100 м) меня-
ются в 4-5 раз.
Повышение водообильности водотоков способствует некото-
рому ослаблению степени трансформированности донных отложений.
и, в частности, приводит к уменьшению содержаний в них обменного
натрия.
По мере удаления от границ промысла состояние и свойства
донных отложений постепенно нормализуются. Однако влияние до-
бывающих комплексов отмечается на расстоянии более 1 км от гра-
ниц месторождения. Например, содержание обменного натрия в дон-
ных осадках остается на уровне 1-1,5 мг-экв/100 г, что значительно
выше фоновых значений.
Трансформация свойств сорбционных систем донных отложе-
ний устойчиво сохраняется во времени, испытывая лишь периоди-
ческие колебания по годам в зависимости от обстановок в ландшаф-
тах водосборных площадей. Донные осадки на разных участках во-
дотоков изменяются неодинаково. Так, впадение мелких притоков в
основное русло может менять состояние поглощающего комплекса
отложений после притока как в сторону усиления, так и ослабления
их трансформированности в зависимости от степени загрязненности
притока.
Таким образом, прямым следствием техногенного галогенеза
является глубокая трансформация свойств коллоидных систем почв,
грунтов, донных отложений. Интенсивность физико-химических из-
менений поглощающего комплекса определяется; количеством солей,
поступивших с ТГ потоками; длительностью их взаимодействия с
почвенно-грунтовой массой; свойствами почв, положением почвен-
172
ного тела в пределах ореола загрязнения и положением самого орео-
ла в катене.
Несмотря на кратковременность (с геологических позиций)
стадии техногенного галогенеза (годы), почвы, пережившие подоб-
ный “стресс”, претерпевают глубокие изменения свойств высокодис-
персных систем. Длительность этапа физико-химического осолонце-
вания почвенной массы составляет уже первые десятки лет (а в по-
чвах южных районов перестройка ППК может быть и необратимой).
4.1.4. Усложнение пространственной структуры почвенного
поглощающего комплекса при сочетании техногенных нагрузок
Одной из наиболее распространенных причин нарушений рас-
смотренных закономерностей динамики радиальной и латеральной
дифференциации свойств ППК являются механогенные изменения
вертикального строения почвенных тел. Нередки своеобразные внуг-
рипочвенные ТГ “ловушки” — субстраты, свойства которых способ-
ствуют изменению содержаний обменных ионов и соотношений меж-
ду ними. В частном случае роль таких ловушек выполняют погре-
бенные гумусовые горизонты, возникающие при-механических пре-
образованиях почв во время строительства промыслов. Высокая сор-
бционная емкость погребенных горизонтов определяет возникнове-
ние вторичных внутрипочвенных барьеров.
В тех случаях, когда в почвенный профиль “встраиваются” слои
с невысокой обменной способностью (например^ песчано-гравийные
линзы), формируются участки аномально пониженной обменной ем-
кости (относительно исходных фоновых почв). Все это приводит к
многочисленным ТГ инверсиям радиальной дифференциации свойств
ППК. Возникновение инверсий “ломает” рассмотренную выше для
монотонных ореолов структуру пространственно-временной'органи-
зации свойств почвенных коллоидных систем.
В случае, если нефтезагрязненные почвы перекрываются пес-
ком (вариант “рекультивации”), то происходит “отгонка” Н+ в контак-
тный слой песков при одновременном латеральном “сдвиге” к внеш-
ней зоне ТГ ореола повышенных содержаний обменного Na+.
Второй причиной нарушения радиальных и латеральных зако-
номерностей строения ППК является повторяемость циклов загряз-
нения и совмещение (частичное или полное) ТГ потоков. Усложнение
структуры наложенных ореолов приводит к изменению “рисунка”
распределения поглощенных катионов (рис. 4.12). Возникают: а) не-
сколько максимумов одного и того же катиона (например, натрия) в
разных частях сложного ореола загрязнения; б) латеральные инвер-
сии строения ППК. В частности, почвы с максимальным содержа-
173
aRVl 4SS3 6^
«БЗ 15KSJ 1?ESS
Рис. 4.12. Пространственное варьирование строения поглощающего комплекса
почв после неоднократных сбросов в них загрязнителей (дерново-подзолистые
почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
А —Na* (мг-экв/100 г): 1 —менее 0,5; 2 —0,5-1,0; 3 —1,0-1,5; 4 — 1,5-3,0; 5 —3,0-
4,5; 6 — более 4,5; Б — Mg2* (мг-экв/100 г): 7 — менее 1,0; 8 — 1,0-2,0; 9 — 2,0-3,0;
10 — 3,04,0; 11 — более 4,0; В — Са2* (мг-экв/100 г): 12 — менее 4,0; 13 — 4,0-8,0;
14 _ 8,0-12,0; 15 — 12,0-16,0; 16 — 16,0-20,0; 17 — более 20,0
нием в поглощающем комплексе ионов Са2+ и Mg2+ могут быть при-
урочены не к ядру или средним зонам ТГ ореолов, а к их краевым
частям. Подобное строение “почвенного геохимического поля” при
одноразовой инвентаризации ореолов загрязнения и без учета исто-
рии их развития может создавать иллюзию более высокой скорости
латерального продвижения “фронта” почв с повышенными концент-
рациями в ППК обменных Са2+ и Mg2+.
Если утечки загрязнителей осуществляются непрерывно, то
происходит последовательное увеличение обменного Na+ в ППК во
всех горизонтах профиля почв (табл. 4.15).
Таблица 4.15
Перестройка свойств ППК при непрерывном подтоке сточных вод
Природные - условия Исходные почвы Год наблю- дения Индекс генетического горизонта
Т А1 А2 B1/G*
Na, % от суммы катионов
Лесотундра Зап. Сибири Тундровые торфя- нисто-глеевые, легкий суглинок 1991 25,45 нет го- ризонта нет го- ризонта 23,15
1995 27,1 —"— —*— 38,4
Северная тайга Зап. Сибири Подзолы иллюви- ально-железис- тые, пески 1989 нет го- ризонта нет го- ризонта 7,9 17,3
1990 н н 8,3 25,5
Южная тайга Пермского Прикамья Дерново-подзоли- сто-глеевые, суг- линки 1980 н 9,0 2,0 34,4
1981 » 25,0 23,6 40,1
* Горизонты G относятся только к тундровой торфянисто-глеевой почве.
Особенности радиальной и латеральной дифференциации
свойств поглощающего комплекса осложняются при формировании
ТГ ореолов в почвах генетически разных элементарных ландшаф-
тов, особенно при наличии двойного механизма поступления ТГ по-
токов — с поверхностным стоком и внутрипочвенно. Такие ситуации
наиболее характерны для подчиненных ландшафтов — транзитно-
супераквальных и супераквал ьных (логов, долин ручьев и мелких рек).
Пространственные закономерности процессов трансформации ППК
в этих случаях определяются не только количеством циклов непос-
редственного загрязнения подчиненных почв, но также: а) исходной
неоднородностью их механического состава, б) особенностями стро-
ения ТГ ореолов в ландшафтах водосборных территорий.
Следующая группа пространственных инверсий строения ППК
обусловлена перераспределением солей по элементам микрорелье-
175
фа(и техногенно обусловленного, в том числе). Возникают заметные
различия в свойствах ППК в сопряженно эволюционирующих почвах
микрокатены -4- максимумы ионов обменного натрия характерны для
почв микропонижений, в то время как верхние горизонты почв мик-
роповышений характеризуются слабо выраженной солонцеватостью
и относительной насыщенностью поглощающего комплекса
(рис. 4.13). Дивергенция почвенно-геохимических процессов на близ-
ких расстояниях приводит к усилению контрастности почвенного по-
крова в пределах исходно гомогенных элементарных ландшафтов.
। 2EZ3 sGHD «ШЛИ
7%^ 8— 9Г771 ю7~71 ПГ7771 пИЗ
Рис. 4.13. Влияние микрорельефа на поглощающий комплекс почв, загрязнен-
ных Cl-Na водами (4 года после загрязнения).
А — содержание Na’ (мг-экв/100 г): 1 — менее 0,25; 2 — 0,25-0,5; 3 — 0,5-1,0; 4 —
1,0-2,0; 5 —2,0-3,0; 6 — 3,0-5,0; 7 — 5,0-7,0; 8 — более 7,0; Б — содержание Са2’
(мг-экв/100 г): 9-8,0-12,0; 10 — 12,0-16,0; 11 —16,0-20,0; 12—20,0-24,0
Определенную роль в нарушениях общих закономерностей про-
странственной дифференциации почвенного поглощающего комплек-
са играют формы хозяйственного использования земель. Так, содер-
жание обменного натрия в лесных целинных или пахотных дерново-
подзолистых почвах легкого механического состава после их загряз-
нения одной и той же нефтью (при одинаковых исходных уровнях заг-
рязнения, той же длительности с момента выброса загрязнителя и
равных расстояниях от источника воздействия) могут различаться в
2-3 раза (табл. 4.16).
В приведенном случае в пахотных почвах (разрезы 208, 504)
отмечается инверсия распределения обменного Na+: его больше в
почвах ядра ореола, меньше — в периферической части, в то время
как повышенные содержания поглощенного Са2+ характерны для кра-
евых зон ТГ ореола.
В аналогичных лесных целинных почвах той же территории —
Северокамское месторождение (супесчаные — легкосуглинистые
176
Таблица 4.16
Средние содержания катионов в ППК нефтезагрязненных дерново-
подзолистых почв легкого механического состава (5 месяцев после аварии)
Характер использова- ния земель Разрез Расстояние до источника воздействия, м Мощность почвенного профиля, см Катионы, мг-экв/100 г Na*, % от суммы катионов
Са2* Mg2* Na*
Пахотные 208 504 15 100 0-134 0-135 4,3 9,4 1,6 3,5 1,6 0,7 21,6 5,1
Целинные лесные 212 211 10 100 0-120 0-150 9,2 7,6 1,7 2,4 2,2 3,9 17,0 28,2
субстраты, элювиальные типы элементарных ландшафтов) рассмот-
ренные ранее общие закономерности латеральной дифференциации
свойств поглощающего комплекса почв сохраняются (табл. 4.16):
максимум Са2+ соответствует почвам ядра ореола (р.212), Na+ —
почвам его краевых частей (р.211). Подобное несоответствие лате-
ральных процессов преобразования ППК в целинных и пахотных по-
чвах связано с двумя причинами. С одной стороны, механическое
разуплотнение верхних горизонтов почв при их обработке приводит к
иным, чем в целинных почвах, соотношениям между радиальной и
латеральной скоростями перемещения загрязнителей, с другой — в
пахотных почвах варьирует исходная насыщенность почв основания-
ми из-за неравномерности известкования и распределения органичес-
ких и минеральных удобрений на отдельных участках пашни. Вслед-
ствие закона действующих масс повышение иона Са2* в почвенных
растворах и ППК, характерное для известкованных пахотных почв,
блокирует вхождение Na* в поглощающий комплекс загрязненных
почв. В результате такие почвы оказываются более устойчивыми к
разрушающему действию солей натрия. Все это определяет незако-
номерную латеральную перестройку свойств сорбционных систем па-
хотных почв.
Таким образом, существует много причин для формирования
латеральных и радиальных инверсий пространственной дифференци-
ации поглощающего комплекса почв, трансформированных при до-
быче нефти.
4.2. Ближайшие следствия физико-химической
трансформации дисперсных систем почв
Значительные изменения динамических равновесий в системе:
почвенный раствор — поглощающий комплекс приводят к сопряжен-
ному изменению и других физико-химических характеристик почв и
12-1119
177
грунтов. Происходит сдвиг щелочно-кислотных условий и это наибо-
лее очевидное последействие техногенно обусловленного химичес-
кого осолонцевания почв.
4.2.1. Закономерности перестройки щелочно-кислотных условий в
' почвах разных природных зон. Динамика, механизмы, общие моде-
ли изменений
Изменения щелочно-кислотных характеристик почв, загрязнен-
ных в процессе добычи нефти, наблюдаются в любых природных
условиях и при разных типах загрязнения (Етеревская, Яранцева, 1979;
Солнцева, 1981, 1988, 1995; Славнина и др., 1984, 1989; Солнцева и
др., 1985; Маковский, 1988; Алистратов, 1989; Головнев и др., 1991 и
др.). Зависимость pH почвенных суспензий от новообразованных
физико-химических параметров сорбционных систем высока (особен-
но в гумидных ландшафтах). Коэффициенты корреляции между зна-
чениями pH водных суспензий загрязненных почв и содержанием
обменных Н+ и Na+ в ППК составляют соответственно -0,9 и +0,8.
Как известно, фоновые почвы гумидных ландшафтов имеют
сильно кислую и слабокислую реакцию среды. Значения pH водйых
суспензий в разных почвах меняются от 3,1 до 5,4; в редких случаях
в нижних горизонтах — до 5,5-6,0 (табл. 4.17). В трансформирован-
ных почвах происходит сдвиг щелочно-кислотных условий к щелоч-
ному плечу.
Техногенно обусловленные изменения щелочно-кислотных ус-
ловий в разных почвах и при разных ТГ нагрузках сильно варьируют.
Возникают как относительно незначительные сдвиги pH (на 0,5-1,5
единицы), так и глубокие преобразования, когда значения pH изменя-
ются на 3-4 и более единиц. Подобный размах колебаний отмечает-
ся в любых почвах гумидных ландшафтов.
Специфика загрязнителя определяет общее направление транс-
формации щелочно-кислотных условий, а исходные свойства почвен-
ных систем —• возможные скорости и интенсивность вторичных из-
менений. При значительной временной продвинутости процессов тех-
ногенного преобразования почвенных коллоидных систем уровни вто-
ричной щелочности(рН водных суспензий) в почвах гумидных ланд-
шафтов могут подниматься до 7,8-8,2(3) единиц. В этих ланд-
шафтах при прочих равных условиях относительно низкие значения
pH сохраняются, как правило, в существенно органогенных (главным
образом торфяных) горизонтах почв, так как их исходная буферность
выше. Но при больших ТГ нагрузках и в этих субстратах могут воз-
никать как нейтральные, так и слабощелочные обстановки (табл. 4.18,
р.А-615 и др.). Минеральные субстраты менее устойчивы, что опре-
178
Таблица 4.17
Щелочно-кислотные условия в незагрязненных почвах разных
Нефтедобывающих районов России
Природные условия Почва, (разрез) Горизонт Глубина, см Рнгу>
Тундровые торфянисто- глееватые (820) Т1 Тп Cg 0-10 10-19 19-28 4,4 4,6 4,9
Тундровые торфяно-пе- регнойно-глеевые (726) Оч Т1 Т2 Тп2 04 4-13 13-28 3648 4,2 4,0 4,0 4,6
Типичная тундра ЕТР Торфяно-глеевые (721) Т1 Т2 G 0-23 23-35 >45 5,3 5,1 5,4
Торфяники (827) Т1 Т2 ТЗ 0-7 7-19 19-60 4,0 4,0 4,7
Дерново-глеевые (825) АО А1 AlBg BG 0-6 6-10 10-22 22-55 4,6 4,7 4,8 5,0
Тундровые торфяно- перегнойно-глеевые (А-806) Оч Т Ап G 0-13 13-27 27-31 31-36 4,0 4,5 4,7 4,5
Южная тундра ЕТР Остаточно торфяно- мерзлотные (А-300) АО Т1 Т2 Т5 0-20 20-30 3045 90-100 3,6 3,6 3,9 4,1
- Болотные торфяные и торфяники (мерзлые) (А-800) Оч Т1 Т2 Т4 0-10 10-22 22-32 37-50 3,9 3,9 4,0 4,2
Торфяно-глеевые (1-91) Т1 Т2 G 0-9 9-20 20-32 4,4 4,7 5,0
Лесотундра Зап. Сибири Подзолы торфянисто- иллювиально-железис- тые (3-91) Т А2 В1 В2 0-7 7-15 15-25 25-55 3,9 4,2 5,1 5,1
Торфяные и торфяники (29-91) Т1 Т2 ТЗ 0-20 2040 40-60 3,2 ' 3,5 4,5
Продолжение табл. 4.17
Природные условия Почва, (разрез) Горизонт Глубина, см PHHZO
Оч 0-10 3,1
Т1 10-21 3,2
* I Торфянисго-подзолис- А1п 21-26 4,4
тые (93-10) А1А2 26-40 4,5
Северная тайга Зап. Сибири А2В 40-65 4,5
Bhg 65-105 4,3
АО 0-5 3,7
Подзолы иллювиаль- А2 5-10 4,6
но-железистые где- BFe 10-27 5,0
еватые (29-13) Bg 27-65 5,1
BCg 65-116 4,9
Al 2-4 4,9
A1A2 4-10 4,5
Дерново-подзолистые A2 10-16 4,8
суглинистые (235) A2 16-26 4,9
Южная тайга A2B 26-39 4,9
Пермского При- Bl 39-80 5,3
камья АО 0-7 5,3
Дерново-глеевые и Al AlBg 7-17 17-43 5,0 5,2
глееватые (3002) Big 43-64 5,4
B2g 64-80 5,7
Anax. 0-22 5,2
Лесостепь Перм- ского Прикамья Светло-серые супесча- но-легкосуглинистые, пахотные (402) A1A2 A2B Bl 22-32 32-44 44-68 5,4 5,4 5,2
B2 68-94 5,6
деляет более быстрый сдвиг pH, причем такие изменения возникают
как в собственно почвенных минеральных горизонтах, так и в перекры-
вающих почвы техногенных наносах.
Наиболее устойчиво исходные щелочно-кислотные условия со-
храняются в почвах с насыщенным поглощающим комплексом.
Радиальная дифференциация щелочно-кислотных
характеристик почв. Пространственно-временные закономернос-
ти метаморфизации почвенных растворов и дисперсных систем опреде-
ляют аналогичные пространственные изменения щелочно-кислотных
условий.
Возникает несколько типов радиальных профилей pH: 1) макси-
мум щелочности может быть приурочен к верхней части почв (табл. 4.18,
р.Бр.-31, Н-44 и др.); 2) отмечаться в их средней части (р.СВ-70); 3) ха-
рактеризовать самые нижние горизонты (р.82101 и др.). Тип профиля pH
зависит от особенностей поступления загрязнителя (с поверхности или
внутрипочвенно) и времени с момента загрязнения.
При поверхностном сбросе ТГ потоков первому этапу трансфор-
мации почв (максимум солей в верхней части профиля и соответствую-
180
<•.
Таблица 4.18
Щелояно-кислотные условия в загрязненных почвах разных
нефтедобывающих районов России
Природные условия Загрязнитель Почва (разрез) Горизонт Глубина, см PHHjO
ТГ 0-6 7,7
Тундровые торфяно- Т1 6-35 4,9
Типичная Сырая нефть глеевые (544) G 35-45 4,9
тундра АО 0-8 6,0
ЕТР Дерново-глеевые (655) А1 8-10 5,7
G 10-50 7,0
Торфяные и торфяники Т1 0-18 8,1
Сырая нефть (мерзлые) (А-615) Т2 18-25 8,2
Торфянисто-глеевые Т1 0-15 7,8
(Х-811) G 15-30 8,2
Южная тундра ЕТР Буровые рас- Дерново-глееватые (Х-812) А1 BFe Bf 5-23 23-29 29-55 8,2 7,3 7,3
Т1 0-10 4,8
творы Торфяно-перегнойно- Т2 10-20 4,1
глеевые (А-204) Тп 20-24 4,2
G 45 6,0
Т1 1-7 7,2
Тундровые торфянисто- Gf 7-24 6,8
Сточные воды с нефтепродук- глеевые (М-5) G2 24-40 6,2
G3 40-66 5,6
Оч 0-4 6,5
тами Торфяные и торфяники Т1 4-15 6,2
(М-30) Т2 15-25 5,6
Т4 33-47 5,3
ТГ 0-9 8,7
• Подзолы иллювиально- Ап 9-17 5.9
Лесотун- А2 17-40 5,5
драЗап. гумусовые (Бр-39) ВИ 40-65 5,3
Сибири Буровые рас- BFe 90-100 5,2
творы и шламы Т1 0-15 8,7
Тундрово-глеевые А0А1 15-20 6,3
(Бр-31) BG1 35-60 5,5
BG2 >60 5,7
АО 0-3 6,1
Подзолы иллювиально- А1Ап 3-7 4,9
Товарная нефть железисто-гумусовые А2 7-12 5,5
(Н-44) Blfg 16-32 5,2
B3Fe 76-108 5,8
Продолжение табл. 4.18
Природные условия Загрязнитель Почва (разрез) Горизонт Глубина, см PHHjO
ТГ 0-16 5.4
Товарная нефть Торфянисто-глеевые (Н-46) Т G1 16-33 33-50 4,9 5,0
G3 70-80 5,1
Т1 0-7 5,4
Сырая нефть Болотные торфяные и торфяники (Х-33) Т2 ТЗ 7-18 18-40 4,4 4,1
Подзолы иллювиально- железистые (К-170) Ад 0-2 4,2
Лесотун- дра Зап. Конденсаты А2' BFe 2-11 11-30 5,5 4,7
Сибири ТГ 1-22 7,1
Т1 22-26 6,8
Тундровые торфянисто- G1 26-43 6,4
Сточные воды с глеевые (5М-5) G2Fe 43-57 7,2
битуминозны- G3 57-83 7,7
ми веществами Оч 0-4 6,5
Торфяно-болотные Т1 4-15 6,2
(5М-30) Т2 15-25 5,6
i Тп 33-46 5,3
Т1 6-24 5,6
Торфяно-подзолистые Т2 24-29 6,5
(93-2а) А2 42-65 4,8
BG 65-100 5,6
Оч 0-10 6,5
Сырая нефть Болотные торфяные и торфяники (Кб-1) J Т1 Т2 10-25 25-40 6,2 6,1
А2' 4-26 6,1
Подзолы иллювиально- А2" 26-50 5,3
железистые (29-05-89) Bg 50-71 5,1
Северная Beg 71-130 5,3
Оч 0-6 4,3
тайга Зап. Сибири Буровые рас- Торфяные на торфяни- Т1 6-11 6,1
творы ках(27-1) ТЗ 25-50 5,3
Тм >50 7,7
АО 0-10 5,4
Сточные (под- Подзолы иллюви- А2 10-15 6,3
виально-железистые Bh 15-20 5,9
товарные) воды (СВ-70) BIFe 20-39 6,8
B2Fe 39-61 6,9
ТГ 3-21 7,4
Подзолы иллювиально- А0А1 21-25 6,9
железистые (МО-5) A2g 25-41 5,9
BFe 54-115 5,9
Продолжение табл. 4.18
Природ- ные усло- вия Загрязнитель Почва (разрез) Горизонт Глубина, см Р.НН2О
АО 0-6 8,2
А1 6-11 8,2
Дерново-подзолистые А1А2 11-19 7,3
суглинистые (708211) А2 19-32 6,8
А2В 32-49- 6,4
В1 49-76 6,0
Сырая нефть АО 0-6 64
Дерново-подзолистые А1 6-21 6,2
супесчаные (85106) А2 21-28 6,1
В2 70-100 6,2
АО 0-8 6,6
Дерново-глеевые А1 8-37 6,8
Южная тайга (82101) AlBg BG 37-64 64-101 6,9 8,2
ТГ 0-11 7,8
Пермско- го При- камья Буровые рас- творы с неф- тью Дерново'-глеевые (3001) АО А1 А1В 11-14 14-18 18-44 6,9 6,7 6,1
BG 44-62 5,4
Сточные хло- А0А1 0-6 8,3
Дерново-подзолистые А1А2 6-14 8,1
ридно- А2 14-21 7.9
натриевые (123001) А2В 21-40 8,0
воды В 40-111 7,8
АО 0-9 4,4
Сточные суль- А0А1 9-13 4,2
фатно- Дерново-подзолистые А2 13-25 6,0
натриевые (7082) В1 25-39 7,1
воды с нефтью В2 39-53 7,5
В5 142-172 7,2
Лесо- А'пах 0-7 6,4
Серые лесные супес- А"пах 7-20 6,9
степь Сырая нефть А1А2 20-39 5,3
Пермско- чано-легкосуглинис- А2В 39-55 5,3
го При- тые, пахотные (402) В1 55-70 5,3
камья ВС 130-156 5,6
щие этому высокие вторичные содержания Na+ в ППК) соответствует
заметное подщелачивание только верхних горизонтов. Одновременно в
генетических горизонтах, принимающих продукты ионного обмена (Н+
и А13+) из верхней части профиля, происходит не только “сглаживание”
щелочного сдвига, но формируются даже более кислые, чем в исход-
ных почвах, условия среды (Солнцева, Садов, 1997). Подобные измене-
ния профиля pH не зависят ни от генетических особенностей почв, ни от
типа загрязнителя (табл. 4.19).
183
Таблица 4.19
Радиальный профиль щелочно-кислотных условий в
загрязненных почвах (первый год после загрязнения)
Природные усло- вия, загрязнитель Исходная почва (разрез) Горизонт Глубина, см рНн2о Сдвиг кислотно- сти почв (в еди- ницах pH относи- тельно фона)
Тундровые тор- Т1 Т2 0-5 5-21 6,9 6,2 2,4 1,7
Лесотундра Зап. фянисго-глеевые Bg 21-48 5,2 02
Сибири, сточ- (5М-10) G2 80-90 5.5 -0,3
ные минерали- Т1 1-5 5,3 2,1
зованные воды Торфяные Т2 5-26 5,1 1,9
(5М-17) ТЗ 26-57 5,0 1,5
Т4 57-67 5,1 0,9
А2 3-25 4,7 0,1
Подзолы иллюви- Bhf 25-46 4,5 -0,5
ально-гумусово- Bf 46-54 5,0 -0,1
Северная тайга Зап. Сибири, сырая нефть железистые (05) Bg Cr 54-80 >80 4,7 4,8 -0,3 0,0
Подзолы сухотор- 03/A A2 0-10 10-30 4,7 4,5 0,1 02
фянисгые иллю- Bh 30-40 4,9 0,1
виально-гумусо- Bfh 40-60 4,8 -0,4
вые (08) Bg 60-110 5,0 -0,6
A0 0-6 7,8 3,0
Южная тайга Пермского Дерново-подзо- Al A1A2 6-15 15-29 6,9 6,4 22 1,7
листые суглини- A2 29-40 5,9 0,9
Прикамья, сы- стые (8207) Bl 56-68 4,5 -0,8
рая нефть B2 68-92 4,4 , -1,1
BC 122-147 5,0 -03
A0 0-6 7,3 2,5
Al 6-11 5,2 1,4
Дерново-подзо- A1A2 11-20 6,6 1,9
листые суглини- A2 20-31 6,1 1,1
Южная тайга стые (88210) A2B 31-64 5,1 -0,2
Пермского Bl 64-89 5,1 -0,3
Прикамья, сточные воды B3 109-152 5,2 -0,4
Ад 0-9 7,5 2,7
Дерново-подзо- Al 9-16 8,2 3,4
листые суглини- A2 16-35 7,6 2,6
стые (471) Bl 46-76 5,2 -0,1
B2 76-102 5,3 ...-0,2
Лесостепь Серые лесные Апах A1A2 0-20 20-39 6,7 5,3 2,5 0,1
Пермского A2B 39-55 5,3 0,1
Прикамья, сы- (402) B2 70-81 5,2 -0,4
рая нефть ВЗ 81-111 5,1 -0,8
В результате возникает вертикальная дивергенция процессов:
подщелачивание верхней части почв и подкисление нижней.
С течением времени вторичное подкисление нижних горизон-
тов почв вслед за развитием в них процессов физико-химического
осолонцевания сменяется постепенным подщелачиванием (рис. 4.14).
генетические
горизонты
4 5 i 1 S
pHHjO
Рис. 4.14. Щелочно-кислотные условия в вертикальном профиле почв через разные
сроки после загрязнения:
Почвы: А — тундровые торфяно-глеевые; Б — подзолы иллювиально-железистые
оторфованные; В, Г —дерново-подзолистые суглинистые: 1 —фоновые почвы; 2 —
в первый год после загрязнения сточными водами; 3 — фоновые почвы; 4 — через
1,5 года после загрязнения сырой нефтью; 5 — в первый год после загрязнения
сырой нефтью; 6 — через 10 лет; 7 — фоновые почвы; 8 — через 2 года после загряз-
нения сточными водами; 9 — через 4 года; 10 — фоновые почвы
i S4 ^fe*4'f "* &;
Сравнительный анализ динамики радиальных изменений физи-
ко-химических свойств сопряженно-эволюционирующих горизонтов
загрязненных почв (выполненный на примере таежно-лесных почв)
позволил выявить сложную хроноорганизацию процессов взаимного
185
преобразования дисперсных систем, щелочно-кислотных условий и
почвенных растворов (табл. 4.20). При общей однонаправленности
вторичных процессов перестройки свойств почв следует отметить
неодинаковую интенсивность изменений pH на нефтезагрязненных и
загрязненных сточными водами землях. Интенсивность преобразо-
вания щелочно-кислотных показателей в нефтезагрязненных почвах
выше. Но при любых типах загрязнения отмечаются неодинаковые
“ритмы” изменений pH в верхних (АО-А2) и нижних (В-ВС) горизон-
тах. Отличаются и характерные времена трансформации pH в раз-
ных частях профиля, и типы кривых динамических изменений данно-
го показателя (рис. 4.15). За один и тот же срок наблюдений сдвиг
pH относительно фонового уровня в верхних горизонтах составляет
3,0-3,4, в нижних— не более 2,2, т.е. характерные времена измене-
ний одних и тех же почвенно-геохимических параметров в разных
горизонтах почв неодинаковы. В верхних горизонтах после первично-
го повышения щелочности (соответствующей стадии засоления почв)
четко прослеживается некоторое падение pH. Но этот процесс под-
кисления почв быстро сменяется новым подъемом щелочности. В
дальнейшем, если не происходит подновления засоления почв, то в
верхней части профиля постепенно осуществляется плавное умень-
шениезначений pH водных суспензий (рис. 4.15). Подобная этапность
развития процессов подщелачивания-подкисления отмечается при
любом типе загрязнителей в любых почвах, но через разные сроки их
постгехногенного развития.
За 17-18-летний срок наблюдений (см. табл. 4.20, рис. 4.15) выяв-
лена тенденция падения вторичной щелочности только в верхних гори-
зонтах при сохранении тенденции увеличения pH в нижних, что приво-
дит к развитию другой фазы дивергенции химических процессов: возра-
стание кислотности в верхней части почв, нарастание щелочности в ниж-
ней. Дальнейшее развитие процессов преобразования почв приводит к
постепенному сближению (выравниванию) щелочно-кислотных условий
в разных частях профиля почв. К “точке выравнивания” показателей
приурочены почвенные тела, недифференцированные по значениям pH,
характеризующиеся практически одинаковыми щелочно-кислотными ус-
ловиями по всему профилю (табл. 4.21).
Сроки возникновения подобных условий в почвах и уровни pH,
соответствующие “точке сглаживания”, в значительной степени зави-
сят от первичного ТГ солевого давления и в меньшей степени — от
исходных свойств почв. Поэтому почвы с равномерно повышенной ще-
лочностью по всему профилю выявляются в любых природных услови-
ях. После перехода процесса через “точку выравнивания” вновь начи-
нает усиливаться профильная контрастность щелочно-кислотных харак-
теристик почв.
Сравнение рядов динамических наблюдений за изменениями
pH водных суспензий в разных горизонтах почв и соответствующи-
186
Таблица 4.20
Динамика изменений щелочно-кислотных свойств загрязненных почв
(загрязнение не возобновлялось)
Природ- ные ус* ловия Загряз- нитель Почвы Сроки на- блюдений послеза- грязнения Генетические горизонты N точки наблюде- НИЯ
А1 А2 В1 В2
Юкная тайга Перкского Цэикам ш Сьрая нефть Дерново- подзолис- тые сугли- нистые < Фоновые почвы 4,8 0,6 5.0 0,9 22 0,6 5.5 0,6 Среднее из 25 разрезов
0,5 лет 7.8 14,6 5.9 24,4 4.5 14,3 4.4 8,9 207
1,5 года 62 14,8 6.1 29,1 5.1 19,6 52 12,2 101
41 года 8.0 16,4 7.3 30,2 5.2 16,2 нет данных 111
10 лет 7.7 18,9 7.3 41,8 6.3 31,5 6.0 23,7 211
17 лет ! 6,8 15,7 22 35,6 7.0 39,2 нет данных 112
Сгочнье минерализован- ные воды Дерново- подзоли- стые суг- линистые 2 месяца 8,1 20,1 7.9 25,8 нетд; 7,5 иных 7,2 1001
1 год 8.2 22,3 6,7 32,5 5,5 23,9 5.8 22,8 1101
4 года 8.0 7,2 7,1 16,4 6,8 17,0 5.9 19,5 470
18 лет 5.9 6,5 £0 12,5 6.3 20,3 22 16,0 8213
Севертая тайга Зап .Сибири Сьрая нефть Подзолы иллюви- ально- гумусово- железис- тые Фоновые почвы нет гори зонта 4,6 NaT 4,9 не обнар) 5,0 окен 2902
один месяц 4,8 | 4,5 | 5,0 нет данных 05
1,5 года 6.2 9,0 5.3 1,9 21 0,3 2905
’В числителе - значения рНц2о> в знаменателе —Na+, % от суммы катионов
Таблица 4.21
Варианты щелочно-кислотных характеристик почв в “точке выравнивания”
Природные ус- ловия почвы Загрязнитель Разрез Генетиче- ский гори- зонт Глубина, см РНН2О
Южная тайга Пермского Прикамья, целинные лесные дер- ново-подзо- Сырая нефть 82301 Ад А1 А2 А2В В1 В2 0-5 5-20 20-31 31-41 41-62 62-102 6,2 6,2 6,4 6,4 6,4 6,2
листые суг- линистые 82107 Ад А1А2 А2 А2В В1 0-8 8-17 17-37 37-45 45-75 7,4 7,5 7,5 7,4 7,3
Сточные воды 123002 Ад А1 А1А2 А2 А2В В 0-6 6-14 14-21 21-30 30-41 41-110 7,4 7,4 7,5 7,6 7,6 7,7
1490 АО А1 А1А2 А2 А2В ВЗ 0-6 6-15 15-24 24-44 44-52 96-115 6,1 6,2 6,2 6,2 6,1 6,3
Тундры ЕТР, торфяные Сырая нефть и буровые шламы Х-615 Т1 Т2 ТЗ 2-18 18-25 более 25 8,1 8,2 8,2
Рис. 4.15. Динамика изменения щелочно-кислотных условий в отдельных горизонтах
загрязненных дерново-подзолистых почв (южная тайга Пермского Прикамья).
1 _ элювиальные горизонты (А2); 2 — иллювиальные горизонты (В 1 + В2)
годы после загрязнения сточными водами
2|^| '
ми этому же временному циклу значениями физико-химической солон-
цеватости почвенной массы (см табл. 4.20) показало:
I) наблюдаемые изменения pH водных суспензий (после однора-
зового сброса загрязнителей) заметно ниже, чем можно было бы ожи-
дать, исходя из содержаний обменного натрия в ППК;
2) максимальные уровни вторичной щелочности не совпадают с
наиболее высокими уровнями химической солонцеватости почв, более
того, изменения свойств поглощающего комплекса непропорциональны
изменениям щелочно-кислотныхусловий.
Анализ соотношений: содержание Na+ в ППК—: pH почвенных
суспензий— показывает, что в верхних (А1-А2) горизонтах профиля
несоответствия этих характеристик наиболее ярко проявляются в пер-
вые 0,5-2 года после загрязнения (рис. 4.16; табл. 4.20), когда при про-
А . Б
загрязнения
нефтью
Рис. 4.16. Динамика сопряженных изменений свойств ППК и щелочно-кислотных ус-
ловий в загрязненных почвах (южная тайга Пермского Прикамья).
А — органогенный (А1) горизонт дерново-подзолистых почв; Б — дерново-подзо-
листые почвы через 0.5 лет после загрязнения нефтью; В —элювиальный (А2) гори-
зонт дерново-подзолистых почв; Г — дерново-подзолистые почвы через год после
загрязнения сточными водами. 1 — рНН20; 2 — Na* % от суммы катионов
189
должающемся нарастании степени химической солонцеватости по-
чвенной массы уровень её щелочности может сначала опуститься на
1,2-1,6 единицы по сравнению с pH, отмечаемым в первые недели —
месяцы после загрязнения, а затем возрасти до 8.0 и более. Стадия
дивергенции соотношений ППК — pH в верхних горизонтах почв длит-
ся в зависимости от конкретных условий 4-10 лет.
Таким образом, возникает четко выраженный диссонанс меж-
ду основными геохимическими параметрами (ППК — pH), описы-
вающими состояние почв, переживших стадию ТГ галогенеза.
В нижних (иллювиальных) горизонтах несогласованность между
показателями выражена иначе: на первом этапе перестройки свойств
почв, несмотря на увеличение обменного Na+ (9,0-14,5% от суммы ка-
тионов), вообще нет роста pH почвенных суспензий. Более того, проис-
ходит заметное подкисление этих горизонтов относительно фонового
уровня (см. табл. 4.19). Причиной этого явления служит метаморфиза-
ция мигрирующих вниз по профилю ТГ потоков и блокирующее дей-
ствие продуктов вторичных реакций (Н+ и А13+), поступающих из верх-
них горизонтов. Высокая исходная буферность иллювиальных горизон-
тов также тормозит темп роста их щелочности по сравнению с темпами
увеличения степени химической солонцеватости. В результате даже на
следующих стадиях трансформации почв при содержании обменного
натрия в ППК иллювиальных горизонтов около 30-40% от суммы кати-
онов pH почвенных суспензий не поднимается выше 7,0-7,5. Однако,
если в верхних горизонтах за 17-18-летний срок прямых наблюдений все
таки происходит падение вторичной щелочности и уменьшение хими-
ческой солонцеватости почвенной массы, то в нижней части профиля
(даже при однократном сбросе загрязнителей) признаков стабилизации
состояния ППК почв, как правило, еще не наблюдается (рис. 4.17).
Na** от
ll-x-"1] 2|>Н
Рис. 4.17. Динамика изме-
нений обменного Na* (%
от суммы катионов) и
щелочно-кислотных ус-
ловий в иллювиальных
(В 1) горизонтах, загряз-
ненных нефтью почв
(дерново-подзолистые
почвы, южная тайга
Пермского Прикамья).
1—рНН;0;2 —Na’, %
от суммы катионов
Что же является причиной такого диссонанса процессов и ка-
ковы возможные механизмы его возникновения?
Исходя из данных динамических наблюдений, общую модель
физико-химических процессов и свойств загрязненных почв, объяс-
190
няющую закономерности их изменений во времени, можно предста-
вить схемой (рис. 4.18).
1Гпр] зГпк! 3|~БВ~] 4|
Рис. 4.18. Принципиальная модель взаимосвязанной трансформации шелочно-кис-
лотных условий, почвенного раствора и почвенного поглощающего комплекса при
засолении-рассолении почв.
1 — почвенный раствор; 2 — почвенный поглощающий комплекс; 3 — битуминозные
вещества; 4 —равновесные процессы; 5 —характерные техногенно обусловленные
процессы; 6 — ответные реакции; 7 — привнос веществ.
В незагрязненных почвах существуют устойчивые динамичес-
кие равновесия в системе: почвенный раствор — поглощающий ком-
плекс — кислотность среды. Буферность системы удерживает есте-
ственные колебания равновесий в жестких рамках. Трансформация
почвенных растворов — изменение их состава, минерализации, ион-
ной силы приводит к разрушению сложившихся вековых равновесий.
Техногенно обусловленные обменные процессы, меняющие свойства
почвенных дисперсных систем, определяют и первичный сдвиг кис-
191
лотных характеристик почвенных растворов и соответственно почвен-
ных суспензий. В результате на фоне уменьшения концентраций во-
дорастворимых солей и при нарастании степени химической солон-
цеватости почвенной массы происходит выход из ППК ионов Н+ и
А13+ и соответственно уменьшение значений pH, что и фиксируется
аналитически (табл. 4.20, 4.22).
Таблица 4.22
Динамика физико-.химических свойств гумусового (А1) горизонта почв
(Южная тайга Пермского Прикамья)
Сроки наблюде- Физико-химические показатели
Загрязни- Разрез Глуби- сумма солей НСОз’ СГ РГ + А11* Ыа+, % от РнН20
тель НИЙ, годы на, см мг-экв на 100 г почвы суммы катионов
Сырая 0,5 207 6-15 0,850 ОДО 12,28 0,05 14,6 7,8
нефть 1.5 101 6-11 0,244 0,36 3,00 0,05 14,8 6,2
4,0 111 5-12 0,148 0,45 0,60 0,32 16,4 8,0
10,0 211 6-15 0,103 0,65 0,46 0,40 18,9 7,7
17,0 112 4-17 0,078 0,90 .0,37 0,46 15,7 6,8
20,0 302 6-18 0,043 0,32 0,28 1,2 3,0 5,4
Фоновые почвы, го- Среднее из 25 6-15 0,058 0,19 0,18 2,96 0,6 4,8
ризонт А1 разрезов
Сходные механизмы преобразования геохимических процессов
можно ожидать во всех почвах с ненасыщенным поглощающим ком-
плексом. В других условиях детали модели будут иными. Например,
при действии сырой нефти на почвы с насыщенным поглощающим
комплексом (но без карбонатных новообразований) в результате за-
кона действующих масс также происходит замещение кальция и маг-
ния в составе обменных катионов на натрий. В почвенном растворе
нейтральные хлориды натрия уступают место слабокислым хлори-
дам кальция, что и в этом случае ослабляет развитие щелочности, а
на первых этапах трансформации дисперсных систем может привес-
ти к подкислению почвенных суспензий —диссонансу почвенно-гео-
химических параметров. Так, по данным Д.К. Даутова и др. (1981), в
загрязненных нефтью черноземах установлено некоторое повыше-
ние кислотности почв, отмечающееся на фоне изменений состава
обменных оснований.
Вымывание из загрязненных почв наиболее подвижных водо-
растворимых соединений приводит к уменьшению в растворах хло-
ридов при одновременном увеличении в них гидрокарбонат-иона.
Происходит не только абсолютная убыль С Г, но и абсолютное воз-
растание концентраций НС03‘. Отношения НС037СГ резко сужают-
ся и, как видно из табл. 4.22, содержание гидрокарбонат — иона в
водных вытяжках с течением времени возрастает и через 4 года после
загрязнения увеличивается в 2,2 раза относительно первоначального
192
уровня загрязнения. Это приводит к изменению бикарбонатной ще-
лочности раствора, новому сдвигу ионообменных равновесий и как
следствие к смещению pH в щелочную сторону. Значения pH водных
суспензий возрастают до 8,0 (8,2). Более низкие, чем в природных
солонцах, значения pH почвенных суспензий (не более 8,2) обуслов-
лены, по-видимому; преобладанием в растворах гидрокарбонатной
соды, 0,1 М раствор которой имеет pH 8.2, в то время как 0,1 М ра-
створ нормальной соды — 11,4 (Орлов, 1992).
Изменения pH в сторону щелочности происходят на фоне уве-
личения в ППК содержаний ионов Н+ (и А13+), постепенно вытесня-
ющих ионы Na*. Таким образом, возникает новый диссонанс свойств
почв: вхождение в Ш1К ионов, определяющих почвенную кислотность
при одновременном росте щелочности почвенных суспензий. Если
принять, что подщелачивание идет одновременно с вытеснением Na+
из ППК, то в нижних горизонтах профиля стадия существенного из-
менения щелочно-кислотных условий еще просто не наступила, так
как в них и через 20 лет сохраняются высокие концентрации Na+ (при
отсутствии или очень низких содержаниях ионов Н+ и А13+).
Аналогичные данные, т.е. увеличение pH почвенных суспен-
зий при вытеснении из ППК ионов Na+, получены Л.П. Юдиной и др.
(1977) при изучении процессов рассоления почв засушливой зоны.
Таким образом, самоочищение-субстратов от нефти (физико-
химическая, микробиологическая, фотохимическая деструкция би-
туминозных компонентов) и рассоление почв происходят на фоне раз-
вития щелочности почвенной массы.
Возможность подкисления-подщелачивания почв за счет ионо-
обменных процессов проверялась экспериментально. В табл. 4.23
приведены значения pH фильтратов (после мембранных фильтров в
условиях вакуума), полученные при последовательной обработке по-
чвенного материала растворами NaCl и Н2С0г Эти данные подтвер-
ждают эмпирически установленные факты подкисления почв при заг-
рязнении их нейтральными солями и подщелачивания — при вторич-
ном появлении в трансформированных почвах кислот (особенно Н^СО^.
Аналогичные закономерности сложных соотношений ПИК —
pH выявлены в почвах тундры, лесотундры и северной тайги, пере-
живших стадию ТГ галогенеза.
Таким образом, геохимический диссонанс между отдельными
параметрами системы: почвенный раствор—поглощающий комплекс —
pH (как ответная реакция на непрерывность изменений транзитных.ра-
створов) — наиболее общее следствие ТГ галогенеза и универсальная
закономерность преобразования почв в районах добычи нефти (вне за-
висимости от их типа и биоклиматических условий).
13-1119
193
Таблица 4.23
Изменение pH фильтратов при последовательной обработке почвенного
материала растворами NaCI и Н2СО3
Эксперимен- тальный мате- риал Навес- ка почвы, г Объем за- ливаемого раствора, мл Характеристика зали- ваемых растворов pH фильтратов
Состав рн
Смесь в рав- ных пропор- циях мате- риала гори- зонтов АО и А1; pH смеси 5,1 50 100 NaCI 7,0 3,50 3,68 3,98 4,19 4,29 4,41 4,76’
НгС03 3,6 6,05 7,86 8,08
* Перед обработкой Н2СО3 проведена промывка экспериментального материала от
солей NaCI спиртом
Рассмотренная выше предельно упрощенная модель техногенно
обусловленных эволюционных трендов изменений свойств почвен- '
ной массы в “точке” вскрывает лишь один из возможных механиз-.
мов преобразования почв в условиях одноразового поступления в них
геохимически активных ТГ потоков. В реальных ситуациях процес-
сы трансформации щелочно-кислотных условий (даже для того же
случая — загрязнения почв водорастворимыми соединениями) зна- Ц
чительно сложнее. На перенос растворов, их метаморфизацию, пе- в»
рестройку ППК и щелочно-кислотных параметров оказывают влия-
ние сложение почвы, упаковка почвенных агрегатов, их иерархии- V
ность и другие характеристики почвенных тел (Моделирование..., $
1980). Однако наиболее важным является изменение адсорбционных
компонентов в разных частях почвенного тела в результате: 1) внут- Ь
рипочвенной неоднородности свойств адсорбентов (состава колло-
идного комплекса как разных генетических горизонтов почв, так и
разных почвенных тел); 2) изменения состава электролитов (цирку-
лирующих растворов). Возникает не только радиальная, но и лате- t
ральная неоднородность дифференциации щелочно-кислотных ха-
рактеристик почв. "
Латеральная дифференциация щелочно-кислот-
ных условий в пределах ореолов загрязнения характеризуется
высокой динамичностью и сложностью пространственного развития.
На стадии формирования солевых ореолов (в процессе станов- f
ления первичного контура загрязнения) возможно не только подкис-
194
₽Нщ4
s.s.
5.Q •
45
орем эагрккекмя
евро
средняя
краем*
ft
л-
Рис. 4.19. Изменение шелочно-кис-
лотных условий в почвах разных
частей ТГ ореола через 2 месяца
после разлива сырой нефти (подзо-
лы иллювиально-гумусово-желези-
стые, северная тайга Зап. Сибири).
1 — фоновые почвы; 2 — загряз-
ненные почвы
2
S
“~ ление нижних горизонтов почв (что
было показано выше), но и увеличе-
ние кислотности всего почвенного
тела на значительной площади орео-
ла (рис. 4.19). При этом отмечают-
ся четкие латеральные тренды изме-
; нений pH водных суспензий — неко-
г торое (обычно незначительное) под-
щелачивание почв в ядре ореола при
S усилении их подкисления к его пери-
ферии.
На последующих этапах раз-
вития ореолов загрязнения происхо-
дит подщелачивание почв уже по
всей площади с сохранением макси-
мума щелочности в ядре (рис. 4.20).
Аналогичное преобразование загряз-
ненных почв наблюдается в любых
природных условиях и не зависит от
i-типа загрязнителя. Меняется лишь
контрастность перестройки и скорость процессов, обусловленных
почвенно-геохимическим потенциалом среды.
На более продвинутых этапах трансформации загрязненных
почв происходит и латеральное “перемещение” максимумов ще-
(лочности сначала в среднюю часть, а затем к периферии ТГ оре-
. ола (рис. 4.21 А,Б) и изменение этого показателя в почвах за пре-
делами первичного контура загрязнения(табл. 4.22). Латеральная
перестройка щелочно-кислотных условий в почвах ореола загряз-
нения — длительный процесс и в зависимости от экологического
? потенциала среды может растягиваться на десятки лет
' (табл. 4.24). В течение этого времени продолжается латеральная
перестройка щелочно-кислотных условий в пространстве ТГ оре-
ола при одновременном ослаблении щелочности в верхних гори-
зонтах почв и нарастании в нижних.
Несколько иной характер имеет запаздывающее во време-
ни преобразование pH водных суспензий в почвах за пределами
первичного контура ореола загрязнения (при внутрипочвенном
сбросе минерализованных растворов в сопряженные по рельефу
почвы и физико-химической трансформации ППК на пути движе-
ния таких растворов). В этих случаях основные преобразования
щелочно-кислотных условий приурочены к средней или нижней
частям профиля почв — горизонтам верховодки или почвенно-
грунтовых вод (рис. 4.22,А). Со временем фронт щелочности про-
195
двигается и вверх, и в^из от центральной части потока. Наиболее
интенсивно увеличиваются уровни щелочности в почвах, непос-
редственно “примыкающих” к внешнему контуру первичного оре-
Щи-т.
iz/Jm-u И88м-и
Рис. 4.20. Щелочно-кислотные условия в загрязненных нефтью почвах.
А—болотные ландшафты северной тайги Зап. Сибири с торфяно-глеевыми почвами
(через полгода после загрязнения); Б — ландшафты суходольных северо-таежных
лесов и редколесий Зап. Сибири с иллювиально-железистыми подзолами (через пол-
года после загрязнения); В—ландшафты южной тайги Пермского Прикамья, дерно-
во-подзолистые почвы (через год после загрязнения). Значения pH водных суспен-
зий: 1 — 4,5-5,0; 2 — 5,0-5,5; 3 — 5,5-6,0; 4 — 6.0-6.5; 5 —6,5-7,0; 6 — 7,0-7,5; 7 —
7,5-8,0; 8 — более 8,0
ола загрязнения. Одновременно возникает “внешний пояс” —зона
закисленных почв (рис. 4,22,Б, р.8-011, 8-012), где pH водных сус-
пензий в отдельных горизонтах или почти по всему профилю ста-
новится ниже фонового уровня на 0,2-0,3.
При латеральном внутрипочвенном перемещении загрязни-
телей в почвах катен трансформация почв, находящихся по рель-
ефу ниже, обусловлена взаимодействием вертикального передви-
жения миграционных потоков в их профиле, бокового внутрипоч-
венного перемещения и “скатывания” загрязнителей по поверхно-
сти почв в соответствии с уклонами. В результате каждое сопря-
196
A
Б
Рис. 4.21. Щелочно-кислотные условия в загрязненных почвах (северная тайга Зап.
Сибири).
А — подзолы иллювиально-железистые через год после загрязнения буровыми ра-
створами с нефтепродуктами; Б — торфяно-подзолисто-глеевые через год после
загрязнения сырой нефтью. рНн,о- 1 — 8,0-7,6; 2 — 7,5-7,1; 3 —<• 7,0-6,6; 4—6,5-6,1;
5 _ 6,0-5,6; 6 — 5,5-5,1; 7 — 5,0-4,5; 8 — менее 4,5
в
। EZ3 1 СО з Е~3 4 О з F71 в ЕЗ 1 V7A ।
9 §§§ 10 п ГУ! 12 ГЯП 13 П5П 14 СЕО 15 G3 is Ci“~l
Рис. 4.22. Динамика изменений щелочно-кислотных условий в дерново-подзолистых
почвах “внешней” зоны техногенного ореола (южная тайга Пермского Прикамья).
Наблюдения: А— 1980 г. (20 лет после загрязнения); Б^ 1985 г. (25 лет после
загрязнения; В — схема участка аварии. Щелочно-кислотные условия (рНн,0): 1 —
4.75-5,0; 2 — 5,0-5,25; 3 — 5,25-5,5; 4 —5,5-5,75; 5 — 5,75-6,0; 6 — 6,0-6,25; 7 —
6,25-6,5; 8 — 6,5-6,75; 9 — 6,75-7,0; 10 — более 7,0; 11 — затампонированная ава-
рийная скважина; 12 — внешняя защитная обваловка; 13—амбары для приема мине-
рализованных вод; 14 — направление стока минерализованных вод; 15 — направле-
ние внутрипочвенного стока; 16 —точки наблюдения
197
Таблица 4.24
Изменение щелочно-кислотных условий в нефтезагрязненных почвах
разных частей ореола загрязнения (Южная тайга Пермского Прикамья)
Положение почвы в ореоле загрязнения Разрез Индекс горизон- та Глубина, см рНн2о
Через 10 лет после загрязнения
824 АО 0-6 8,0
А1 . 6-11 ' 7,4
А2 ’ 19-36 6,8
А2В 36-49 6,3
В1 49-76 6,0
Ядро ореола ВЗ 90-124 5,5
Через 20 лет после загрязнения
8212 АО 0-7 5,7
А1 7-18 5,6
А2 27-37 5,8
А2В 37-49 5,8
В1 49-60 6,4
ВЗ 81-115 6,2
Через 10 лет после загрязнения
6206 АО 0-7 6,3
А1 7-18 6,2
А2 18-27 6,5
А2В 27-41 6,4
Краевая часть ореола В1 ВЗ 41-68 80-103 6,0 6,4
Через 20 лет после загрязнения
5302 А1 9-20 5,4
А2 20-30 5,5
А2В 30-42 6,0
В1 50-68 6,1
ВЗ 101-130 6,1
женно эволюционирующее почвенное тело, расположенное на раз-
ных гипсометрических уровнях, получает вместе с собственно ТГ
веществами уже и продукты вторичных реакций от почв “верхних
этажей”. При этом продукты вторичных реакций, формирующие-
ся в нижних горизонтах почв гипсометрически более высоких по-
зиций, могут сбрасываться в верхние горизонты почв, располо-
женных на более низких уровнях катены. Все это существенно
усложняет общие закономерности латеральной эволюции загряз-
ненных почв. Но и в этих случаях отмечается четко выраженный
латеральный диссонанс между свойствами ППК и щелочно-кис-
лотными характеристиками почв (рис. 4.23). В данном случае
максимальные концентрации обменного натрия в почвах (р.202,
203) как бы “опережают” в пространстве максимальные измене-
ния pH водных суспензий (р.201).
198
103
103
1 m <онз ’ «езз
i[^|iMir/J|!^liMi
Рис. 4.23. Распределение обменного Na* в ППК и щелочно-кислотных условий в по-
чвах, загрязненных битуминозно-хлоридно-сульфатными водами (южная тайга Пер-
мского Прикамья).
Обменный Na* (мг-экв/100 г): 1 —менее 0,20; 2—0,21-0,40;3—0,41-0,60; 4—0,61-
0,80; 5 —0,81-1,10; 6 —1,11-1,40; 7 —1,41-1,70; 8 —1,71-2,10; pH (водных суспен-
зий)^— 4,045; 10—4,6-5,0; 11 —5,1-5,5; 12-5,6-6,0; 13-6,1-6,5; 14—6,6-7,0;
15—более 7,0
Таким образом, основой механизмов латерального развития
сопряженно эволюционирующих почв в условиях ТГ нагрузок слу-
жит трансгрессивность сменяющих друг друга геохимических
процессов и вследствие этого асинхронность однофазовых изме-
нений свойств почв, приводящие к пространственному диссонан-
су их геохимических параметров, что является еще одной законо-
мерностью техногенного преобразования почвенных систем.
Факторы, осложняющие закономерности про-
странственной дифференциации щелочно-кислот-
ных условий. Пересечения ТГ потоков (как в пространстве,
так и во времени), характерные для нефтедобывающих районов,
приводят и к усложнению структуры щелочно-кислотных полей.
Даже если поступившие в разное время загрязнители были одно-
типны по составу, первоначальная достаточно строгая радйаль-
ная и латеральная зональность геохимических условий, типичная
для моногенных ореолов, нарушается. Формируются многочис-
ленные пространственные инверсии в строении щелочно-кислот-
ных полей.
Повышенная щелочность может одновременно фиксиро-
ваться и в верхних и в нижних горизонтах почв (при нейтральных
или даже кислых значениях pH в средней части профиля, табл. 4.25),
199
либо только в самой нижней части профиля, что отражает разные
временные этапы их техногенной трансформации.
Таблица 4.25
Щелочно-кислотные условия в вертикальном профиле почв после
неоднократных сбросов сырой нефти
Почва (разрез) Горизонт Глубина, см рНн2о
АО 2-16 8,0
А1 16-21 7,3
AlA2g 21-33 5,6
Дерново-подзолистая A2g 33-47 6,0
глееватая (82400) A2Bg 47-64 7,0
Big 64-81 8,0
B2g 81-102 8,3
B3g 102-138 8,0
Аналогичным образом высокие значения pH почвенных сус-
пензий могут быть незакономерно “рассредоточены” в простран-
стве: максимумы щелочности оказываются приуроченными как
к верхним горизонтам почв ядра ореола загрязнения, так и обна-
руживаться в более глубоких горизонтах профиля средних или кра-
евых зон ореола, что характеризует предыдущие циклы загрязне-
ния (рис. 4.24).
Рис. 4.24. Варьирование щелочно-кислотных условий после неоднократного сброса
загрязнителей (южная тайга Пермского Прикамья).
рНН20:1 — более 8.0; 2 — 8.0-7.5; 3 — 7.5-7.0; 4 — 7.0-6.5; 5 — 6,5-6,0; 6 — менее 6,0;
7 — номер точки опробования
Чем разнообразнее формы преобразования территории и чем
сложнее структура почвенного покрова и контрастнее исходные
свойства почв и субстратов, тем более неоднородна и сложна про-
странственная организация вторичных щелочно-кислотных полей
200
(рис. 4.25). Контрастность щелочно-кислотных условий в разных
частях таких полей может быть очень высокой (Д pH > 5).
’И
зИад
5№ЕЗ
«Ив
Рис. 4.25. Щелочно-кислотные условия в верхней части (0-10 см) почв и субстратов,
трансформированных при сбросах сточных вод с битуминозными веществами и не-
фтяных шламов (лесотундра Зап. Сибири).
pH-1 — более 9,5; 2 — 9,5-9,0; 3 — 9,0-8,5; 4 — 8,5-8,0; 5 — 8,0-7,5; б — 7,5-7,0;
7—7,0-6,5; 8—6,6-6,0; 9—6,0-5,5; 10— 5,5-5,0; 11 —5,0-4,5; 12-4,5-4,0; 13 —
менее 4,0 /
4.2.2 Распределение органического углерода в почвах разных
' нефтедобывающих районов
Содержание органического углерода и формы органических
веществ в почвах — их важнейшая геохимическая характеристика.
Нефть и нефтепродукты, поступающие в природную, среду (в
том числе и с буровыми растворами, шламами выбуренных пород,
подтоварными водами), оказывают многостороннее воздействие на
гумусное состояние почв и распределение в их профиле Сорг. Воз-
никают две разнонаправленные группы процессов:
201
1) микробиологическая деструкция нефти и нефтепродуктов и
их физико-химическое выветривание (Исмаилов, 1982, 1988; Кадан-
никова и др., 1984; Оборин и др., 1984, 1988 и др.). Результатом этих
процессов является трансформация исходного состава загрязнителя,
частичная утилизация привнесенных органических веществ, их раз-
ложение до конечных продуктов, что способствует постепенной по-
тере ТГ органического углерода;
2) взаимодействие нефти и нефтепродуктов с почвенными орга-
ническими соединениями и минеральными компонентами. В резуль-
тате меняются качественные и количественные характеристики орга-
нических веществ почв. Происходит преобразование состава почвен-
ного гумуса (Хазиев, Фатхиев, 1981; Ильин и др., 1982; Ахмедов и
др., 1982; Славнина и др., 1988,1989; Орлов и др., 1988,1990; Орлова,
1996 и др.). Некоторая часть привнесенного в почвы с ТГ потоками
углерода закрепляется, что приводит к общему увеличению его со-
держаний (Пиковский, Солнцева, 1981; Солнцева, 1981, 1988, 1995;
Хазиев, Фатхиев, 1981; Даутов, 1981; Саттаров, 1982; Демидиенко,
Демурджан, 1988).
Взаимодействие нефти и нефтепродуктов с гумусовыми кис-
лотами приводит к значительному расширению отношений углерода
к азоту (Гайнутдинов и др., 1982, 1988; Цуцаева, 1984; Демидиенко,
Демурджан, 1988; Славнина и др., 1988;Гилязов, 1991;Орлова, 1996и
др.). Увеличивается содержание негидролизуемого остатка (Мука-
танов, Ривкин, 1980; Кахаткина и др., 1986; Орлова, 1996 и др.).
Различия общих запасов органического углерода и изменчи-
вость его содержаний в фоновых почвах даже в одних и тех же при-
родных зонах (табл. 4.26) предопределяют и вариабельность техно-
генной перестройки профиля элемента (табл. 4.27) и комплекса по-
чвенных органических веществ. Наиболее глубокие изменения про-
филя Сорт, отмечаются в северных районах с характерным для них
широким развитием торфяных и торфяно-болотных почв.
При загрязнении собственно органогенных почв (торфяных,
торфяно-глеевых и др.) практически всегда отмечается изменение
состава и свойств торфяной массы: уменьшается потеря при прока-
ливании, увеличивается зольность торфов (табл. 4.26, р.827; табл. 4.27,
р.950) и это несмотря на то, что в них активно концентрируются би-
туминозные компоненты (до 500-600 г/кг).
Увеличение зольности торфяной массы происходит и при заг-
рязнении почв минерализованными водами (табл. 4.26, р. 1-91;
табл. 4.27, р. 5-15).
Увеличение зольности — это не только результат поступления
зольных элементов из ТГ потоков, но и процессов деструкции исход-
ных органических веществ. В пользу предположения связи повышен-
202
Таблица 4.26
Распределение органического углерода в незагрязненных почвах
разных нефтедобывающих районов России
Природные условия Почва (разрез) Индекс горизонта Глубина, см Органически Йуглерод,%
Типичная тундра ЕТР Тундровые торфяни- сто-глеевые (724) Т1 Т2 G 0-4 4-10 10-30 73,9’ 32,5’ 0,6’
Торфяные (827) Т1 Т2 ТЗ ' 0-7 7-19 19-60 90,Г 96,0’ 80,6’
Болотные торфяно- глеевые (525) Т1 Т2 Тп G 0-23 23-35 35-45 >45 63,1’ 45,2’ 9,1 0,6
Южная тундра ЕТР • Тундровые торфяно- перегнойно-глеевые (А-86) АО Т1 G 0-13 13-27 31-36 95,1’ 84,7’ 2,8
Тундровые поверх- ностно-глеевые (А-201) АТ GH G2h G3 0-10 10-25 25-42 42-67 5,5 4,4 2,3 0,3
Болотные торфяные (А-308) Т1 Т2 ТЗ 0-5 5-21 21-39 97,5* 97,6* 36,1’
Лесотундра Зап. Сибири Подзолы торфянисто- иллювиально-желе- зистые (3-91) Т А2 Big B2f BCg 0-7 7-15 15-25 25-55 55-90 52,3’ 0,3 0,3 0,1 0,1 .
Тундровые торфяно- глеевые (29-91) Т1 Т2 G 0-9 9-20 20-32 12,8’ 16,7’ 0,9
Торфяные (1-91) Т1 Т2 ТЗ 0-20 20-40 40-60 97,9’ 98,8* 98,0’
Северная тайга Зап. Сибири Подзолы иллювиально- железистые (29-13) АО А2 Blf 0-5 5-10 10-45 4,7 0,2 0,3
Торфяно- подзолистые иллювиально-гумусо- вые Т1 Т2 А2 0-10 10-20 20-40 85,0’ 86,4’ ” 3,4
Продолжение табл. 4.26
Природные усло- вия Почва (разрез) Индекс горизонта Глубина, см Органиче- ский угле- род %
Южная тайга Пермского При- камья Дерново- подзолистые лесные суглинистые (сред- нее из 25 разрезов) А1 А1А2 А2 А2В В1 В2 4-12 12-19 19-35 35-50 50-74 74-89 3,2 1,2 0,4 0,3 0,2 0,1
Дерново-глеевые, (3002) ' АО А1 А1В BIG B2G 0-7 7-17 17-43 43-64 64-80 3,7 1,6 0,4 0,1 0,1
Лесостепь Пермского При- камья Светло-серые лес- ные пахотные, (840) Апах А1А2 А2В В1 В2 0-24 24-34 34-54 54-66 66-96 6,7 2,6 0,4 0,2 0,3
* Потеря при прокаливании
ной зольности с деструкцией почвенных органических компонентов
свидетельствует уменьшение содержаний собственно биогенных эле-
ментов в составе золы из загрязненных торфов — калия в 4,9 раза,
марганца в 3,4 раза (табл. 4.28).
В результате меняются общие физико-химические характери-
стики торфов (в частности, их плотность, степень разложенности ра-
стительных остатков и др.).
Не менее глубокие изменения свойств почвенных органичес-
ких веществ происходят и при засолении минеральных почв. В таких
случаях формируются фульваты и гуматы натрия, что приводит к
активизации потечности органических соединений и перестраиванию
профиля органического углерода.
Подобные процессы происходят в любых природных условиях
вне зависимости от свойств почв и типа загрязнителей. Возможно
как накопление, так и потеря Сорг., но в любых случаях происходит
его перераспределение по генетическим горизонтам.
Закономерности радиальной и латеральной диф-
ференциации распределения органического углерода.
Поступление нефти в существенно минеральные почвы с окислитель-
ной средой непосредственно сразу (или через небольшие сроки) пос-
ле сброса загрязнителя приводит к изменению содержаний Сорг. во
всех горизонтах почвенного профиля, но с максимумом в его верхней
части, что соответствует закономерностям распределения собственно
нефтяных компонентов. Аналогичным образом перестраивается ра-
204
Таблица 4.27
Распределение органического углерода в загрязненных почвах
разных нефтедобывающих районов России
Природные условия Загрязнитель Почва, номер разреза, время после загрязнения Индекс горизонта Глубина (см) Органи- ческий углерод (%)
Типичная тундра ЕТР Сырая нефть Тундровые торфянисто-глее- вые, р.543, год после загрязнения Т1 Т2 G 0:5 5-13 20-40 79,8’ 87,1* 3,3
Торфяные, р.950, год после загрязнения Т1 Т2 ТЗ Т5 0-7 7-20 20-34 42-60 84,0’ 7,9 81,0’ 82,8*
Южная тундра ЕТР , Сырая нефть Болотные торфянисто-глее- вые, р.811,0,5 года после загрязнения Т G 0-15 15-40 28,1* 4,8
Болотные торфяные, р. 516, три года после загрязнения Т1 Т2 ТЗ Т4 Тм 0-5 5-16 16-35 35-45 >54 88,5.’ 95,0’ 97,0* 96,0* 91,8*
Буровые растворы Тундровые торфянисто-пере- гнойно-глеевые, А-204,0,5 л года после загрязнения Т1 Т2 Ап Glh G2 0-10 10-20 20-24 24-45 >45 94,7* 91,2 59,2 8,0 1,1
Лесотунд- ра Зап. Сибири Сырая нефть Подзолы иллювиально-желе- зистые, р.Н-44, год после загрязнения АТ A2G BIG B2G 0-16 16-26 2645 45-60 6,1 2,8 0,5 1,4
Конденсат Торфяно-глеевые, КГ-50, год после загрязнения Оч Т1 Gh Gtic 0-8 8-31 3145 >45 35,0* 65,1* 4,6 1,3
Сточные воды Торфяно-глеевые, СВ-28, год после загрязнения Т1 ТЗ АТ G1 G2 0-17 27-32 32-50 50-65 65-90 49,9* 26,28* за 0,9 0,2
Торфяные, р. 5М-15, год после загрязнения Оч Т2 ТЗ Т4 0-5 15-30 3045 45-60 783* 89,2’ 90,5’ 95,7’
Продолжение табл. 4.27
Природные условия Загрязнитель Почва, номер разреза, время после загрязнения Индекс горизонта Глубина (см) Органи- ческий углерод (%)
Северная тайга Зап. Сибири Сырая нефть Торфяно-подзолисто- глеевые, р.93-2 А, год. после загрязнения Оч Т2 A2g Bhg BfG G 0-6 20-33 35-40 40-63 80-104 140-150 92,3* 98,1* 1,5 2,4 0,3 0,2
Сточные воды с неф- тепродукта ми Подзолы иллювиально- железистые, СВ-106, многократное загрязнения АО A2 A2BHf Bhg G2 0-4 4-22 22-49 90-140 180-210 16,8 1,1 1,6 2,0 0,2
Южная тайга Пермского Прикамья Сырая нефть i Дерново-подзолистые сугли- нистые, 82112,15 лет после загрязнения AO Al A1A2 A2 A2B Bl 0-7 7-12 12-20 20-26 38-46 46-65 12,2 10,0 4,4 4,1 1,8 1,1
Дерново-подзолистые супес- чаные, р.216,0,5 года после загрязнения AO Al A2 A2B Bl 0-6 6-15 30-48 48-65 65-90 6,1 2,4 U 0,6 0,8
/ Дерново-подзолисто- глеевые, 8217, многократное загрязнение AO Al A1A2 A2Bg BG 0-5 5-18 18-25 25-50 50-74 16,8 5,1 1,0 0,6 0,5
Сточные CI-SO4 воды с нефтепро- дуктами Дерново-подзолистые суглинистые, р.8210, год после загрязнения Al A1A2 A2 A2B Bl B2 B4 5-15 15-25 25-39 39-56 56-65 65-105 147-172 9,2 5,6 1,9 0,6 0,4 0,7 0,4
Лесостепь Пермского Прикамья Сырая нефть Светло-серые пахотные, р.8401, год после загрязнения Anax A1A2 A2B Bl B2 0-20 20-39 39-55 55-70 70-81 4,5 1,5 0,7 0,2 0,3
Содержание элементов мгЛсг абсолютно сухой массы Z ч О
С 2 ©г 70,6
5 сч ОС Л
б сч vM и
3 ч со сч
£
Я со ч ©1
□ о* 2,14
й п со 114
“г со «п 150
со 2 о о 0009
v Ч со а ч <п ♦н
00 S . Ч w 267,7
б 589 1004
Золь- ность, % с*Г со
Характеристика почвен- ной массы, горизонт, разрез T1, фоновый, р 8М-94 Т1, загрязненный сточ- ным! водами с нефте- продуктам!, р. 5-30
диальный профиль содержаний
элемента при поступлении в та-
кие почвы других ТГ потоков,
но при наличии в их составе би-
туминозных компонентов
(рис. 4.26).
Загрязнение глеевых
почв определяет значительно
более контрастное радиальное
распределение Сорг.. Как было
показано ранее, глеевые гори-
зонты, являясь абсолютным
механическим барьером, не
пропускают (или очень слабо
пропускают) крупные молеку-
лы органических загрязните-
лей. В таких субстратах содер-
жание органических веществ
либо остается на исходном
уровне (сравнить табл. 4.26, р.
А-86 и табл. 4.27, р. 543), либо
может даже и снижаться (в
случае одовременной миграции
в них менее вязких, но геохи-
мически активных минераль-
ных компонентов ТГ потоков —
простых солей, способствую-
щих изменению свойств гуму-
са и активизирующих его по-
течность).
Конкретные закономер-
ности профильного перераспре-
деления Сорг. в нефтезагряз-
ненных почвах при прочих рав-
ных условиях — близких объе-
мах сброшенных поллютантов,
одинаковом расстоянии от ис-
точника воздействия, близком
времени после аварии — во
многом зависят от того, в ка-
кие элементарные ландшафты
поступают загрязнители
(табл. 4.29), а в пределах одно-
207
типных фаций — от форм хозяйственного использования территории.
Так, в почвах южной тайги максимально глубокое проникновение не-
фти и, соответственно, максимальное увеличение содержаний орга-
Рис. 4.26. Распределение
Сорг. % в загрязненных
иллювиально-железистых
подзолах (северная тайга
Зап. Сибири).
I —фоновые почвы; 2 —
после загрязнения сырой
нефтью; 3 — после выжи-
гания нефти; 4— после
загрязнения подтоварны-
ми водами с нефте-
продуктами; 5 — после
загрязнения буровыми
растворами (без нефте-
продуктов)
V777f ESS* ШИШ*
нического углерода отмечается в элювиальных ландшафтах водо-
разделов (табл. 4.29, р.212) или на очень пологих склонах. В рассмат-
риваемом случае повышение концентраций Органического углерода
наблюдается до глубины 90 см при общем его увеличении в почвен-
ной массе в 2-3 раза. В транзитных ландшафтах (в частном случае
занятых суходольными лугами), особенно при заметных уклонах по-
верхности, способствующих “скатыванию” нефти, проработка про-
филя почв и увеличение содержаний органического углерода отмеча-
ется только до глубины 54 см (табл. 4.29, р. 109). Аналогичные дан-
ные приводит Ю.И. Пиковский (1981), показавший зависимость про-
никновения нефти вглубь почвенного профиля и изменений концент-
раций Сорг. в почвенных горизонтах от уклона поверхности. Однако в
таких же элементарных ландшафтах, но в пахотных почвах с разуп-
лотненным верхним горизонтом и отсутствием развитой дернины
происходит и более глубокое просачивание нефти. Количество орга-
нического углерода увеличивается во всех горизонтах профиля
(табл. 4.29, р. 208) и в интервале глубин 0-134 см меняется от 0,8 до
8,5%. Среднее содержание элемента становится в 7,8 раза выше, чем
в аналогичных чистых почвах той же территории. Увеличение глуби-
ны проникновения нефти на пашнях отмечал также Р.К. Даутов (1981),
и это явление характерно для любых природных условий.
Даже при легком механическом составе почв, способствую-
щем фронтальному просачиванию загрязняющих веществ, возникает
внутрипочвенная неоднородность распределения поллютантов и, со-
ответственно, сложное перераспределение Сорг. в почвенной массе —
чередование слоев и горизонтов, более или менее обогащенных угле-
родом (см. табл. 4.29, р.212).
208
Таблица 4.29
Распределение органического углерода в дерново-подзолистых почвах
легкого механического состава в разных элементарных ландшафтах
(южная тайга Пермского Прикамья)
Типы элементарных ландшафтов Состояние почв (разрез) Окислительно- восстановительны еусловия Горизонт Глубина, CM Сорт., %
Элювиальные целинные лесные фоновые (304) окислительная среда АО А1 А2 А2В В1 В2 0-8 8-17 17-35 35-55 55-80 80-103 4,2 0,9 0,2 0,3 0,9 0,7
полгода после загрязнения (212) вторично оглеенные ТГ Alg AlA2g A2g A2BG Big B2g 0-6 6-17 17-30 30-48 48-65 65-90 90-120 6,1 5,3 1,9 0,8 1,3 1,0 0,2
Трансэлювиаль- ные суходольных лугов фоновые (126) окислительная среда AO Al A1A2 A2 A2(h) A2B Bl B3 0-5 5-10 10-19 19-27 27-33 36-77 77-120 120-160 2,8 1,3 0,7 0,3 0,4 0,2 0,2 0,2
полгода после загрязнения (109) вторично оглеенные An AnAl A2(g) A2Bg A2BG BIG B2G B3G 0-6 6-14 14-23 23-37 37-54 54-76 76-126 126-141 9,3 4,9 3,6 1,8 0,9 0,3 0,3 0,3
Трансэлювиаль- ные пахотных угодий фоновые (303) окислительная среда A’nax A"nax A2 A2B BI B2 B3(BC) 0-10 10-20 22-44 44-60 60-95 95-125 125-150 1,2 0,6 0,3 0,5 0,5 0,3 0,1
полгода после загрязнения (208) вторично оглеенные A'nax A"nax A2G A2Bg Big B2G B3G 0-15 15-27 27-42 42-60 60-85 85-115 115-134 8,5 8,1 4,2 3,4 1,4 0,9 0,8_.
14-1.119
В ландшафтах южной тайги наиболее сложны закономерности
перестройки профиля органического углерода в дерново-глеевых и
дерново-перегнойно-глеевых почвах логов (табл. 4.30), что обуслов-
лено строением их вертикального профиля, неоднородностью меха-
нического состава и текстуры, своеобразием гидрологического ре-
жима. В общем случае содержание элемента в таких почвах выше,
чем в почвах других элементарных ландшафтов той же территории.
При этом максимумы Сорг. могут быть приурочены не только к соб-
ственно дерновым горизонтам, где его значительную долю состав-
ляют природные органические соединения, но и другим горизонтам
почв, что соответствует миграционному профилю нефти.
При латеральной внутрипочвенной миграции нефти наиболее
проработанными оказываются субстраты, вмещающие ТГ поток
(включая зону капиллярной каймы), что приводит к формированию
четко выраженного “подвешенного” максимума органического угле-
рода (табл. 4.30, р.402).
Таблица 4.30
Распределение органического углерода в нефтезагрязненных дерново-
глеевых почвах супераквальных влажно луговых ландшафтов логов
(южная тайга Пермского Прикамья)
Почва (разрез) Расстояние до источника выброса Горизонт Сорг, %
Дерново-глеевая (203) Фоновая А0А1 А1 ABg B2g 3,9 4,1 0,8 0,5
Дерново-перегнойно- глеевая (205) 200 м А0А1 Alg AlBg Big B2g 8,7 5,6 2,7 3,8 4,0
Дерново-глеевая (402) вне видимого источника загрязне- ния (внутрипочвенный сток) A0 A0A1 Alg A1G Bg BCg 1,7 1,2 3,7 2,8 2,4 0,7
Контрастность вторичного радиального перераспределения
Сорг. может заметно различаться даже в пределах площади генети-
чески единого ореола загрязнения, сформировавшегося в однотип-
ных, но различно используемых почвах (рис. 4.27). В рассматриваемом
случае неоднородность распределения органического углерода находится
в прямой зависимости от ландшафтной структуры загрязненной терри-
тории. Границы между элементарными ландшафтами (в качестве кото-
210
Cepe,%
to.o
8.0
6.0
4.0
2.0
Z£S
О 20 40 60 00 ЮО ПО МО №0 fto 200 м
—направление миграции нефти
ЕЗ2
Рис. 4.27. Пространственное распределение С
и битуминозных веществ (сумма гексановых°и
хлороформных фракций) в почвах разных зон
ореола загрязнения (0,5 года после сброса нефти).
А—пахотных: Б—суходольных сенокосных лу-
гов. 1 — С в верхней (25 см) части профиля
почв; 2 — битуминозные вещества (%) в верхней
(25 см) части профиля почв
8.0
10
6.0
5,0
4.0
рых, как в данном случае, могут выступать и границы между разными
типами сельскохозяйственных угодий) часто играют роль латеральных
барьеров, изменяющих ак-
тивность миграционных про-
цессов. Так, установлено,
что граница пахотных и се-
нокосных угодий (без сме-
ны исходного типа почв)
служит своеобразным лате-
ральным барьером, где про-
исходит замедление темпов
миграции загрязняющих ве-
ществ и их вторичное накоп-
ление (Солнцева, Никифоро-
ва, 1988) и соответственно
радиальное перераспреде-
ление Сорг. в почвах “барь-
ерной” части ореола загряз-
нения.
Исследования, выпол-
ненные в разных природных
условиях, показали, что чем сложнее структура ландшафтов (и почвен-
ного покрова), тем сложнее вторичная структура ТГ ореолов и контрас-
тнее пространственное перераспределение органического углерода.
При сбросе в ландшафты нефтепродуктов вместе с минерализо-
ванными сточными водами ТГ органические загрязнители активно миг-
рируют даже в торфяных почвах, где они перемещаются вместе с соб-
ственно почвенным углеродом, задерживаясь только над непроницае-
мым для нефтепродуктов глеевым барьером, что создает контрастный
вертикальный профиль органических веществ (табл. 4.31).
Таблица 4.31
Содержание Сорг. в тундровых торфянисто-глеевых почвах, загрязненных
сточными водами с нефтепродуктами (лесотундра Зап. Сибири)
Точка наблюдения Горизонт Глубина, см Сорг, % Отношение к углероду в фоновых почвах
Т1 0-5 48,87' 0,52
5М-10 Т2 5-21 61,91’ 0,66
Bg 21-48 4,34 5,20
G 48-90 0,26 0,75
' Потеря при прокаливании
Поступление сточных вод (без нефтепродуктов) в преимуще-
ственно минеральные почвы приводит к выравниванию в них содер-
жания Сорг. — сглаживанию второго максимума гумуса (в случае,
211
если в исходной почве он был выражен). В то же время при продви-
нутой стадии трансформации почв может происходить увеличение
концентраций элемента в иллювиальных горизонтах и (или) почвооб-
разующей породе. Поточность гумусовых веществ достаточно хо-
рошо видна и на микроуровне — в шлифах(Солнцева, 1982).
Таким образом, перераспределение Сорг. в почвах — процесс
неоднозначный, зависящий от множества как природных, так и тех-
ногенных факторов.
Пространственно-временные изменения гумусного состояния
почв и профиля органического углерода в разных зонах ореолов заг-
рязнения осуществляются вслед за перестройкой основных почвен-
но-геохимических параметров. В результате каждой стадии их пре-
образования соответствует и определенная биологическая продук-
тивность почв и ландшафтов.
Непосредственно после сброса в почвы нефти или нефтепро-
дуктов суммарное количество органического углерода в почвенной
массе верхних генетических горизонтов значительно превышает ис-
ходный уровень. Однако гибель растительности, наступающая вслед
за загрязнением почв, прекращение биологического воспроизводства
собственно почвенных органических веществ и микробиологическая
деструкция поллютантов могут быстро приводить к потере углерода,
включая и его исходные запасы. В таких случаях количество Сорг.
может стать ниже, чем в исходных почвах (рис. 4.28,А). Разрушение
почвенного гумуса и потеря природного Сорг. частично компенсиру-
ются ТГ углеродом, но полнота компенсации зависит от типа поллю-
тантов, их количества и типа исходных почв.
При сбросе нефти в дерново-подзолистые суглинистые почвы
процесс потери почвенного органического углерода лишь частично
компенсируется ТГ углеродом. Остаточные количества органичес-
Рис. 4,28. Динамика средних содержаний Сорг (%) в загрязненных дерново-подзолис-
тых почвах (южная тайга Пермского Прикамья).
А —нефтью; Б —сточными водами с нефтепродуктами. 1 — ядро ореола; 2 — крае-
вая часть ореола; 3 — фоновые почвы (среднее из 25 разрезов)
212
кого вещества в почвах через год после загрязнения нефтью (с уче-
том ТГ углерода) составляют в среднем по профилю 0,73 от исходно-
го уровня (рис. 4.28,А). Стадия пониженных содержаний углерода в
загрязненных почвах (в данном случае — дерново-подзолистых) ра-
стягивается на несколько лет.
На следующих этапах преобразования почв (после их освобож-
дения от ТГ солей и перестройки основных физико-химических
- свойств — pH, ППК) происходит постепенное восстановление био-
логического функционирования почв, что сопровождается изменени-
ем запасов Сорг. Максимальная биологическая продуктивность почв
(вплоть до гигантизма отдельных экземпляров растений) соответ-
ствует стадии формирования нейтральной реакции ’почвенных сус-
пензий в верхних 15-18 см профиля — корнеобитаемом слое (рис. 4.29).
Четко прослеживается биологический оптимум, соответствующий
; рНн2о — 6,5-7,0 (7,1).
Рис. 4.29. Динамика щелочно-кислотных условий (pHHj0) и средних содержаний
органического углерода (%) в загрязненных дерново-подзолистых почвах
(южная тайга Пермского Прикамья)
А — ядро ореола (нефть); Б — ядро ореола (сточные воды); В — краевая зона ореола
(нефть). 1 — Сорг (%); 2 — рНн<)
' При поступлении в почвы со сточными водами вязких асфаль-
теново-смолистых веществ, характеризующихся низкой самостоя-
тельной (без ТГ вод) подвижностью, относительной физико-химичес-
кой устойчивостью и плохо ассимилирующихся микробиологически,
суммарное количество органического углерода в почвах сразу резко
возрастает и устойчиво сохраняется, превышая через год после ава-
рии в 1,6-2,1 раза исходный уровень (табл. 4.32, р. 8210, 8209, рис.-
4.28Б). Но и в этих случаях с течением времени, несмотря на устойчи-
вость подобных нефтепродуктов, в загрязненных ими почвах происхо-
дит постепенное уменьшение органического углерода (рис. 4.28 Б). Это
обусловлено тем, что из-за жестких геохимических условий начального
213
Таблица 4.32
Пространственно-временные изменения содержаний органического углерода
в загрязненных почвах (Пермское Прикамье)
Природные условия, почвы Загрязнитель Положение почвы в ореоле загрязнения Время после загрязнения (разрез) Исходные гене- тические гори- зонты почв Сорг., %
Южная тайга, дерново- подзолистые суг- линистые целин- ные лесные сточные С1- Naeoflbi ядро ореола 1 месяц (002) АСН-А1 В1 3,2 0,2
1 год (7001) АО+А1 А1А2+А2 В1 4,5 0,7 0,5
4 года (470) АСН-А1 А1А2+А2 В1 4,4 0,8 0,5
краевая зона 1 год (012) АО+А1 А1А2+А2 В1 4,7 0,5 0,1
4 года (490) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 9,6 1,2 _02_
5 лет (1490) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 9,4 1,2 0,2
сырая нефть ядро ореола 1 год (207) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 5,5 0,8 0,3
4 года (П1) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 6,6 1,2 0,2
10 лет (Н) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 7,6 1,2 0,3
15 лет (Ю2) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 11,3 1,5 0,6
17 лег (Н2) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 11,1 2,0 1,0
20 лет (85111) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 10,0 1,4 _L2_
краевая зона 10 лет (8212) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 4,6 0,6 0,4
17 лет (403) АО+А1 А1А2+А2 В1 9,9 0,9 0,4
20 лет (301) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 9,1 1,1 _0±_
Продолжение, табл. 4.32
Природные условия, почвы Загрязнитель Положение почвы в ореоле загрязнения Время после загрязнения (разрез) Исходные гене- тические гори- зонты почв Сорг., %
Южная тайга, дер- ново-подзолистые супесчаные пахот- ные сырая нефть ядро ореола 0,5 лет (106) Апах А2 В1+В2 7,5 3,5 1,2
3,5 года (5106) Апах А2 В1+В2 6,7 з,2 1,2
средняя часть 0,5 лег (203) Апах А2 В1+В2 4,5 1,6 0,5
3,5 года (5203) Апах А2 В1+В2 4,6 4,5 1,3
Южная тайга, дерново-подзолис- тые суглинистые лесные сточные CI-SO4 воды с нефтепродук- тами ядро ореола 1 год (8210) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 12,6 1,6 0,5
4 года (ЮЗ) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 11,4 2,8 0,5
10 лет (107) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 11,6 1,3 1,1
краевая зона 1 год (8209) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 13,9 3,2 3,4
4 года (201) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 8,7 4,2 2,1
10 лет (Ю9) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 6,5 2,8 2,0
фоновые дер- ново-подзо- листые в пре- целинные лес- ные суглинис- тые среднее из 25 разрезов АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 7,4 1,3 0,25
делах нефте- промысла супесчаные пахотные среднее из 2 разрезов Апах А2 В1+В2 28,0 0,8 0.4
Лесостепь, серые лесные легкого механического состава пахотные сырая нефть средняя зона 1 год (401) Апах А1А2+А2В В1+В2 6,5 1,9 о,з
10 лет (8401) Апах А1А2+А2В В1+В2 5,2 1,2 0,8
фоновые светлосерые в пределах нефте- промысла, среднее из 2 разрезов Апах А1А2+А2В В1+В2 2,8 0,9 07
этапа трансформации таких почв (более токсичные ТГ потоки) восста-
новление растительности осуществляется менее активно, и количество
вновь поступающих в почвы органических веществ не может компен-
сировать общие потери элемента.
В почвах легкого механического состава — супесчаных, легко-
суглинистых (особенно пахотных) преобразование профиля Сорг. осу-
ществляется несколько иначе. В этих условиях нефть и нефтепродукты
в процессе загрязнения фронтально просачиваются вглубь почв, запол-
няя свободное порово-трещинное пространство, что приводит к быстро-
му повышению содержаний Сорг. по всему профилю. В частности, об-
наружено, что в пахотных дерново-подзолистых почвах легкого механи-
ческого состава в ядре ореола средние содержания элемента в профиле
почв могут превышать фоновый уровень более чем в 5,0 раз, в средней
зоне — в 2 раза; в этой же части ореола в пахотных серых лесных по-
чвах — в 2,7 раза. Динамика содержаний элемента в таких почвах так-
же иная. Сброс значительного количества битуминозных веществ вглубь
почвенного профиля определяет менее высокие остаточные концентра-
ции БВ в верхних горизонтах и достаточно быстрое восстановление био-
логической продуктивности почв (растительный покров может восста-
новиться уже через год после аварии), что вновь приводит к перестрой-
ке профиля органического углерода.
Ритмы процессов деструкции битуминозных веществ и преобра-
зования профиля Сорг. в почвах вблизи источника выброса загрязнителя
всегда не совпадают с характером перестройки этих показателей в по-
чвах краевых зон ореола (рис. 4.30). Анализ соотношений между биту-
минозными веществами и количеством Сорг. свидетельствует: а) в по-
чвах центральной части ореола со временем происходит заметное умень-
шение ТГ углерода при увеличении собственно почвенного углерода;
б) в краевой зоне ореола за тот же срок наблюдений из-за продолжения
Рис. 4.30. Динамика соотношений между концентрациями битуминозных веществ (сум-
ма ГБ и ХБ фракций), в загрязненных нефтью пахотных дерново-подзолистых
почвах легкого механического состава (южная тайга Пермского Прикамья).
А — ядро ореола загрязнения; Б — латеральный барьер в краевой зоне ореола загряз-
нения; 1 — через полгода после загрязнения; 2 — через 3,5 года после загрязнения
216
подтока загрязнителя от места его выброса увеличения собственно по-
чвенного углерода не происходит.
Формирование вторичных радиальных и латеральных макси-
мумов и минимумов. Сорт., не совпадающих с природными законо-
мерностями пространственного распределения органических ве-
ществ, —одна из основных особенностей преобразования почв в рай-
онах добычи нефти.
Факторы, осложняющие закономерности внутри-
почвенной дифференциации содержаний органического
углерода. Главные причины, “ломающие” общие закономерности
преобразования радиального и латерального профиля Сорг. — повторя-
емость актов загрязнения, особенно в случаях наложения техногенных
потоков разного состава; ТГ перестройка форм рельефа и микрорелье-
фа, осложняющая движение миграционных потоков; сочетание контрас-
тных по исходным свойствам элементарных ландшафтов на пути их
движения.
Важную роль в изменении профиля Сорг. играет землевание или
пескование нефтезагрязненных почв — один из приемов ‘'рекультива-
ции”, широко использующийся на территориях промыслов, особенно в
северных районах (тундре и лесотундре). В этих случаях нефть и неф-
тепродукты мигрируют как вниз по почвенному профилю, так и вверх—
в перекрывающий материал, который как бы “всасывает” загрязнитель.
В результате в таких почвах возникает своеобразная вертикальная зо-
нальность распределения элемента (табл. 4.33).
Землевание и пескование загрязненных участков приводит к слож-
ному (многослойному) распределению загрязнителя в профиле почв,
Таблица 4.33
Влияние землевания и пескования на радиальное распределение
органического углерода
Природные условия Почвы (раз- рез), вид ТГ воздействия Строение верти- кального профиля почв Исходные генетиче- ские гори- зонты Глуби- на, см Copt в загряз- ненных почвах ,% в фоно- вых почвах
Южная тайга Пермско- го При- камья Дерново- подзоли- стые (201), землевание Наложенный материал — ТГ нанос слой! слойП слойШ 0-10 10-20 20-31 0,5 2,7 3,3 отсут- ствует
Погребенный почвенный про- филь [АО] [Alg] [A1BG] [BIG] 31-52 52-63 63-90 90-111 6,2 3,5 4,7 5,3 3,9 4,1 0,8 0,5
Северная тайга Зап. Сибири Болотная торфяная (Мо-31), пескование Наложенный материал — ТГ нанос слой I слойП 0-21 21-34 0,04 0,08. отсут- ствует
Погребенный почвенный про- филь [Оч] [Т1] 34-44 44-60 8,2 85,1’ 6,3 84,5’
’ Потеря при прокаливании.
217
способствует консервации нефти в погребенных почвах и длительному
сохранению ТГ углерода.
Повторные сбросы загрязняющих веществ приводят не только к
общему увеличению содержаний элемента в почвах и очень высокому
обогащению их отдельных слоев и блоков (рис. 4.31), но и новым цик-
। 2 4 ПТП 5 6
Рис. 4.31. Распределение органического углерода (%) в почвах, многократно загряз-
ненных нефтью (дерново-подзолистые почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
1 —более 20; 2 — 20-15; 3 —15-10; 4 —10-5; 5 — 5-1; 6 — менее 1
лам пространственной перестройки его содержаний. Образуется свое-
образная' нерегулярная структура почвенного покрова, включающая вы-
сокообуглероженные разности почв.
Специфичное пространственное распределение Сорг. возникает в
супераквальных почвах логов и ложбин стока, особенно при частой по-
вторяемости сброса в них ТГ потоков (рис. 4.32).
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 м
1£32ЕЗзЕ34И5ИбИ
Рис. 4.32. Пространственное варьирование Сорг (%) в почвах после неоднократно-
го сброса загрязнителей (дерново-подзолистые почвы, южная тайга Пермского
Прикамья).
Сорг (%): 1 — менее 1; 2 — 1-3; 3 — 3-7; 4 — 7-10; 5 — 10-20; 6 — более 20
218
Специфика ландшафтов и характер поступления загрязнителей с
поверхностным стоком или внутрипочвенно определяют особенности
распределения Сорг. в вертикальном профиле таких почв. Могут быть:
1) “карманы” повышенно обуглероженных почв и субстратов; 2) хо-
рошо выраженные обуглероженные горизонты, соответствующие
внутрипочвенному потоку нефтепродуктов; 3) “отмытые” участки,
соответствующие уровню движения почвенно-грунтовых вод.
Закономерности посттехногенного перераспределения органи-
ческих веществ в таких условиях достаточно сложные и мало изуче-
ны. Представляется, что повышенные содержания Сорг., особенно
во “внутренних” горизонтах почв при затрудненном доступе кислоро-
да, будут сохраняться длительное время, определяя своеобразие по-
чвенных процессов.
Таким образом, сброс любых типов загрязняющих веществ
(даже без нефти и нефтепродуктов в их составе) приводит к пере-
стройке профиля углерода. Содержания его в почвах районов добычи
нефти (как и все другие их физико-химические характеристики) ме-
няются в пространстве и времени.
Существуют закономерные связи между содержанием нефте-
продуктов и содержанием в почвах Сорг., однако, без учета времени
с момента загрязнения, положения почвенного тела в ореоле загряз-
нения, истории его развития адекватные оценки — количество нефти
или нефтепродуктов — количество Сорт., как было показано выше,
невозможны. Отсутствие прямой функциональной связи битуминоз-
ные вещества — органический углерод в загрязненных почвах не
позволяет рекомендовать оценку его содержаний, как это делают
некоторые авторы (Гайнутдинов и др., 1988), в качестве прямого коли-
чественного критерия степени загрязнения почв нефтепродуктами, хотя
на качественном уровне связь этих показателей несомненна.
. 4.3 Отдаленные следствия физико-химической трансформации
твердой фазы почв
Отдаленные следствия ТГ галогеохимических процессов на
территориях промыслов (особенно в почвах гумидных ландшафтов)
практически неизвестны. Вопрос о возможности развития вслед за
техногенным галогенезом природоподобного солонцового процесса и
возникновения почв собственно солонцового ряда (вне территорий с
недостаточным увлажнением), несмотря на очевидную теоретичес-
кую и практическую значимость, не исследован. Отправной точкой
оценки генетико-эволюционных изменений может служить анализ
сходства-различий комплекса новообразованных свойств и призна-
ков с соответствующими характеристиками естественных солонцо-
вых почв.
219
Согласно представлениям К.К. Гедройца (1928), в природных
условиях процессы, связанные с засолением-рассолением почв, уже
на стадии солонца-солончака приводят к изменению профиля ила с
одновременным разрушением высокодисперсной части почв и выде-
лению свободных оксидов Si, Fe, Al. В.А. Ковда (1937, 1940, 1946,
1973) показал, что солонцовый процесс характеризуется мобилиза-
цией в раствор в условиях щелочной среды кремнезема. Н.И. Анти-
пов-Каратаев (1953) также считал, что аккумуляция аморфной крем-
некислоты является следствием солонцеобразования. Б.В. Андреев
(1956) экспериментально доказал гидролиз кремниевых и органичес-
ких соединений в почвах при действии на них солей. В.Н. Михайли-
ченко (1979) в экспериментах подтвердил освобождение кремния,
железа, алюминия в почвах, переживших циклы засоления-осолонце-
вания, и синтез в них поликремниевых кислот, алюминатов и специ-
фических форм органического вещества. Эти соединения определя-
ют коллоидную и молекулярную подвижность веществ в почвенном
профиле (в форме гуматов, фульватов, силикатов, алюминатов, хела-
тов, органоминеральных комплексов) и играют определяющую роль
в формировании почвенного профиля и становлении физической со-
лонцеватости почв (Михайличенко, 1979).
Для понимания глубины генетических сдвигов в почвах, пере-
живших ТГ галогенез, необходимо определить, происходят ли в них
изменения содержаний и распределения аморфной кремнекислоты,
подвижных и валовых форм Fe, AL, органического углерода, ила.
Важнейшим диагностическим показателем служит также физичес-
кое состояние почв.
4.3. L Физическое состояние почв, переживших стадию
техногенного галогенеза
Динамические наблюдения за свойствами почв, загрязненных
при добыче углеводородного сырья, выявили постепенные измене-
ния не только их химических, но и физических характеристик, кото-
рые возникают в любых типах почв и четко фиксируются морфоло-
гически. Происходят существенные изменения характера агрегиро-
ванности почв, что отмечается и в литературе (Мукатанов, Ривкин,
1980; Гайнутдинов и др., 1980;Славнинаи др., 1989).
Нефтезагрязненные почвы в любых природных зонах характери-
зуются повышенной гидрофобностью (Славнинаи др., 1982; Саттаров и
др., 1982; Гайнутдинов, 1982; Гайнутдинов и др., 1988; Халимов, 1996).
Отмечается увеличение дисперсности почв и одновременно
появление глыбистости при их высыхании (Гайнутдинов и др., 1982;
Гилязов, 1991).
220
Изменяется объемная масса почв. Методом колец в полевых
условиях (южная тайга Пермского Прикамья) выявлено, что превы-
шение объемной массы загрязненных почв относительно фона мо-
жет составлять 30 % (табл. 4.34). Уплотнение почв наблюдается не
только в пределах контура первичного ореола загрязнения, но распро-
страняется (вслед за выходом загрязнителей и перестройкой ППК и
pH) и за их пределы. Интенсивность уплотнения почв в зоне вторич-
ного ореола загрязнения падает по мере удаления от границ первич-
ного ТГ ореола.
Таблица 4.34
Изменение объемной массы дерново-подзолистых суглинистых почв,
загрязненных сточными водами (южная тайга Пермского Прикамья)
Сроки после за- грязнения, поло- жение почвы в ореоле загрязнения Разрез Гори- зонт Относительное уве- личение объемной массы ТГ осолонцо- ванных почв, % Определение плотности при полевых описаниях (разрезы 08,08 А 011 - описания Гера- симовой; 8470 - автора)
10 лет, ядро ореола 8470 АО/А1 11,3 уплотненный в верхней час- ти горизонта, плотный - в нижней
А1А2 15,4 плотный
А2' 33,2 очень плотный
А2" 10,8 чрезвычайно плотный
А2В 7,0 очень плотный
25 лет, внешняя зона (вторичный ореол) 08* А1А2 29,7 очень плотный
А2 11,7 очень плотный
А2В 12,1 плотный, немного вязкий
В1 1,0 уплотненный, вязкий
08-А* А1А2 30,8 очень плотный
А2 11,6 плотный
В1 2,0 уплотненный
01Г А2В 4,4 плотный
В1 2,3 плотный
В2 0,5 уплотненный
* Разрезы 08 и 08-А расположены в 70 м от морфологически видимой границы
первичного ореола загрязнения, р. 011 - в 200 м
В сухом состоянии загрязненные почвы становятся очень плот-
ными, иногда слитыми, что фиксируется при полевых описаниях. Сухая
почвенная масса растрескивается, ширина трещин в профиле почв дос-
тигает 1-2 см. Отмечается тенденция формирования столбчатой струк-
туры. Головки ’’столбов” приурочены к верхней части горизонта А2В.
Во влажном состоянии нижние горизонты почв становятся вяз-
кими, а верхние (особенно исходно оподзоленные — А1А2, А2) при-
221
обретают свойства тиксотропности. При вскрытии подобных почв
почвенная масса этих горизонтов начинает “течь”, что соответству-
ет представлениям К.К. Гедройца (1955) о пептизации дисперсных
систем в условиях щелочной среды и отсутствия электролитов. По-
вышение содержаний неагрегированного ила отмечается и для дру-
гих типов почв, переживших аналогичное загрязнение (Даутов, 1981;
Саттаров и др., 1980).
Процессы диспергации почвенной массы сопровождаются и
абсолютной потерей ила. Интенсивность и формы перестройки про-
филя ила сильно варьируют в зависимости от типа поллютантов, вре-
мени с момента загрязнения, положения почвенного тела в ореоле
загрязнения (табл.4.3 5).
Таблица 4.35
Содержание илистой фракции в загрязненных и фоновых дерново-под-
золистых суглинистых почвах (южная тайга, Пермское Прикамье)
Загрязни- тель Срок после загряз- нения, (раз- рез) Положе- ние в оре- оле за- грязнения Горизонты Фрак- ция более 0,001 Измене- ния содер- жаний ила, % Na*, % от суммы катионов рНн2о
на момент исследования
Сточные воды 4 года (среднее из р.321, 344) средняя часть А0+А1 15,00 -28,2 8,0 6,9
А1А2+А2 13,63 -29,6 11,7 7,1
В1+В2 40,40 -2,3 13,5 6,0
10 лет (8470) ядро А0+А1 17,50 -16,3 нет дан- ных 7,0'
А1А2+А2 17,40 -10,4 м 7,0
В1+В2 40,12 -3,0 н 6,2
Сырая нефть 10 лет (82032) средняя часть А0+А1 22,90 +8,2 9,1 7,7
А1А2+А2 15,88 -18,1 33,0 7,2
В1+В2 34,35 -16,9 30,0 6,9
20 лет (601) ядро А0+А1 31,85 +31,1 20,1 6,3
А1А2+А2 21,26 +9,6 34,0 6,5
В1+В2 35,61 -13,9 44,5 6,4
Фоновые почвы, среднее из 3 разрезов А0+А1 20,89 ~ 1 0,6 4,8
А1А2+А2 19,35 — 0,9 4,6
В1+В2 41,35 — 0,7 5,2
В загрязненных сточными водами почвах потеря ила происхо-
дит из всех горизонтов, но с разной интенсивностью и достигает 28-
29%. При этом в ядре ореола при прочих равных условиях (один и тот
же ореол загрязнения, одна и та же геоморфологическая поверхность,
одинаковый тип исходных почв и рыхлых отложений и т.д.) интенсив-
ность обезыливания ниже, что согласуется с моделью перестройки
222
ППК в разных функциональных зонах ореолов загрязнения (см.
табл. 4.9; 4.11; рис. 4.7). В почвах, загрязненных сырой нефтью, по-
теря ила осуществляется только из нижних горизонтов. При этом ин-
тенсивность выноса ила из тех горизонтов нефтезагрязненных почв,
которые слабо защищены битуминозными веществами, выше, чем
из аналогичных горизонтов почв, загрязненных сточными водами.
* Убыль ила из горизонтов В1, В2, ВЗ через равные сроки наблюдений
и при равном уровне исходного засоления превышает в 5 раз и более
данный показатель в почвах, загрязненных сточными водами.
Обезыливанию верхних горизонтов нефтезагрязненных почв
препятствуют ТГ битуминозные компоненты, “склеивающие” почвен-
ные частицы. Одновременно БВ являются источником собственно
органических коллоидов в этих горизонтах (см табл. 4.35, р.601). В
ядре ореолов загрязнения заметное накопление битуминозных ком-
понентов в верхней части профиля почв препятствует их уплотнению
и возникновению “текучести” почвенной массы. При уменьшении в
почвах битуминозных веществ (особенно их тяжелых фракций) —
средняя и краевая зоны ТГ ореолов — уменьшается накопление или-
стых частиц в верхней части профиля и увеличиваются потери ила из
нижней (см табл. 4.35; сравнить р. 82032 и 601), одновременно на-
блюдается и “текучесть” почвенной массы.
Полученные материалы свидетельствуют, что конкретные фор-
мы преобразования физического состояния почв в целом и их отдель-
ных признаков (перераспределение ила в профиле, уплотнение почвен-
ной массы и др.) в разных почвах неодинаковы. По типам вторичных
перестроек физических характеристик (как и по изменениям химичес-
ких свойств) выделяются две достаточно разные группы почв— пре-
имущественно минеральные и преимущественно органогенные.
Наиболее интенсивные изменения физических свойств выявлены
в почвах среднего и тяжелого механического состава. Отмечается пеп-
тизация почвенной массы, возрастает ее плотность (объемная масса).
В таких почвах постепенно проявляются признаки, которые могут сви-
детельствовать о развитии собственно солонцового процесса. При этом
на первых этапах физико-химической трансформации почв (непосред-
ственно после их загрязнения) морфологические изменения не проявля-
ются. Сохраняются все признаки исходных почв. Из этого следует, что
физические и морфологические свойства почв обладают иными, чем
химические показатели, характерными временами трансформации. В
результате имеет место асинхронность химического и морфологическо-
го преобразования почв из-за отставания во времени физической и мор-
фологической перестройки почвенных тел. Возникающие в почвах пре-
образования физических характеристик и морфологических свойств не
статичны и нарастают во времени.
223
Таким образом, в почвах, переживших стадию техногенного
галогенеза (включая и особую его разновидность — битуминозный
галогенез), происходят процессы, затрагивающие не только лабиль-
ные, но и консервативные характеристики почвенных матриц.
4.3.2 Вторичный глеегенез и изменение содержаний аморфного
железа и алюминия
Еще одно важнейшее следствие техногенных галогеохимичес-
ких процессов в ландшафтах районов нефтедобычи — изменение
водно-физических свойств почв, особенно их водопроницаемости (Да-
утов и др., 1981; Гилязов, 1991). Нарушается кислородный режим почв
и грунтов, перестраиваются окислительно-восстановительные про-
цессы, что происходит в любых природных условиях (Мукатанов,
Ривкин, 1980; Артемьева и др., 1980; Солнцева, 1982, 1988; Саттаров
и др., 1982;Славнина,Кахаткинаидр., 1984; Цуцаева, 1984; Горнико-
ва, Середина, 1985;Славнинаидр., 1989; Солнцева, Никифорова, 1988).
При сбросе в почвы нефти масса подвижных органических заг-
рязнителей заполняет значительную часть доступного порово-трещин-
ного пространства, вытесняя почвенный воздух. Потеря кислорода
происходит также при последующем окислении битуминозных ве-
ществ. Затрудненный воздухообмен в сочетании с дополнительной
массой внесенных органических веществ создают благоприятные
условия для возникновения и(или) существенной стимуляции вторич-
ных глеевых явлений. Процессы оглеения могут охватывать весь
почвенный профиль, отдельные горизонты, либо некоторые морфо-
ны. Глеегенез продвигается вглубь почвенного профиля вслед за тех-
ногенными битуминозными компонентами. Если нефть и нефтепро-
дукты насыщают все горизонты почв (что происходит при сбросе
больших объемов загрязняющих веществ и(или) при легком механи-
ческом составе субстратов), то процессы глеегенеза быстро охва-
тывают все почвенное тело (вне зависимости от исходных свойств
или положения почвы в ландшафте). Новообразованная восстанови-
тельная обстановка прекрасно фиксируется морфологически. Дина-
мические наблюдения свидетельствуют, что уже через несколько
месяцев после поступления нефти глеевые процессы проявляются по
всему почвенному профилю (табл. 4.36). Интенсивность процессов
нарастает во времени. При этом с годами развитие процессов глее-
генеза в разных частях ТГ ореола нефтезагрязненных почв диффе-
ренцируется. Вблизи источников загрязнения почвы становятся ярко-
синими или сине-зелеными; в средних и краевых зонах ореола силь-
нее меняется средняя часть почвенного профиля. При наличии ще-
лочной фазы технопедогенеза глеевые процессы определяют возник-
224
новение оливковых оттенков, что может свидетельствовать о появ-
лении ферроферригидроксида — Fe3(OH)g, (Орлов, 1992).
Таблица 4.36
Динамика развития оглеенности в дерново-подзолистых супесчано-легко-
суглинистых исходно автоморфных почвах после их загрязнения нефтью
(по морфологической выраженности процесса,
южная тайга Пермского Прикамья)
Почвы (разрез) и их генетические горизонты
Фоновые Загрязненные нефтью, вторично оглеенные. Расстояние от источника воздействия, м
пахотные суходольно- луговые
пахот- ные (109) сухо- дольно- луговые (54) 1 м (106) 100 м (302) 200 м (107)
1982 г.* 1985 r. 1982 г. 1985 г 1982 г. 1985 r.
Апах А1А2 А2 А2В В1 В2 ВЗ В4 АО А1 А1А2 А2 A2h А2В Bl В2 ВЗ AOg Alg A2g A2Bg BIG G B3g B4(g) Ag A1G A2G A2BG G1 G2 B3G B4g Anax(g) Anax(g) AlA2g A2G A2BG BA2g Big 82(g) B3 Апах Апах g A1A2G A2G A2BG BIG B2G B3g A0(g) Al(g) AlA2g A2G A2Bg A2B(g) Bl(g) B2 B3 AOg Alg A1A2G A2G A2BG A2BG BIG B2g B3g
* Через 5 месяцев после загрязнения
При сельскохозяйственном использовании загрязненных почв
вспашка и рыхление способствуют усилению аэрации, что приводит
к ингибированию глеевых процессов, но это проявляется главным
образом в верхних—собственно пахотных горизонтах, где оглеение
вначале заметно ослабевает, а затем практически прекращается. В
нижних горизонтах загрязненных нефтью пахотных почв восстанови-
тельные процессы не затухают и постепенно охватывают все более
глубокие горизонты.
Активизация глеевых процессов в нефтезагрязненных почвах
происходит в любых биоклиматических условиях. Могут возникать и
глеево-сероводородные обстановки, что характерно не только для
наземных почв, но и донных отложений. Наиболее активны процессы
вторичного глеегенеза в тундровых й лесотундровых ландшафтах,
так как они соответствуют характерным направлениям природного
педогенеза.
В районах добычи нефти вторичный глеегенез той или иной
интенсивности охватывает не только нефтезагрязненные территории,
15-1119
225
но и почвы, пережившие циклы техногенного галогенеза после сбро-
са в них сточных вод (без нефтепродуктов), что, как и при сбросе
других типов ТГ потоков, обусловлено изменениями физических ха-
рактеристик почв.
Уплотнение и набухаемость почвенной массы ухудшают миг-
рационные процессы и водопроницаемость почв, что в свою очередь
ведет к их переувлажнению (особенно верхних горизонтов). В резуль-
тате коэффициенты фильтрации могут уменьшаться более чем в 8
раз (Дорош и др., 1985), одновременно ухудшается воздушный ре-
жим, что, как и в нефтезагрязненных почвах, приводит к изменению
окислительно-восстановительного потенциала и развитию глеевых
явлений. Со временем может происходить даже поверхностное забо-
лачивание почв. На таких территориях появляются влаголюбивые и
чисто болотные виды растений, замещающие флору, характерную для
исходных автоморфных условий (Шуйцев, 1982). Поверхностное за-
болачивание почв возникает и в контуре вторичных ореолов — в зоне
очень слабых солевых выбросов, но достаточно глубоких изменений
ППК (см. рис. 4.11). В подобных ситуациях также происходит пере-
стройка структуры растительного покрова.
Варианты подобных замещений лесных ценозов влаголюбивой
растительностью показаны в табл. 4.37 и на рис. 2.6.
Таблица 4.37
Преобладающие виды растений в зоне вторичного ореола Cl-Na вод
(южная тайга Пермского Прикамья)
. Расстояние от границы первичного ореола, м (разрез)’
50(8105) | 125(81106) 185 (8109) 250(8012)
Вторичный ореол загрязнения CI-Na водами Фоновый ланд- шафт
Осоки (два вида), единичные экземп- ляры таволги вязо- лисгной, камыш лесной, рогоз (в микропонижен и ях) Щучка, гравилат речной, хвощ, та- волга вязолистная, калужница, вейник, поповник, василек луговой, черемица, дудник, пятна сфагнума Щучка, вейник, па- поротник, таволга вязолистная (еди- ничные экземпля- ры), гравилат реч- ной, чина луговая, крапива, ива козья, медуница, герань лесная, поповник, сныть, хвощ лес- ной, мышиный го- рошек, дерно- винные злаки Вейник, сныть, папоротник, со- чевичник, воро- ний глаз, звезд- чатка, медуница, копытень, по- повник, герань лесная
* см рис.4.22
В результате в структуре почвенного покрова увеличивается
доля глеевых почв, а в ландшафтную структуру оказываются
226
г
*- “встроенными” гидроморфные и (или) полугвдроморфные фации- Акти-
визация глеегенеза и заболачивание ландшафтов — характерные про-
I цессы в районах добычи углеводородного сырья.
Оглеение и заболачивание почв на фоне сложных и динамичных
перестроек ППК и pH сопровождаются интенсивными вторичными из-
менениями форм миграции-аккумуляции многих элементов (N, S, Fe, Al,
Мп, С). Активность и конкретные закономерности миграционных или
аккумулятивных процессов в таких условиях задаются характерными
• ; на каждом этапе техногенно обусловленного развития почв' Eh-pH соот-
ношениями. Обобщенный ряд характерных Eh-pH соотношений вклю-
.•> чает следующие варианты:
* 1) кислая реакция (может быть более кислая, чем в исходных
почвах) по всему почвенному профилю при отсутствии или слабом раз-
витии вторичного глеегенеза;
2) нейтральная реакция почвенных суспензий в верхних горизон-
тах профиля при сохранении кислой-слабокислой среды в нижних в со-
‘ четании с развитием или активизацией глеевых процессов в верхней и
средней частях профиля почв и сохранением исходных окислительно-
восстановительных условий в нижних горизонтах;
3) слабо щелочная реакция почвенных суспензий в верхних и сред-
них горизонтах профиля, нейтральная — в нижних. Активный вторич-
ный глеегенез по всему профилю почв;
3; 4) нейтральная реакция почвенных суспензий в верхней части про-
t филя почв, слабо щелочная или нейтральная — в нижней при сохране-
я нии глеевых процессов по всему профилю и возможному поверхностно-
му му заболачиванию почв;
5) подкисление верхних горизонтов почв в сочетании с ослабле-
нием явлений вторичного глеегенеза, сохранение или усиление в нижних
горизонтах слабощелочных реаций и процессов вторичного глеегенеза.
Конкретные варианты Eh-pH соотношений меняются в простран-
стве и времени и неодинаковы на один и тот же момент развития в по-
чвах разных зон техногенных ореолов. Непрерывная смена геохими-
ческих состояний почв существенным образом сказывается на поведе-
нии элементов—формах их содержаний, возможностях накопления или
убыли.
Наблюдаемые формы содержаний элементов в почвах— функ-
ция “продвинутости” процесса их ТГ обусловленного преобразования в
данной точке ТГ ореола. Некоторые общие пространственно-времен-
ные закономерности изменений содержаний аморфных соединений в
почвах (на примере железа и алюминия) иллюстрирует табл. 4.35.
На первых этапах перестройки свойств почв (при слабо разви-
той щелочной фазе) усиление глеевых явлений приводит к увеличе-
нию содержаний в почвах подвижных форм элементов, что видно на
227
Таблица 4.38
Распределение аморфных соединений железа и алюминия в
загрязненных почвах (вытяжка Тамма)
Природные условия Загрязнитель Положение почвы в ореоле загрязнения Время после за- грязнения (разрез) Горизонты исходных почв Содержание, %
FejOi А1Л
Южная тайга Пермского Прикамья Сточные СЖаводы Ядро ореола 1 год (001) АО+А1 2,6 нет данных
4 года (470) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,73 1,10 0,38 0,63 0,55 0,56
Краевая зона 4 года (490) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,42 1,10 0,44 нет данных
Сточные CI-SO4 воды Ядро ореола 1 год (8210) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 1,25 0,74 0,27 0,42 0,54 0,49
4 года (82103) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,31 0,53 0,51 0,27 0,52 0,54
Средняя зона 1 год (8209) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,87 0,84 0,56 0,46 0,49 0,55
4 года (82101) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 0,71 0,64 0,53 0,39 0,36 0,51
Сырая нефть Ядро ореола 15 лет (82102) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,77 1,09 0,48 нет данных
Средняя зона 15 лет (82110) АО+А1 А1А2+А2 0,72 0,91 0,95 0,59
Краевая зона 17 лет (82001) АО+А1 А1А2+А2 0,87 0,60 нет данных
Фоновые дерново- подзолистые почвы Среднее из 4-х разрезов АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 0,70 0,70 0,50 0,98 0,68 0,74
Северная тайга Зап. Сибири Сырая нефть Ядро ореола 1,5 года (2905) АО A2g Blg+B2g 0,02 0,01 0,03 нет данных
Средняя зона 1,5 года (2910) A2g Blg+B2g 0,11 0,02 нет данных
Краевая зона 1,5 года (2911) A2g Blg+B2g 0,67 0,33 нет данных
Продолжение табл. 4.38
Природные условия Загрязнитель Положение почвы в ореоле загрязнения Время после загрязне- ния (раз- рез) Горизонты ИСХОДНЫХ почв Содержание. %
Fe2O3 A120j
Северная Сточные Средняя
тайга Зап. Cl-Na воды зона 2 года (СВ 106) АО 0.32 0,10
Сибири с битуми- нозными веществами А2 В1+В2 0,10 0,24 0,17 0,53
Фоновые иллювиально- Среднее АО 0,10 0,10
гумусовые подзолы из 3-х разрезов А2 В1+В2 0,10 0,25 0,10 0,20
примере двухвалентного железа (рис. 4.33). В целинных лесных суг-
линистых почвах, где основная масса БВ сосредоточена, как прави-
ло, в верхних горизонтах, увеличение подвижных (восстановленных)
форм железа (Fez+) также приурочено к этим же наиболее загрязнен-
ным горизонтам.
айм ризг
60 6ОТГ
6! ма
62. 626
626 626g
и «(9)
62 62(0)
63 66(9)
ОС К(9)
to
40
во
to-
rn -
120
140 -
160
160 -
ZOO
1.7 Lt t9 2Л 2.1 2Л 2.6 2.4 2.6 it 2.7
Рис. 4.33. Содержание подвиж-
ного железа (FeO) в вертикаль-
ном профиле дерново-подзо-
листых целинных суглинистых
почвах (южная тайга Пермско-
го Прикамья).
I — незагрязненных; II — пос-
ле загрязнения нефтью
В пахотных почвах легкого механического состава, которые при
сбросе нефти быстро загрязняются по всему профилю, максималь-
ные проявления глеевых процессов характерны для средней части
профиля (см.табл. 4.28), так как там возникают наиболее анаэроб-
ные условия. К этим же горизонтам приурочены и максимальные
229
содержания подвижных элементов, что видно на примере железа,
переходящего в вытяжку Тамма (сравнить табл. 4.28 и рис. 4.34). В
конкретном случае содержания подвижного железа, переходящего в
вытяжку Тамма из почвенной массы верхней и средней частей про-
Рис. 4.34. Динамика распределений аксалатного железа (вытяжка Тамма) в почвах
ореола нефтяного загрязнения.
А— через 5 месяцев после загрязнения (наблюдения 1982 г.); Б— через 3,5 года
после загрязнения (наблюдения 1985 г.). 1 — менее 0,2; 2 — 0,2-0,3; 3 — 0,3-0,4; 4 —
0,4-0,5; 5 — 0,5-0,6; 6 — 0,6-0,7; 7 — 0,7-0,8; 8 — 0,8-0,9; 9более 0,9
филя (до глубины 80-90 см), за 3,5 года развития процесса глеегенеза
возрастает в среднем в 2.7 раза; в нижних горизонтах (ВЗ, В4),
где глеевый процесс менее активен — только в 1,9 раза. Увеличе-
ние подвижности Fe, Мп и ряда других микроэлементов (Си, Мо,
Zn и др.) в засоленных при добыче нефти почвах отмечается в
работах У.Г. Саттарова и др. (1982), М.З. Гайнутдинова и др. (1985),
Р.К. Даутова и др. (1981), М.Ю. Гилязова (1991), В.Г. Минанбаева й
др. (1986), Н.П. Солнцевой (1988) и др.
Подщелачивание среды при отсутствии кислорода может при-
водить к переходу двухвалентного железа в кристаллическое состоя-
ние (Гаррелс, Крайст, 1968). При этом будут уменьшаться содержа-
ния неокристаллизованных форм железа, переходящих в вытяжку
Тамма, при одновременном увеличении железистых новообразова-
ний в профиле почв, что и наблюдается в реальных условиях (Солн-
цева, 1982).
Изменение подвижности элементов приводит к их перераспре-
делению в пространстве и усилению контрастности содержаний в
разных частях ореолов загрязнения, что хорошо видно морфологи-
230
чески (рис. 4.35). Однако однозначный анализ пространственно-вре-
менных изменений аморфных соединений железа в почвах часто зат-
руднен из-за того, что в составе ТГ потоков (главным образом в сточ-
Рис. 4.35. Распределение новообразований в почвах, загрязненных сточными битуми-
нозно-сульфатно-хлоридными водами (4 года после загрязнения, дерново-подзолис-
тые почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
1 — плотные железистые стяжения; 2 — железистые примазки; 3 — железистые кута-
ны; 4 —железистые пленки, пятна; 5 —органо-железистые натеки; 6 — битуминоз-
ные корки, подушки, скопления; 7 — иссиня-черные маслянистые кутаны; 8 —дер-
нина: 9 — фоновые почвы (среднее из 25 разрезов). 10 — разрез 103; 11 — разрез
201; 12 — разрез 203
231
ных водах) всегда в тех или иных концентрациях присутствуют со-
единения железа (как правило, в закисных формах). Сброс таких вод
приводит к выпадению гидроксидов железа на поверхности почв и
формированию “железистого” ядра ореола, что фиксируется не толь-
ко аналитически (табл. 4.38,разр.001), но и морфологически. В резуль-
тате после загрязнения почв содержание потенциально подвижного
железа возрастает в них как за счет изменений условий миграции,
так и железа, поступившего дополнительно с ТГ потоками.
По мере преобразования геохимических процесов в почвах и
смены параметров миграции (Eh-pH) выпавшее (неокристализован-
ное) железо вновь включается в радиальные и латеральные миграци-
онные потоки и через некоторые сроки, зависящие от конкретных ус-
ловий и типа загрязнителя, максимумы железа фиксируются в более
глубоких горизонтах профиля (табл. 4.38, р. 470 и 490).
В зависимости от химического состава сточных вод и перво-
начальных концентраций в них железа вторичные содержания и пере-
распределение в профиле как привнесенного, так и собственно по-
чвенного элемента неодинаковы. При поступлении более кислых и
агрессивных хлоридно-сульфатных вод происходит интенсивное ос-
вобождение от аморфных соединений железа почв ядра ореолов
(табл. 4.38, р.8210,82103) и сброс этих соединений в почвы, располо-
женные гипсометрически ниже.
В нефтезагрязненных почвах скорость изменения профиля амор-
фного железа выше. По мере преобразования почв и усиления глее-
вых процессов по всему профилю увеличиваются и содержания под-
вижного железа, которое очень быстро сбрасывается в почвы гете-
рономных позиций. Наиболее заметен данный процесс в исходно ог-
леенных почвах (Зап. Сибирь, табл. 4.38), где за 1,5 года почвы ядра
ореола загрязнения успевают освободиться от потенциально подвиж-
ного железа, которое “сдвигается” к краевым зонам ТГ ореола.
Для независимых от Eh элементов их подвижность меняется
главным образом с изменением pH. Так, подвижность AI в загряз-
ненных почвах падает с ростом щелочности, что приводит к умень-
шению аморфных форм элемента в почвенной массе. Вследствие
этого преобразование профиля аморфного алюминия имеет иной ха-
рактер. Практически во всех случаях происходит уменьшение его
содержаний, что, вероятно, является следствием необратимого зак-
репления элемента, связывающегося в труднорастворимые формы
при увеличении pH почвенных суспензий (Орлов, 1992). Этот процесс
нарастает во времени, что наиболее заметно в верхних горизонтах
загрязненных почв, где содержания аморфного алюминия в одних и
тех же зонах ореола загрязнения могут со временем уменьшаться в
1,2-1,5 раза (табл. 4.38).
232
Загрязнение почв приводит также к постепенному уменыие-
. нию содержаний подвижного марганца, хотя причины этого явления
иные. Происходит активный вынос элемента. В результате, как и в
предыдущих случаях, возникает глубокая радиальная и латеральная
перестройка распределений подвижных форм элемента, максималь-
ные содержания которого также оказываются приуроченными к под-
чиненным почвам катены (краевым частям ТГ ореола).
4.3.3 Изменение содержаний аморфного кремнезема
Возрастание pH водных суспензий в трансформированных по-
чвах вплоть до возникновения щелочной фазы технопедогенеза при-
водит к существенному изменению содержаний аморфного кремне-
зема (табл. 4.39). Максимальные превышения элемента относитель-
но фона достигают 6.5 в загрязненных почвах южной тайги и 8.1 в
почвах северной тайги Зап. Сибири. Наиболее велики изменения под-
вижных форм Si в верхних горизонтах почв, которым соответствует и
повышенная щелочность. Увеличение концентраций аморфного, крем-
незема происходит в любых почвах и не зависит от типа загрязняю-
щих веществ. В пределах ореолов загрязнения содержание аморфно-
го Si изменяется в пространстве и времени (вслед за перестройкой
щелочно-кислотных условий среды). В результате кремнезем актив-
но мигрирует, о чем свидетельствует уменьшение во времени кон-
центраций подвижных форм элемента в почвах ядра ореолов при по-
степенном нарастании их содержаний в краевых зонах ореолов..
4.3.4 Изменение валового состава почв
Выявленные в процессе динамических наблюдений серьезные
изменения подвижности основных макроэлементов (Fe, Al, Мп, Si)
влекут за собой изменения валового состава трансформированных
почв — изменение консервативных характеристик твердофазного
субстрата*, что является важнейшим отдаленным следствием ТГ
галогеохимических процессов.
Наиболее яркая особенность трансформации валового состава
почв — десиликация почвенной массы. Интенсивность процесса поте-
ри кремнезема также варьирует в пространстве и времени. Наиболее
глубокие изменения (за 10 лет прямых наблюдений) выявлены в нефте-
загрязненных почвах, (табл. 4.40, р. 82111 и 211), в которых абсолютная
убыль элемента из элювиальных горизонтов может превышать 6%.
* В основу анализа изменений валового состава твердофазных субстратов загрязнен-
ных при добыче нефти почв положены результаты прямых динамических наблюдений
(южная тайга Пермского Прикамья, северная тайга Зап. Сибири).
233
Северная тайга Зап. Сибири, подзолы Южная тайга, Пермское Прикамье, дерново- подзоли- стые Природные условия, почвы
Фоновые иллювиально-гумусово- железистые подзолы (среднее из 3-х разрезов) Сточные Cl-Na воды с битуминоз- ными веще- ствами Сырая нефть Фоновые дерново-подзолистые суглинистые (среднее из 5-ти разрезов) Сточные C1-SO4 воды Сточные Cl-Na воды Загрязнитель
Средняя зона Краевая зона 84? ’1 Ядро ореола Ядро ореола Краевая зона орет ола Ядро ореола Положе- ние почвы в ореоле загрязне- ния
2 года (СВ10) 1,5 года (2911) 1,5 года (2910) 1,5 года (2905) 10 лег (8209) 10 лег (8211) 10 лет (8490) ! 4 года (490) 10 лег (8470) 4 года (470) Время после за- грязнения (разрез)
АО А2 Blh+B2f АО А2 Blh+B2f А2 Blh+B2f А2 В1+В2 АО А2 В1+В2 АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 А0+А1 А1А2+А2 1 В1+В2 ; А1А2+А2 В1+В2 А0+А1 А1А2+А2 В1+В2 АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 Горизонты исходных почв
фф о о о ф W СА 0,4 0,10 0,14 о о ЬЪ w о Ф о к» К) М СА ООО khU 1— о м О н- ь-» 00 ч? UJ ю Ь- Оч *00 н- К) X- о\ Хм N> ОЧ Xu оо Хл ю м Ха оч *-» м М Ха U> U) х-хф SiOz, %
о Ъ Ъ о Ь -и о ч© Оч LU 00 У Оч ОО *О Оч о Ф Ф Ф К) Хл •-* bJ UJ Оч Ъ Ъ 1,9 зд NJ н- »— х-х-> Ъэ 1,7 2,4 1,4 Превы- шение над фоном (раз)
у» А А ”ф Ъч Ха *4 ОЧ Сч О ОО о Оч М о о СА Оч ХаК> СА Оч я 00 Ъ й У* La £ о оо СА Оч Ф М Ф Оч М» СА о очК) Оч *4 00 Оч Х-* О Оч Оч Х^ 'ч© рч '4 S4 Ха ф Ха Оч М О Оч 00 PHHzO почв на момент исследо- ваний
ч
р
о\
Ьа
S
JS
w
UJ
\©
Таблица 4.40
Валовой состав загрязнённых дерново-подзолистых суглинистых почв (южная тайга Пермского Прикамья)
Загрязнитель Положение почвы в ореоле загрязнения Время после загрязнения, Горизонты исходных почв % на прокаленную навеску
SiOz TiO2 AJA FejQj МпО MgO СаО NazO KzO РА
Сточные Cl-Na воды Ядро ореола 4 года -- (470) А1А2+А2 В1+В2 75,30 7102 о,)з 0,83 12,41 14,94 4,70 5,81 0,18 0,13 Ю7 2,31 1,34 0,90 2,02 1,81 U71 1,90 0,31 0,16
10 лет (8470) АО А1А2+А2 В1+В2 74,05 74,68 70,30 0,76 0,77 0,86 12,45 13,65 15,75 4,72 4,41 6,14 0,15 0,12 0,13 1,57 1,51 2,22 209 0,97 1,00 1,81 1,89 1,50 1,85 1,87 1,92 0,32 0,16 0,17
Краевая зона 4 года (490) АО4-А1 А1А2+А2 В1 71,32 75,54 71,06 0,92 0,74 0,85 14,09 13,04 14,98 5,80 4,69 5,86 0,30 0,16 0,12 1,77 0,94 2,12 1,67 0,76 0,68 1,68 2,12 201 1,89 1,80 1,97 0,44 ООО 0,15
10 лет (8490) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 71,44 74,75 71,60 0,81 0,81 0.82 13,51 13,85 14,93 406 4,18 5,35 0,30 0,19 0,11 1,41 1,23 2,31 4,41 1,17 1,12 1,18 1,52 1,60 1,41 1,89 1,94 0,63 0,37 0,20
Внешняя зона (вторичный ореол) 25 лет1 (1809) АСН-А1 А1А2+А2 В1+В2 70,53 75,65 71,15 0,88 0,74 0,83 . 16,50 12,53 15,11 5,09 4,66 5,48 0,16 0,13 0,13 1,66 Ю6 2,16 1,41 0,91 105 1,01 1,77 1,59 1,97 1,88 2.06 0,78 0,41 0,20
Сточные CI-SO4 воды Ядро ореола 10 лет (82110) А1А2+А2 В1+В2 74,25 70,65 0,80 0.82 13,31 15,38 5,49 5,77 0,09 0,13 102 2,49 0,70 1,00 2,15 1,71 1,80 1,86 0,17 0,15
Средняя зона 10 лет (82109) АО+-А1 А1А2+А2 В1+В2 74,74 74,65 70.11 0,79 0,82 0,85 13,74 14,78 15,40 4,44 501 6,15 0,11 0,10 0,13 108 1,72 2,57 0,90 0,88 0.93 1,75 1,84 1,82 1,76 1,78 2,00 0,36 ООО 0,15
Сырая нефть Ядро ореола 4 года (82111) АОА1 А1А2+А2 В1+В2 72,63 74,15 70,50 0,81 0,78 . 0.84 13,51 12,53 14,79 5,62 5,42 606 ОДО 0,16 0,13 1,77 1,68 2,45 1,44 0,89 0.85 1,78 206 2,14 1,88 1,83 1,88 0,36 0,20 0,17
10 лет (211) АО+А1 А1А2+А2 В1+В2 6806 71,55 70,62 0,78 0,77 0,82 13,41 14,00 15,83 6,41 10,85 6,42 ОДО 0,12 0,11 2,45 1,77 2,16 4,90 0,77 0,72 1,43 2,10 2,02 1,87 1,85 1,83 0,26 ооз 0,17
Фоновые почвы, среднее из 10 разрезов АО+А1 А1А1+А2 В1+В2 75,67 77,45 71,74 0,77 0,72 0,81 11,75 11Д7 14,64 5,32 4,04 5,86 0,30 0,17 0,12 1,17 1,11 2,16 1,07 0,73 0,87 1,74 2,05 1,69 1,73 1,71 1,90 0,38 ооо 0,15
Варьирование валовых запасов кремнезема в загрязненных
почвах обусловлено не только типом загрязнителей, но и положением
почвенного тела в пределах ореола загрязнения, а также особеннос-
тями рельефа и микрорельефа. В частности, наблюдаются доста-
точно контрастные изменения профиля кремнезема в зависимости от
микрорельефа поверхности, перераспределяющего почвенно-грунто-
вый сток на самых близких расстояниях.
Результаты подобных миграционных перераспределений крем-
незема в сопряженных почвах микроповышений-микрозападин иллю-
стрирует табл. 4.41 *
Таблица 4.41
Распределение валового кремнезема в загрязненных сточными водами
дерново-подзолистых почвах сопряженных элементов микрорельефа
(через 4 года после загрязнения)
Почвы микроповышений (р.37) Почвы микропонижений (р.18)
Индексы и глубина горизонтов SiO2, % Индексы и глубина горизонтов SiO2, %
А1 4-12 72,0 AI 3-8 73,3
А2 12-26 74,1 . А1А2 8-14 83,6
А2В 26-37 77,7 А2 14-32 78,0
В1 37-45 74,2 А2В 32-46 75,1
В2 45-75 72,0 Big 46-70 76,0
ВЗ 75-110 71,1 B2g 70-95 71,0
В результате в пространстве ореола загрязнения при заметной
общей десиликации почв в микрозападинах формируются повышен-
но окремнелые почвенные разности со своеобразным псевдоподзо-
листым профилем, который характеризуется: а) более высоким со-
держанием кремнезема (до 83,6%), чем в исходных фоновых почвах
(см. табл. 4.40); б) включением в элювиальную (повышенно окрем-
нелую) часть бывших горизонтов А2В и В1 (табл. 4.41).
Одновременно с изменением профиля валового кремнезема
меняются и валовые содержания, и профиль распределения алюми-
ния. Снижение концентраций потенциально подвижных форм алюми-
ния в щелочной среде проявляется в увеличении его валовых содер-
жаний. Превышение содержаний элемента относительно фонового
уровня достигает 2-5% (табл. 4.40). Происходит аллитизация почвен-
ной массы. Этот процесс также усиливается во времени.
Неодинаковая интенсивность и не полностью совпадающие
формы преобразования лабильных физико-химических параметров
почв в разных частях ореолов загрязнения определяют контрастность
латеральной перестройки и более консервативных параметров почвен-
’ Почвы развиты на фациально однородных покровных суглинках. Расстояние между
профилями 1,5 м.
236
ной матрицы. Достаточно наглядно это видно на примере валовых со-
держаний Мп. Обеднение почв ядра ореола подвижным марганцем и
его перемещение в краевую часть ореола приводит к существенному
уменьшению (более чем на порядок относительно исходных разностей)
валовых запасов элемента (рис. 4.36); Одновременно контрастность
потерь Мп из гетероном-
ных почв катены (краевая
часть ореола) значитель-
но ниже вследствие его
компенсационного поступ-
ления в подвижных фор-
мах с “верхних структур-
ных этажей”— из ядра
ореола. В таких случаях
может сохраняться ба-
ланс между выносом и
привносом элемента. Но
так как вторичное "обога-
щение” обусловлено на-
коплением подвижных со-
единений, подобное равно-
весие неустойчиво, воз-
можна дальнейшая абсо-
лютная потеря элемента.
Приведенные ма-
териалы свидетельству-
ют, что следствием ТГ га-
Рис. 4.36. Распределение марганца (%) в почвах, заг-
рязненных сточными битуминозно-сульфагно-хло-
ридными водами (дерново-подзолистые почвы,
южная тайга Пермского Прикамья).
1 — менее 0,1; 2 - 0,1 -0,2; 3 — 0,2-0,3; 4—0,3-0,4;
5 — 0,4-0,5; 6 — 0,5-0,6; 7 — 0,6-0,7; 8 — 0,7-0,8;
логенеза является не толь-
ко перестройка свойств
ПИК (физико-химическое
осолонцевание почв), но
возбуждение процесса, в
определенной степени по-
добного собственно солонцовому. В условиях щелочной среды происхо-
дит разрушение высокодисперсной части почв, сопровождающееся по-
явлением свободного кремнезема; меняются состав, свойства и под-
вижность почвенных органических веществ, перестраивается профиль
органического углерода. Изменяется плотность почв и профиль распре-
деления ила. Возникает набухаемость и поточность почвенной массы;
достаточно интенсивно преобразуется морфология почв на макро-, мезо-
и микроуровнях (Солнцева, 1982). Важнейшее следствие ТГ галогеохи-
мических процессов —десиликация и аллитизация почв.
Таким образом, даже кратковременные, но интенсивные и гео-
химически активные воздействия на состояние, свойства и характер
функционирования почв (в любых биоклиматических условиях) на-
237
столько велики, что ТГ факторы становятся определяющими в их
эволюционном развитии. В результате на территориях промыслов на
значительных площадях естественное почвообразование замещает-
ся глубоко специфичными процессами технопедогенеза . Его фор-
мы в районах добычи углеводородного сырья многообразны. Наибо-
лее широко распространены и своеобразны варианты технопедогене-
за, возникающие при поступлении в почвы водорастворимых солей и
возбуждении процесса, подобного, хотя и не полностью идентичного,
солонцовому. Данный процесс по сочетанию признаков может быть
определен как парасолонцовый.
4.4 . Специфика “ парасолонцового технопедогенеза”.
Характерные процессы
В отличие от представлений В.А. Ковды (1939), полученные
материалы показывают, что и одноразовые поступления высоких кон-
центраций водорастворимых солей в почвы даже в условиях гумид-
ного климата вызывают не толька физико-химическое осолонцева-
ние почвенной массы той или иной интенсивности, но приводят к глу-
бокой деструкции свойств исходных почв и возбуждению парасолон-
цового процесса.
Аналогичные явления происходят и при непрерывных внутри-
почвенных поступлениях очень слабо минерализованных вод (вне-
шний контур ореола загрязнения).
На возможность возникновения подзолистых солонцов указывал
еще К.К. Гедройц (1928). Наибольшее сходство с природными солонца-
ми возникает при трансформации почв более южных ландшафтов -—
серых лесных, черноземов, каштановых. Севернее в загрязненных по-
чвах при сходстве многих* новообразованных явлений и процессов с при-
родными характеристиками истинных солонцов (или солонцеватых почв)
отмечается и достаточно высокая специфичность проявлений “нало-
женного солонцового” процесса вследствие различий:
1) “стартовых” физико-химических, морфологических и суб-
стантивных свойств почв (т.к. в каждом случае вторичные ТГ про-
цессы осуществляются в уже выработанных естественным педоге-
незом почвенных матрицах);
2) буферных свойств различных почв, среди которых по реакциям
на ТГ галогенез достаточно сильно различаются собственно минераль-
ные почвы, органо-минеральные и собственно органогенные;
3) экологического потенциала среды, обеспечивающего: а) ту
или иную устойчивость солей в загрязненных почвах; б) неодинако-
' Под технопедогенезом понимается почвообразовательный процесс, испытывающий
в какой бы то ни было форме воздействия ТГ факторов (Глазовская и др., 1986).
238
вую активность последующего проявления процессов, характерных
для природных солонцов; в) возможность сохранения остаточных
признаков исходных почв. В частности, природный потенциал почво-
образования гумидных ландшафтов предотвращает типичные для
профиля природных солонцов скопления гипсовых и карбонатных но-
вообразований, хотя принципиальные возможности их возникновения
в исходно выщелоченных лесных почвах были доказаны эксперимен-
тально. Продукты обменных реакций в форме СаС03 и CaS04 на оп-
ределенных стадиях галогеохимических процессов появляются в по-
чвенных растворах, но их концентрации ниже предела растворимости
и только при достаточно сухой погоде по ходам корней и в порах по-
являются солевые выцветы (в частности, карбонаты кальция), что
было отмечено при морфологическом изучении почв и анализе шли-
фов (Солнцева, 1982а,б), но ни гипсовые, ни карбонатные горизонты
не возникают. Подобные горизонты могут формироваться только в
более южных почвах (темно-серых, черноземах).
Для гумидных ландшафтов характерна высокая динамичность
ТГ обусловленных вторичных физико-химических процессов — не-
прерывное изменение свойств поглощающего комплекса, pH и др. в
каждой “точке” почвенного пространства. От конкретных сочетаний
(природные условия — количество и состав сброшенных поллютан-
тов— время с момента загрязнения) зависит химическая и морфо-
логическая “продвинутостгь” преобразования загрязненных почв: а)
скорость развития — угасания возникающих на каждом этапе техно-
педогенеза характерных процессов; б) устойчивость (остаточная
сохранность) первичных и новообразованных признаков, что в конеч-
ном итоге и определяет большую или меньшую “похожесть” преоб-
разованных ТГ галогеохимическими процессами почв с природны-
ми, собственно солонцовыми прототипами или исходными (“дотех-
ногенными” почвами).
В конечном итоге в почвах могут быть записаны сочетания
признаков, встречающиеся в совершенно разных биоклиматических
условиях, либо вообще не известные в природе, а в почвенном покро-
ве обнаруживаются почвенные тела с неустойчивыми быстро эво-
люционирующими свойствами.
Специфика характерных процессов и признакбв, индицирующих
отдельные стадии техногенно обусловленной эволюции почв, пере-
живших ТГ галогенез, лабильность или устойчивость новообразован-
ных свойств почв, характерное время развития-угасания возникаю-
щих изменений и вторичных признаков отражены в таблице 4.42.
Сравнение характерных процессов и характерного времени их
реализации в разных природных условиях свидетельствует, что в гу-
мидных ландшафтах образование — разрушение солевых аккумуля-
239
Таблица 4.42
Характерные процессы, индицирующие специфику технопедогенеза в основных группах природных почв после их ТГ засоления
Группы почв Природные условия, почвы Характерные проц ессы техно- педогенеза Характерное время развития-угасания процесса, устойчивость изменений
Сущест- венно ми- неральные Южная тайга, лесостепь: дер- ново-подзо- листые, палево- подзолистые, дерново-гле- евые и глеева- тые; серые лес- ные Засоление-рассоление Лабильные, с коротким характерным временем развития-угасания процесса, полностью обратимы
Изменение свойств 1111К . Табильные, с коротким характерным временем перестройки ППК, с растянутым характерным временем угасания процесса, не полностью обратимы
Ощелачивание-закисление Лабильные, с растянутым характерным временем стабилизации процесса, не полностью обратимы
Перестройка профиля ор- ганического углерода Лабильные, с растянутым характерным временем стабилизации процесса, не полностью обратимы
Перестройка профиля ила Консервативные, с относительно ускоренным временем развития процесса, не обратимы
Десиликация и аллипва- ция Консервативные, с относительно замедленным временем развития процесса, не обратимы
Органо- минераль- ные Северная тайга, лесотундра к тун- дра: торфяно-под- золистые, тундро- вые глеевые бо- лотные и торфя- нисто-глеевые Засоление-рассоление Лабильные в верхних горизонтах с очень коротким характерным временем раз- вития-угасания, полностью обратимы; в нижних — лабильные с замедленным временем развигия-угасанйя процесса, не полностью обратимы (?)
Изменение свойств ППК Лабильные, с растянутым характерным временем развития—угасания процесса, с неодинаковой обратимостью в органогенных и минеральных горизонтах про- филя, не полностью обратимы
16-1119
Продолжение табл. 4.42
Группы почв Природные условия, почвы Характерные процессы техно- педогенеза Характерное время развития-угасания процесса, устойчивость изменений
Органо- минераль- ные Северная тайга, лесотундра и тун- дра: торфяно-под- золистые, тундро- вые глеевые, болотные и тор- фянисто-глеевые Ощелачивание-закисление Лабильные, различно проявляющиеся в органогенных и минеральных горизон- тах почв: а) в органогенных —растянутое время ощелачивания, ускоренное стабилизации кислотности, не полностью обратимы; б) в минеральных — ла- бильные, с растянутым временем стабилизации процесса, не полностью обрати- мы
Перестройка профиля ор- ганического углерода Консервативные (деструкция органогенной массы, закрепление гумуса в глее- вых минеральных горизонтах), с растянутым временем стабилизации, во многом не обратимы
Перестройка профиля ила Консервативные, возможны только в минеральной части профиля, не обратимы
Изменение окислительно- восстановительных усло- вий Лабильные, короткое характерное время развития процесса, длительное стаби- лизации, при затрудненном дренаже не обратимы
Преимуще- ственно органоген- ные Средняя и се- верная тайга, лесотундра и тундра: торфя- но-болотные и торфяные на торфяниках Засоление-рассоление Лабильные, с замедленным временем угасания процесса, не полностью обрати- мы (?)
Изменение свойств ППК Лабильные, с сильно растянутым характерным временем развития-угасания процесса, не полностью обратимы (?)
Ощелачивание-закисление Лабильные, с растянутым характерным временем развития процесса, ускорен- ным (?) угасания
Уплотнение торфов, уве- личение их зольности Консервативные, с относительно коротким характерным временем развития процесса, не обратимы
ций в любых почвах — вполне обратимые и быстротекущие процес-
сы. Характерное время циклов изменения — восстановления свойств
ППК, включая внедрение — вытеснение из обменного комплекса
натрия уже существенно выше, несмотря на значительную мобиль-
ность данных явлений. Кроме того, возникающие изменения уже не
вполне обратимы. Наблюдается разрушение коллоидных систем и
вынос ила, поэтому поглощающий комплекс даже теоретически не
может вернуться к состоянию, полностью идентичному исходному.
Устойчиво сохраняются иные, чем в природных почвах емкость ка-
тионного обмена, характер внутрипрофильной дифференциации кати-
онов. Следует подчеркнуть, что существенные остаточные измене-
ния ППК обнаруживаются не только для Na+ —основного виновника
вторичной перестройки геохимии природных процессов, но и для двух-
валентных катионов — Са2+ и Mg2+, остаточные содержания кото-
рых при воздействии разных типов загрязняющих веществ меняются
неодинаково в разных почвах и даже в отдельных блоках почвенного
профиля, но во всех случаях также не возвращаются к исходному
состоянию (табл. 4.43, 4.44). Наиболее заметные изменения претер-
певают нефтезагрязненные’ почвы.
Таким образом, в любых почвах, переживших циклы галогео-
химических перестроек, полной обратимости нарушений нет. Всегда
сохраняются те или иные признаки прошедших циклов трансформа-
ции. Техногенные импульсы вызывают изменения, которые затраги-
вают не только свойства “почвы-момента”, но также и свойства “по-
чвы-памяти”, что неизбежно предопределяет последовательную сме-
ну характерных процессов, каждый из которых соответствует опре-
деленной стадии эволюции трансформированных почв.
Характерные процессы в органогенных (торфяных, торфяно-
глеевых и др.) и минеральных (тундрово-глеевых, подзолистых, дер-
ново-подзолистых и др.) почвах, определяемые и аналитическими
морфологически, неоднозначны. При исходно одинаковых формах
техногенно обусловленного галогенеза (засоления) вторичные изме-
нения — перестройка дисперсных систем (внедрение — вытеснение
Na+), ощелачивание — закисление в каждом случае специфичны.
Наиболее близки к естественным природным прототипам процессы,
возникающие в собственно минеральных почвах. Практически пол-
ное отсутствие динамических рядов наблюдений за состоянием заг-
рязненных торфяных почв не позволяет более подробно дифференци-
ровать в них отдаленные следствия ТГ галогеохимических процес-
сов. Следует только заметить, что можно ожидать глубокой дест-
рукции торфяной массы в условиях слабо щелочной среды. В ланд-
шафтах с недостаточным увлажнением рассоление загрязненных почв
‘ Загрязненные сырой (не обессоленной) нефтью.'
242
Г
затруднено, и стадия ТГ галогенеза значительно более устойчива.
Соответственно процессы трансформации ППК и их отдаленные след-
ствия могут быть необратимы.
Но в любых природных условиях, как справедливо считает
Ф.И. Козловский (1988), в почвах всегда имеется некоторая принци-
пиальная неопределенность отношений между факторами, процесса-
ми и свойствами. В каждый момент времени в трансформированных
почвах существуют ведущие — активные геохимические процес-
сы — пусковые механизмы ведомых, отстающих во временной реа-
лизации. В свою очередь, реализация ведомых процессов приводит к
включению их следующих групп (при постепенном затухании первич-
ного сигнала) и так до установления некоторых новых уровней дина-
мических равновесий в трансформированной системе. Например,
четко прослеживается усиление десиликации твердофазных субстра-
тов на фоне затухания наиболее активной фазы технопедогенеза —
щелочного гидролиза (рис. 4.37).
Рис. 4.37. Изменение щелочно-кислотных условий и динамика потерь SiO2 из нефте-
загрязненных почв (ядро ореола загрязнения, дерново-подзолистые почвы, южная
тайга Пермского Прикамья).
А — 4 года после загрязнения. Б — 10 лет после загрязнения. 1 — Д SiO2 (разница
содержаний SiO2 в фоновых и нефтезагрязненных почвах); 2 — pHHj0 (на момент
исследований)
Сравнение почв на “входе” в “парасолонцовый” технопедоге-
нез (начальном этапе изменений) и на достаточно продвинутой во
времени стадии их преобразования ( в частности, через 18-20 лет
после загрязнения) свидетельствует о мощности реализующихся вто-
ричных процессов. Анализ динамики характерных этапов технопедо-
генеза (см. табл. 4.6; 4.19; 4.20; 4.26; 4.27; 4.32; 4.42-4.44), свидетель-
ствует о: а) существенных отличиях свойств новообразованных по-
чвенных тел от зональной нормы; б) высокой скорости замещения
245
исходных почвенных объектов новообразованными; в) принципиаль-
ной невозможности полного возврата почв в исходное состояние.
Полученные данные свидетельствуют также о непрерывном
изменении свойств почв в пространстве и времени, что вызывает
эффект латеральной “миграции почвенных тел”.
Скорости техногенного преобразования — посттехногенной
обратимости природных процессов и свойств почв — длительность
их деградации — стабилизации — восстановления служат важней-
шими характеристиками технопедогенеза и возможных эволюцион-
ных процессов в природных ландшафтах. Для оценки временных по-
казателей технопедогенеза полезно сравнение характерного времени
саморазвития одних и тех же признаков в естественных и нарушен-
ных почвах (табл. 4.45).
Скорость техногенно обусловленного преобразования почв зна-
чительно выше скорости их естественного саморазвития.
Временной шаг развития — длительность существования каж-
дой стадии технопедогенеза, а также длительность развития-угаса-
ния отдельных характерных процессов, сменяющих друг друга, раз-
личны. Высокая скорость первичной деградации того или иного свой-
ства не обязательно означает такое же быстрое восстановление при-
знака (или наоборот существенное замедление восстановительных
процессов). Все зависит от реальных соотношений: геохимические
свойства ТГ потоков—свойства принимающих их почв —ландшаф-
тно-геохимические условия, в которых протекают процессы техно-
педогенеза.
Следует выделять две основных стадии техногенно обуслов-
ленной эволюции лабильных характеристик почв: а) глубокой дегра-
дации исходных признаков, что соответствует процессам засоления-
осолонцевания почв; б) частичного восстановления, что соответствует
процессам рассолонцевания почв. Одновременно происходят направ-
ленные (необратимые) изменения консервативных характеристик,
“записывающиеся” в почве-памяти.
Сочетание в почвах новообразованных и остаточных (морфо-
логических и субстантивных) признаков определяет необходимость
оценки: а) своеобразия или ординарности подобных почвенных объек-
тов в контексте общей теории почвообразования; б) их устойчивости
или эфемерности; в) закономерностей пространственного распрост-
ранения — вписывания в естественную структуру почвенного покро-
ва. Из этого вытекает необходимость решения сложных классифика-
ционных проблем (и прежде всего — как называть такие почвы?) и
связанных с ними проблем их картографического изображения.
246
Примерная величина характерного времени естественного развития свойств почв и характерного времени их
изменений под влиянием минерализованных вод и сырой нефти (пластовой жидкости)
Характерное время восстановления СВОЙСТВ После загрязнения сырой нефтью (пластовыми жидкостями) По полевым и аналитическим материалам автора сутки, недели годы, первые десятки лет годы, первые десятки лет I десятки лет (?) необратимы
ТГ трансформации свойств сутки годы недели, месяцы недели, месяцы сутки, недели первые годы
1 восстановления 1 свойств После загрязнения высокоминералиюванными сточными вод ами часы, сутки годы годы, первые десятки лег месяцы, первые годы десятки лет, сотни (?) необратимы
ТГ трансформации свойств сутки, месяцы сутки, месяцы сутки, месяцы месяцы, первые годы первые годы
Естественного развития свойств (по И. А. Соколову и В.О.Таргульяну, 1976) часы, сутки сутки, месяцы месяцы, годы годы, десятки лет дести, сотни лет тысячи, десятки тысяч лет
Свойства почвы Влажность, температура Состав почвенных растворов Состав поглощающего комплекса Солевые аккумуляции Гумусовый и карбонатный профили Профиль, дифферен- цированный по содержанию ила
4.5 Диагностика ТГ трансформированных почв и подходы к их
классификации
Общепринятой всеобъемлющей классификации техногенно пре-
образованных почв пока не существует, хотя отдельные фрагменты
классификационных подходов разработаны. Так, в действующей
“Классификации почв СССР” (1977) в качестве дифференцирующих
признаков используются градации по возрасту орошения почв, выде-
ляются окультуренные почвы, освоенные торфяные, переотложенные
и искусственно аккумулированные почво-грунты.
В американской “Почвенной таксономии” (1975) среди подпо-
рядков больших почвенных групп и подгрупп выделяются несколько
таких, где наряду с природными диагностическими горизонтами в
профиле присутствуют специфические техногенно-новообразованные:
плагген (пахотный, сильно удобренный органическими веществами),
антропик (культурный или агроирригационный слой) и т.д. Внесены
предложения о выделении нового порядка почв — антресолей, диф-
ференцирующихся в соответствии с технологическими признаками
на садовые, осушенные, ирригационные и др. (XII конгресс МОП,
1987). В новом варианте почвенной классификаций ФАО (1990) пред-
полагается, что систематика антросолей будет осуществляться по
признакам качественной и количественной деформации почвенного
профиля и прежде всего его верхней части. Существует ряд более
частных построений, например, для сельскохозяйственных почв (Фрид-
ланд и др., 1973) или нарушенных в процессе механогенеза при дру-
гих типах производства (Етеревская и др., 1984; Келеберда, Другое,
1983; Солнцева и др., 1990). Наиболее последовательной и продвину-
той классификационной системой является разработка И.А. Крупе-
никова и Б.А. Подымова для почв Молдавии (1986). Данная класси-
фикация строится на основе профильно-вещественно-генетического
принципа с комплексным учетом природных и техногенных факторов
почвообразования.
Попытка дать общую концепцию классификации преобразован-
ных почв предпринята В.Д. Тонконоговым и Л.Л. Шишовым (1990),
которые предложили общее название для ТГ измененных почв —
антропоземы. В настоящее время разрабатывается новый вариант
классификации почв России (Шишов, Тонконогов и др., 1996 — пред-
ложения на II съезд почвоведов России), в которой реализуются уже
высказанные ранее подходы и по-прежнему практически нет места
техногенно преобразованным почвам.
В настоящее время наиболее принято группирование почв по
признакам их принадлежности к территориям с одинаковым типом
хозяйственного использования —технологический подход: агросоли
248
(агроземы), урбасоли и т.д. Широко распространен подход к класси-
фикации преобразованных почв по признаку протекающих в них тех-
ногенно спровоцированных процессов, таких как: вторичное засоле-
ние, Деградационное оглеение, ирригационный кольматаж (заилива-
ние), слитизация и др., т.е. на основе генетического анализа новооб-
разованных явлений почвообразования, протекающих в исходной по-
чвенной матрице. Подобный подход обеспечивает одинаковые осно-
вания для сравнения природных и преобразованных почв, хотя и не
является универсальным.
На сегодня ни один из предлагаемых вариантов не может пре-
тендовать на положение ведущего. Более того, не обозначены основ-
ные пути построения такой систематики почв. Из представленных
ранее данных видны основные трудности, осложняющие эту задачу:
а) высокая динамичность ТГ спровоцированных процессов технопе-
догенеза и значительная изменчивость свойств и признаков почв не
только в пространстве, но и во времени; б) множество вариантов пус-
ковых механизмов технопедогенеза (огромное разнообразие ТГ воз-
действий и спровоцированных ими “наложенных” — вторичных про-
цессов, часто накладывающихся друг на друга).
Если при изучении естественных почв мы имеем дело с объек-
тами, относительно устойчивыми в историческом времени, то техно-
генные почвы — это образования с быстро меняющимися признака-
ми вследствие указанных выше причин. Представляется, что дина-
мичность объекта должна, в значительной степени определять спе-
цифику его генетической номенклатуры и классификации. Поэтому
следует выделить и рассмотреть возможные эволюционные тренды
технопедогенеза (Геннадиев и др., 1992).
С точки зрения своеобразия характерных вариантов эволюци-
онных трендов ТГ обусловленного развития почв на основании име-
ющихся данных можно выделить следующие основные “плоскости”
технопедогенеза.
1. Происходит формирование почвенных тел, не имеющих пря-
мых природных аналогов по сумме признаков или их отдельным со-
четаниям. Именно такой вариант технопедогенеза наиболее харак-
терен для районов добычи углеводородного сырья (вЬ всех биокли-
матических условиях).
2. Осуществляется посттехногенное воссоздание почв, соот-
ветствующих тем, которые имеют место в структуре местного по-
чвенного покрова. Здесь существует по крайней мере два характер-
ных варианта: а) возврат почв в исходное состояние после прекраще-
ния воздействия на них (или воссоздание той же, что и исходная по-
чва, на том же месте). В почвах постепенно затухают наложенные
процессы и признаки и конечными членами ряда являются разности
249
без морфологических и аналитических признаков ТГ изменений —
собственно фоновые. В районах добычи углеводородного сырья та-
кие случаи характерны главным образом для механически повреж-
денных почв (без изменений других факторов почвообразования —
гидрологического режима, мерзлоты и т.д,); б) воссоздание природо-
подобных почв “не на том месте”, когда вследствие приложения ТГ
факторов происходит замещение одних почв другими, но только в
рамках вариантов структуры местного почвенного покрова. На тер-
риториях промыслов наиболее часто наблюдается замещение почв
автоморфного ряда гидроморфными из-за обводнения территории при
образовании просадок рельефа, например, при ТГ нарушениях крио-
генных процессов, а также вдоль трубопроводов и дорог.
В каждом случае формируются динамические ряды переход-
ных состояний, обусловленные спецификой конкретных форм техно-
педогенеза.
Существование многочисленных вариантов переходных почвен-
ных тел, различающихся текущими процессами, свойствами и при-
знаками, определяет необходимость не только поиска общих принци-
пов группировки генетически разных ТГ почв, но и их разделения в
пределах единого эволюционного ряда — поиск критериев их стади-
альной дифференциации. Без такого разделения почв крайне сложно
выполнять работы по оценке воздействия на среду (ОВОС) и коррек-
тное картографирование ТГ измененных территорий.
Представляется, что разделение трансформированных почв,
принадлежащих одному эволюционному ряду (т.е. вычленение харак-
терных состояний), может осуществляться по степени разупорядо-
ченности (разрушенности) “стартового” почвенного профиля. При
этом глубина и качество техногенных преобразований должны оце-
ниваться по степени “отодвинутости” новообразованных почв от ис-
ходных природных разностей в координатах генетического и зональ-
ного многообразия.
Проблема разделения преобразованных почв осложняется необ-
ходимостью отражения техногенной составляющей технопедогенеза.
При этом следует учитывать, что технопедогенез осуществляется как
в рамках механически ненарушенного почвенного тела, так и в новооб-
разованных или преобразованных твердофазных структурах — насып-
ных или вскрытых при разрушении почв литологических субстратах, что
служит четким дифференцирующим признаком их состояния и соответ-
ственно может использоваться при классификации.
В реальных условиях промыслов трансформация почв обуслов-
лена множеством накладывающихся друг на друга, часто глубоко
различных ТГ факторов.
Проблема сущностной оценки смешанных ТГ спровоцирован-
ных процессов, характерных для почв нефтедбывающих районов,
крайне сложна, тем более сложны вопросы систематики таких объек-
250
тов. Не выработаны критерии определения приоритетов: какие из
текущих наложенных процессов относить к диагностическим и чем
можно (и можно ли) поступиться? Не возникает ли при этом каких-то
особых интегральных процессов? Все эти вопросы практически ни-
как не обсуждаются в литературе, а без их решения создать коррек-
тную всеобъемлющую классификацию в настоящее время практи-
чески нереально.
Одно из центральных мест в общей проблеме классификации и
диагностики почв в зоне техногенеза (и в районах добычи углеводо-
родного сырья в том числе) принадлежит вопросам их генетической
номенклатуры. Если природные почвы принято называть в традици-
онных (часто народных) терминах — чернозем, подзол или по веду-
щим диагностическим горизонтам и процессам —- глеевые, торфя-
ные, то для ТГ преобразованных почв существует более широкий
набор подходов. Как и для природных почв используется подход по
диагностическому горизонту (плаггены, аваны), так и простые спе-
циально сконструированные по принципу технологичности —литозем,
эрозем, реплантозем и т.д. Наиболее широко распространены, одна-
ко, сложносоставные названия почв, где учитываются как техноген-
ные, так и природные признаки, объединение которых часто осуще-
ствляется достаточно формально.
Динамичность процессов технопедогенеза и сложные сочета-
ния и соотношения в ТГ почвах наложенных и исходных свойств и
признаков предполагает учет показателей, отражающих: а) характер
ТГ воздействия на почвы и обусловленные ими процессы; б) оста-
точные и новобразованные морфогенетические характеристики
(рис. 4.38).
Рис. 4.38. Принципиальная схема формирования номенклатуры техногенно преобра-
зованных почв (по А.Н. Геннадиеву, Н.П. Солнцевой, М.И. Герасимовой, 1992)
Для территорий промыслов в соответствии с предложенной
схемй трансформированные почвы по типам техногенных воздействий
разделяются на: 1) механогенно-трансформированные; 2) гидрогенно-
трансформированные (в гумидных ландшафтах главным образом
251
подтопленные); 3) химизированные — загрязненные; 4) сложно транс-
формированные (наиболее частый случай), что обусловлено наличи-
ем и переплетением существенно разных форм воздействий.
Некоторые варианты текущих техногенно спровоцированных по-
чвенно-геохимических процессов, характерных для районов добычи уг-
леводородного сырья, были рассмотрены выше и обобщены для раз-
ных групп почв втабл. 4.42. Кроме того, в преобразованных почвах про-
мыслов происходит перестройка структурной и текстурной организации
профиля —уплотнение (усадка) почвенной массы, особенно торфяных
горизонтов, “отакыривание” минеральных почв при их загрязнении сы-
рой нефтью, изменение гранулометрического состава как при развитии
щелочного гидролиза, так и при механических подсыпках ТГ грунтов,
преобразование элементного состава субстратов и т.д. (табл. 4.46).
' Таблица 4.46
Наиболее типичные варианты текстурной и структурной перестройки
профилей почв в районах добычи углеводородного сырья
Характерные ТГ-спровоци- рованные почвенно- геохимические процессы Основные направ- ления техногенной перестройки про- филя почв Характерные признаки почв
Битуминизация Формирование почв, не имею- щих природных аналогов Битуминизированные почвы, повышенно обуглероженные, часто гидрофобные
Осолонцевание (парасо- лонцовый процесс) Почвы с резко выраженной мор- фологической и субстантивной трансформацией почвенной мат- рицы Уплотнение, глыбистость в сухом состоянии, заплыва- ние — в мокром, перестройка профиля ила
Вторичный гидроморфизм Изменение плотности, струк- туры, цветовых характеристик почв и грунтов
Уплотнение — "усадка” (особенно характерно для торфов) Укороченные органогенные горизонты; усыхающие и раз- рушающиеся торфяные суб- страты
ТГ погребение Погребенные почвы с "мертвым" наносом или дву-, многочленные прими- тивные почвы на погребенной
ТГ денудация Редуцированные (в разной степени) с неполным или уко- роченным профилем
ТГ турбация Потеря горизонтной страти- фикации, уплотнение, пере- мешивание субстратов разных горизонтов
252
По характеру строения профиля техногенно измененные почвы
разделяются в зависимости от соотношений между исходными мор-
фогенетическими признаками и наложенными. Могут быть выделе-
ны по крайней мере три группы объектов:
1) строение и основные свойства исходных почвенных тел со-
храняются. Новообразованные признаки также достаточно заметны
(например, оглеение ранее полностью окисленных почв);
2) исходное почвенное тело диагностируется, но вторичные
процессы и признаки меняют свойства почв (на момент исследова-
ний) коренным образом (битуминизированные солончаки по тундро-
во-глеевым почвам);
3) признаки исходных почв полностью стерты, исходная почва
разрушена или погребена. Новообразованное почвенное тело харак-
теризуется иными субстантивно-генетическими параметрами, чем
существовавшее на данном месте (в частности, примитивная дерно-
вая почва на ТГ грунтах, на месте исходных болотных почв).
На территории промыслов техногенно спровоцированные про-
цессы часто имеют прямые местные аналоги. Так, вторичное оглее-
ние (при ТГ подтоплении) в гумидных ландшафтах ничем не отлича-
ется от природного глеегенеза. Точно также ТГ засоление почв в лан-
дшафтах с недостаточным увлажнением реализуется в соответствии
с зональными процессами (практически ничем не отличается от при-
родных процессов). В то жё время в гумидных ландшафтах реализа-
ция ТГ галогеохимических процессов осуществляется в контрастно
иных условиях и при взаимодействии с процессами, противодейству-
ющими их реализации (особенно, если задействованы необычные
субстраты — например, торфа). В этих случаях наиболее сложно
найти “меру” их соотношений и определить, какие же почвы (или поч-
воподобные тела) формируются. В тех случаях, когда генетические
свойства исходных почв в значительной степени подавлены или даже
стерты и хорошо проявлены наложенные техногенезом процессы, в
названии почв к природоподобному процессу следует добавлять при-
ставку “пара”, например, “парасолонцы”, что сразу указывает: а) на
близость техногенно спровоцированных и соответствующих природ-
ных характеристик почв, но и б) отделяет такие объекты от исход-
ных природных аналогов.
Однако в любых случаях в структуре наименований новообразо-
ванных почв должны быть отражены:
1) глубина трансформированное™—сохранности исходных почв;
2) уровни функциональной и субстантивной самостоятельности
техногенной составляющей новых конструкций.
Использование предложенных принципов построения номенк-
латуры преобразованных почв на территории промыслов позволяет
253
не только разделить разные по трансформирующим агентам общно-
сти почв, но, что очень важно, расчленить почвы, составляющие еди-
ный эволюционный ряд, на генетические общности.
В качестве примера на рис. 4.39, 4.40 показаны варианты по-
добного расчленения эволюционного ряда техногенно преобразован-
ных дерново-подзолистых почв от момента их загрязнения (нефтью
или сточными водами) до стадии глубокого преобразования, что пре-
красно видно по приведенным физико-химическим характеристикам.
В районах добычи углеводородного сырья в начале процесса
технопедогенеза — непосредственно сразу после загрязнения почв
(что, как правило, соответствует стадии ТГ галогенеза) происходит
как бы “механическое” совмещение исходных и новообразованных
почвенных и техногенных признаков. В таких случаях номенклатура
измененных объектов наиболее приближена к номенклатуре исход-
ных почв. В случае активного засоления (т.е. значительной мощнос-
ти ТГ фактора) в конструкции номенклатуры преобразованных почв
совмещение техногенной и природной составляющих осуществляет-
ся с помощью предлога “по”. Название почвы при этом может зву-
чать следующим образом: “битуминозный солончак по дерново-под-
золистой почве” (рис. 4.39). При более слабо проявленном ТГ фак-
торе номенклатура исходной почвы в названии природно-техноген-
ного объекта становится доминирующей, что может звучать следу-
ющим образом: “слабо-, средне-, сильнозасоленная дерново-подзо-
листая почва”. Соответствующие почвы обнаруживаются в районах
добычи углеводородного сырья в любых природных условиях.
Постепенное стирание в процессе технопедогенеза исходных
почвенных признаков и увеличение роли новообразованных процес-
сов и свойств диктует необходимость усиления звучания в названии
почв техногенно обусловленной составляющей. В ситуации, когда
существует примерно равнозначная выраженность наложенных и ос-
таточных признаков, может использоваться конструкция, скреплен-
ная предлогом “на”: “битуминозный солончаковатый парасолонец на
дерново-подзолистой почве”.
При значительной продвинутости технопедогенеза, когда ис-
ходный почвенный профиль или какая-то его часть уже почти не чи-
таются, в названии новообразованной конструкции должна домини-
ровать техногенно обусловленная составляющая: “битуминозный па-
расолонец на засоленном иллювиальном горизонте дерново-подзо-
листой почвы”. При наиболее глубокой реализации технопедогенеза
можно вообще избежать введения в название преобразованных почв
характеристик и исходной почвы, например, “высокогумусная осоло-
делая глубокосолонцеватая почва”.
Описание почв в предложенной системе позволяет картогра-
фировать почвенный покров ТГ преобразованных территории
(табл. 4.47), что крайне важно для практических целей.
254
Рис. 4.40. Стадии развила парасолонцового процесса в почвах, загрязненных сточными водами
(дерново-подаолиспые почвы, южная тайга Пермского Прикамья).
Грушш исходных генетических горизонтов: 1 - гумусовые и гумусово-элювиальные; 2 - иллювиальные
г - ;у- , г *' \ ' «- е <
„<1|П|1 , , 11.» .Г., f, I ........... 1........
Таблица 4.47
17-1119
Пространственно-временные тренды перестройки почвенного покрова загрязненных нефтью территорий (на примере южной
тайги Пермского Прикамья, дерново-подзолистые почвы)
Смена характерных процессов в почвах ядра ореола Пространственная структура почвенного покрова
В ядре ореола На периферии ореола Фоновые ландшафты
в средней зоне в краевой зоне
Техногенный гало- генез (засоление почв) Битуминозные солончаки по дерново-подзолистым почвам Битуминизированные сильно-и среднезасо- ленные дерново-под- золистые почвы Слабо битуминизирован- ные средне» и слабозасо- ленные дерново-подзолис- тые почвы Закисляющиеся (?) дерново- подзолистые почвы Фоновые дерново-подзолистые почвы
Физико-химическое осолонцевание (перестройка свойств ППК) Битуминозные солончаковатые хи- мические солонцы на дерново-под- золистой почве Битуминизированные глубокозасоленные хими- ческие солонцы Остаточно битуминизи- рованные среднезасо- ленные дерново- подюлистые почвы Слабо внугри- почвенно засо- ленные дерно- во-подзолистые почвы Закислен- ные (?) почвы Фоновые дер- ново-подзо- листые почвы
Ощелачивание Битуминизированные парасолонцы на сла- бозасоленном химически осолонцованном субстрате иллювиальных горизонтов дерно- во-подзолистой почвы Остаточно битуминизированные парасолонцы на химически осо- лонцованном субстрате иллюви- альных горизонтов д ерново- подзолистой почвы Повышенно гумусные па- расолонцеватые на дерно- во-подзолистой почве Закислен- ные (?) дерново- подзолис- тые почвы Фоновые дер-ново- подюлистые почвы
Вторичное закисле- ние Деградирующие (осолодевающие?) биту- минизированные десилицирукнциеся глубокие парасолонцы Остаточно битуминизирован- ные десилицирующиеся пара- солонцы Повышенно гумусные огле- енные (часто заболачиваю- щиеся) парасолонцеватые почвы Физико-химичес- ки осолонцовыва- ющиеся дерново- подзолистые почвы Фоновые дерново- подзолис- тые почвы
Угасание наложен- ных галогеохими- ческих процессов Вторично оподюливающиеся повышенно гумусные по осолоде- ло^?) остаточно глубоко парасолонцеватой, десилицированной и аллипвированной почве Деградирующие (осолодеваю- щие?) повышенно гумусные десилицированные глубоко парасолонцовые и парасолон- цеватые почвы Повышенно гумусные поверхностно-глеевые (заболачивающиеся) лэ- расолонцеватые почвы Фоновые дерново- подзолис- тые почвы
4.6 Основные закономерности техногенной трансформации почв.
Ландшафтно-геохимические процессы — следствия
Почвы и ландшафты в районах добычи углеводородного сы-
рья претерпевают глубокие структурные и(или) функциональные из-
менения.
Техногенные факторы служат:
1) пусковыми механизмами специфических явлений технопе-
догенеза, определяющими первичный сдвиг почвенно-геохимических
процессов. Наиболее мощные пусковые механизмы трансформации
природных процессов на территории промыслов —залповые выбро-
сы загрязняющих веществ, формирующие многочисленные, как пра-
вило, пересекающиеся в пространстве геохимические поля — орео-
лы загрязнения, специфика которых определяет характер последую-
щих изменений свойств почв;
2) постоянными регуляторами изменений. В таких случаях пре-
образование природных систем как бы непрерывно “поддерживает-
ся”. К подобным регуляторам на территории промыслов относятся
прежде всего линейные сооружения (дороги, трубопроводы), контро-
лирующие на значительных площадях гидротермический режим и
способствующие подтоплению земель, изменению мерзлотных про-
цессов и т.д.
В любых случаях в природных системах включаются меха-
низмы техногенно “навязанной” эволюции — возникают цепные ре-
акции изменений текущих физико-химических и биотических процес-
сов. Пространственно-временное своеобразие цепных реакций —
функция территориальной изменчивости структуры геохимических
полей, которая определяется: а) асинхронностью поступления одина-
ковых ТГ компонентов в сопряженные по рельефу почвы; б) постоян-
ными изменениями состава и свойств мигрирующих в них растворов
(вследствие сброса продуктов вторичных реакций). В результате воз-
никает асинхронность процессов однофазовых изменений почвенно-
геохимических параметров в разных частях единого ореола загряз-
нения. Эти явления лежат в основе: 1) закона пространственно-вре-
менного диссонанса техногенно обусловленной трансформации почв
и почвенного покрова; 2) закона латеральной “подвижности” почвен-
ных тел и непрерывности перестройки структуры почвенного покро-
ва (даже в случае, если ТГ ореол не выходит за пределы одного типа
почв, замыкается в одном элементарном ландшафте). Типичный ва-
риант такой подвижности почвенного пространства приведен в
табл. 4.47.
Закон “подвижности” почвенных тел универсален и “работает”
при любых воздействиях на почвы: при механических нарушениях
258
или изменениях геохимических и геофизических полей. Так, на раз-
ном расстоянии от очага переувлажнения (например, из-за разруше-
ния естественных путей миграции почвенно-грунтовых вод вдоль
трубопроводов или дорог) процесс гидроморфизма трансгрессивно
“сдвигается” от препятствий, захватывая новые площади.
Следствием закона пространственно-временного диссонанса
является возникнове ние территориально дифференцированных (ядро,
средняя и краевая зоны ореола) серий сукцессионных рядов почв
(рис. 4.41).
? ?
Рис.4.4]. Граф переходов техногенно обусловленных почвенных сукцессий (на приме-
ре загрязненных дерново-подзолистых почв).
А — техногенный солончак по дерново-подзолистой почве; Б — сильно (средне, сла-
бо) засоленные дерново-подзолистые почвы; В — вторично закисленные дерново-
подзолистые почвы; А1 —химический солонец-солончак; Б1 —химически осолонцо-
ванные солончаковатые почвы; В1 — внутрипочвенно химически'осолонцованная
очень слабо засоленная (или не засоленная) дерново-подзолистая почва; А2 — осоло-
девающий глубокий парасолонец; Б2 —собственно парасолонец; В2 —поверхност-
но-оглеенная глубокосолонцеватая почва; АЗ — осолоделый остаточный десилициро-
ванный парасолонец; П — осолодевающий парасолонец глубоко-солончаковатый;
Д — поверхностно-глеевый глубокий парасолонец; Е —осолоделые глубокопарасо-
лонцеватые десилицированные и аллитизированные почвы; Ж—заболоченные и за-
болачивающиеся глеепарасолонцевагые (солонцовые) почвы
Каждый эволюционный ряд почв специфичен по набору и пос-
ледовательности проявлений характерных процессов, отличаются и
характерные времена их реализации. В общем случае на первых ста-
диях развития технопедогенеза включаются процессы с коротким
характерным временем реализации (например, в почвах гумидных
259
ландшафтов—это процессы засоления-рассоления); на продвинутых
стадиях — с большим характерным временем (например, десилика-
ция почв и грунтов). При этом в них могут сохраняться признаки и
свойства исходных почв и одновременно быть “записаны” результа-
ты текущих и уже “отдействовавших” ТГ обусловленных процессов.
Вторичные процессы-следствия имеют как циклический, так и
поступательный — необратимый характер. Вследствие этого новооб-
разованные объекты (почвы и(или) ландшафты) на разных этапах пре-
образования могут: а) сохранять свойства, очень далекие от исходного
прототипа; б) вернуться к исходному или близкому состоянию.
Последовательная смена почвенно-геохимических процессов
в разных частях ореола загрязнения определяет: 1) дивергенцию но-
вообразованных свойств и состояний почв, усиливающуюся во вре-
мени; 2) постепенное “расщепление” первично единого процесса тех-
нопедогенеза; 3) сближение-конвергенцию отдельных ветвей “расще-
пившихся” эволюционных рядов — возникновение новых сукцесси-
онных рядов почв (рис. 4.41). Но во всех случаях формируются по-
чвы, в той или иной степени отличающиеся от исходного прототипа
(часто со сменой автоморфного направления почвообразования на
гидроморфный или наоборот).
Многолетние наблюдения за динамикой преобразования природ-
ной среды в районах добычи нефти свидетельствуют, что на территории
промыслов в почвах и ландшафтах могут возбуждаться процессы: а) не
имеющие аналогов в природных условиях; б) имеющие аналоги, но в
иных биоклиматических условиях. Сложное переплетение дивергенции
и конвергенции отдельных почвенно-геохимических процессов и свойств
почв на разных стадиях их ТГ развития приводит к совмещению в одних
и тех же почвенных телах (или близко расположенных почвах) призна-
ков, существующих в разных зональных почвах. Например, в исходных
лесных почвах с ненасыщенным ППК в условиях техногенного галоге-
неза одновременно могут протекать процессы и возникать явления, ха-
рактерные как для более теплых (в частности, аридных) почв — осо-
лонцевание, отакырйвание, так и для более холодных гидроморфных
почв — тиксотропность, пл ывунность.
Еще более сложны закономерности преобразования почв при
гетерогенных воздействиях на них ТГ факторов. Для понимания воз-
никающих в подобных условиях изменений необходимы дополнитель-
ные исследования пространственно-временных перестроек их свойств.
Однако независимо от специфики пусковых механизмов технопедо-
генеза во всех случаях процессы трансформации почв осуществля-
ются стадийно, вследствие чего в разных частях геохимического поля
и формируются специфические сукцессионные ряды почв.
Неравные исходные функциональные возможности генетичес-
ки разных почв определяют неодинаковые формы и интенсивность
их преобразования при близких ТГ нагрузках. В районах промыслов
260
наиболее важны: а) различия в уровнях потенциальной нефте- и соле-
емкости почв и грунтов (от чего зависит активность первичного сдви-
га почвенно-геохимических параметров); б) неодинаковые самоочи-
щающие возможности почв (от чего зависит не только активность
выноса-закрепления поллютантов, но и вторичные процессы техно-
педогенеза — их формы, скорости, интенсивность и др.).В частно-
сти, такие различия хорошо видны на примере трех разных типов почв,
характерных для тундровых и лесотундровых ландшафтов
(табл. 4.48).
Таблица 4.48
Вероятность закрепления-выноса битуминозных веществ и водорастворимых
солей в разных типах почв тундровых и лесотундровых ландшафтов России
Почвы Потенциаль- ная нефтеем- кость Потенциаль- ная солеем- кость Потенциаль- ная нефтеот- дача Потенциаль- ная солеот- дача
Торфяные (минерали- зующихся торфяных бугров) высокая и чрезвычайно высокая высокая, средняя низкая средняя
Подзолы иллювиаль- но-железистые и гуму- сово-железистые средняя средняя средняя, высокая 1 высокая
. Тундрово-глеевые низкая средняя, низкая низкая низкая, средняя
В результате, чем выше исходная комплексность и контраст-
ность почвенного покрова, тем контрастнее будут вторичные изме-
нения и сложнее ответные реакции почв.
Таким образом, полифакторность условий и соответственно
гетерогенность процессов преобразования почв, почвенного покрова
и ландшафтов в целом — одна из основных особенностей техногенвг
за в районах добычи углеводородного сырья и нефти в том числе.
Наряду с первичной (обусловленной техникой) гетерогенностью про-
цессов трансформации природной среды существует и вторичная —
постгехногенная гетерогенность одновременно протекающих на раз-
ных территориях геохимических процессов и как следствие — нео-
днозначные пространственно-временные изменения почв. Все это
создает очень пеструю картину реальных форм трансформации
свойств почв даже на очень близких расстояниях. • *
Каждой форме и стадии технопедогенеза соответствуют опре-
деленные вторичные ландшафтно-геохимические условия, от кото-
рых зависит биологическая продуктивность ландшафтов, принявших
техногенные потоки. Так, лесные ландшафты', загрязненные нефтью,
261
несмотря на повышение в почвах содержаний Сорт, на первых этапах
трансформации, обладают невысокой биологической продуктивнос-
тью, а на стадии развития, соответствующей битуминозным солон-
чакам, высшие растения погибают вообще и длительное время во-
зобновляться не могут. Процессы самовосстановления биологичес-
кой продуктивности загрязненных нефтью территорий протекают до-
вольно медленно. Например, в ландшафтах южной тайги на участ-
ках, где загрязнение произошло за 20 лет до начала исследований, вос-
становился только травянистый покров, причем там, где на поверхности
почв фиксируются корки битуминозных веществ, проективное покры-
тие невелико (не более 25-40%). Лесовосстановление затруднено, пока
уровень солей не опустится ниже корнеобитаемого слоя, а также не про-
изойдет снижения щелочности верхних горизонтов.
В северных районах исходные природные ландшафты разру-
шаются значительно быстрее. Однако высокая обводненность и по-
вышенная скорость освобождения почв от ТГ солей приводит к до-
вольно быстрой регенерации растительного покрова (при условии, если
не было разрушительных эрозионных процессов, включая термокар-
стовые или термоэрозионные, и при достаточной для возобновления
растительности влажности выведенных на дневную поверхность ми-
неральных субстратов). При наличии в минеральных грунтах влаги
имеет место довольно быстрое зарастание даже техногенных пес-
ков (в частности, надтрубных покрытий). В то же время поврежде-
ние собственно суходольных ландшафтов (например, ландшафтов
минеральных бугров) приводит к их быстрой деградации и крайне
медленному восстановлению.
Таким образом, на территориях, занятых промыслами, на зна-
чительных площадях идет активное изменение структуры почвенно-
го покрова за счет формирования почв, геохимические свойства ко-
торых существенно отличаются от зональных почвенных разностей.
Это приводит к тому, что в таких районах формируются сложно уст-
роенные зоны техногенной перестройки исходных экосистем, вклю-
чающие: а) ненарушенные территории, сохраняющие зональные про-
цессы (почвенно-геохимические и биотические); б) площади, где про-
исходит их интенсивная трансформация (под воздействием геохими-
чески активных в местных условиях загрязнителей, либо из-за изме-
нения геофизических полей); в) территории, на которых идет восста-
новление зональных почвенно-геохимических и биотических процес-
сов. В результате в почвенном покрове территорий промыслов возни-
кают необычные почвенные сочетания и пятнистости. Происходит
резкое усиление контрастности почвенного покрова и структуры лан-
дшафтов, что является их устойчивой новообразованной характерис-
тикой.
262
Глава 5. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ФОРМ ТЕХНО-
ГЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В
РАЙОНАХ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ И
ПРИНЦИПЫ ИХ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
Суммарные площади поражения природных систем на терри-
тории промыслов значительны. Принципы их картографирования и
особенно изображение пространственных проявлений отдаленных
эколого-геохимических следствий воздействия производства (вклю-
чая сочетания химического загрязнения и механических нарушений)
разработаны слабо.
Уменьшение риска необратимых изменений природной среды
и минимизация отрицательных следствий невозможны без адекват-
ной оценки всех вариантов пространственных проявлений процессов
трансформации природных комплексов. Вследствие этого важнейшая
форма анализа состояния природных систем — картографическая.
Картографирование техногенно-трансформированных земель—но-
вый раздел специальной картографии. Если при ландшафтно-геохи-
мических исследованиях ненарушенных территорий объектами изоб-
ражения в разных масштабах являются элементарные ландшафты,
их типы, семейства (Глазовская, 1964), то при составлении разного
рода оценочных карт измененных производством ландшафтов объек-
ты изображения не получили Четкого определения. Материалы, опуб-
ликованные по вопросам их картографирования (Мильков, 1972; Гла-
зовская, 1972, 1979; Солнцева, 1976; Исаченко, 1983; Ретеюм и др.,
1972 Козин, 1983; Николаева, 1982; Козин и др., 1983; Географическое
прогнозирование..., 1988; Котляков и др., 1990; Ревзон, 1992; Кутыев и
др., 1993; Кочуров, 1994; Перельман, Воробьев, 1995; Глазовская и
др., 1983; Симонов и др., 1995; Оценка качества окружающей..., 1995;
Природопользование..., 1996; Экологическое картографирование.,
1996), показывают, что содержание и методические приемы состав-
ления такого рода карт, принципы выделения объектов изображения
пока еще противоречивы.
Имеющиеся данные свидетельствуют, что комплексное ланд-
шафтно-геохимическое картографирование техногенно трансформи-
рованных земель является одним из самых сложных методов иссле-
дования природной среды.
В районах добычи углеводородного сырья сложность подоб-
ных работ усугубляется технологией производства: 1) большим ко-
личеством территориально рассредоточенных объектов, связанных
между собой линейными сооружениями (дорогами, системами тру-
бопроводов и др.). Количество только технических сооружений на
1 км2 промысла — более 20 (Денисова, 1976), не говоря уже о мно-
гочисленных повреждениях природных систем в связи с их работой;
2) разнообразием состава веществ, выбрасываемых в природную
263
среду и создающих сложную систему как изолированных, так и пересе-
кающихся в пространстве ореолов загрязнения; 3) нарастанием во вре-
мени интенсивности нагрузок (из-за износа оборудования) и увеличения
ежегодного количества аварий, достигающих, в частности, в Зап. Сиби-
ри нескольких десятков тысяч в год; 4) очень высокой динамичностью
процессов преобразования природных систем и значительной глубиной
возникающих изменений. В результате ТГ нагрузки оказываются рас-
средоточенными в пространстве, но постоянно действующими “генера-
торами” трансформации природных процессов, что требует принципи-
ально иного подхода к картографированию подобных территорий.
Содержание и методы составления оценочных карт определя-
ются не только спецификой трансформирующих факторов, но и целя-
ми картографического анализа и особенностями анализируемых лан-
дшафтов. От этого зависит и комплекс решаемых в каждом случае
задач, и масштаб оценок.
На стадии разработки проектной (и предпроекгной) доку-
ментации для строительства технических объектов нефтегазоконден-
сатных комплексов должны составляться следующие группы карт:
1) оценок потенциала устойчивости природных систем к планируе-
мым техногенным нагрузкам, включая картографические оценки по-
тенциала самоочищающих функций ландшафтов; 2) прогноза изме-
нений природных комплексов (ландшафтов).
Эти материалы позволяют с наибольшей ответственностью
подходить к решению природоохранных задач, включая и привязку
технических объектов к местности. Составление подобных докумен-
тов возможно лишь на основе базовых карт условий миграции веще-
ства и ландшафтной дифференциации территории проектирования.
На стадии эксплуатации нефтяных и нефтегазоконденсат-
ных месторождений (в процессе строительства и эксплуатации тех-
нических объектов) основное назначение картографической докумен-
тации — обеспечить оценку состояния природной среды для умень-
шения уровня (или риска) ее деградации. Соответствующие базовые
картографические материалы должны отвечать на следующие прин-
ципиальные вопросы: каково пространственное проявление разных
типов ответных реакций природно-территориальных систем на тех-
ногенные нагрузки? Что ожидает трансформированные территории
после прекращения ТГ воздействий? Возможен ли возврат в исход-
ное состояние или изменения необратимы? Каковы техногенно обус-
ловленные ряды генетических изменений природных систем? Како-
ва возможная пространственная дифференциация новообразованной
геохимической и морфологической структуры таких территорий?
Насколько велик суммарный ущерб?
Ответы на данные вопросы — основа для разработки и прове-
дения целевого мониторинга трансформированных земель и мероп-
риятий по рекультивации нарушенных ландшафтов.
264
Базовыми картами для оценки состояния природной среды на
стадии эксплуатации месторождений углеводородного сырья служат
карты инвентаризации территорий промыслов (или их отдельных
участков). Принятие каких-либо адекватных решений по оптимиза-
ции природопользования и мониторингу земель возможно только на
основе данных о формах территориальных изменений природных
систем (почв, грунтов, поверхностных и грунтовых вод, биоты, лан-
дшафтных комплексов в целом), включая их морфологические и гео-
химические перестройки.
5.1. Методология мелко- и среднемасштабного прогнозного
картографирования устойчивости и самоочшцающих
возможностей ландшафтов
Интенсивность влияния ТГ потоков в районах нефтедобываю-
щего производства на природные системы, возможная устойчивость
возникающих изменений, так же как и судьба самих загрязнителей,
как это было показано ранее, определяются не только химическими
свойствами веществ, сбрасывающихся в природную среду, но и спе-
цификой ландшафтов, принимающих ТГ потоки. В зависимости от
особенностей ландшафтов различаются конечные и промежуточные
продукты преобразования загрязнителей, вследствие чего общие от-
ветные реакции даже однотипных природных систем на техноген-
ный пресс изменчивы во времени. Отдельные природные факторы и
свойства природных объектов могут как способствовать, так и пре-
пятствовать их трансформации.
Для определения вероятности эколого-геохимических сдвигов
в состоянии природной среды необходимо выявить: а) пространствен-
ную ландшафтно-геохимическую дифференциацию территории;
б) потенциально возможные типы ответных реакций ландшафтов и
составляющих их компонентов на ТГ воздействия. Основой подоб-
ных оценок служат факторы, определяющие экологический потенци-
ал природной среды.
5.1.1. Картографическая оценка экологического потенциала
природной среды
При подобных оценках, наряду с традиционным физико-
географическим подходом к картографированию, используется прин-
цип “прогнозной информативности природных факторов”, обоснован-
ный М.А.Глазовской (1979,1988), согласно которому та или иная ха-
рактеристика ландшафта несет определенную прогнозную информа-
265
цию не только о свойствах разных природных систем, но и о характе-
ре их потенциально возможных ответных реакций на ТГ пресс
(табл.5.1).
Таблица 5.1
Природные факторы, контролирующие устойчивость нормального
функционирования ландшафтов и составляющих их компонентов
(с использованием материалов М.А. Глазовской, 1978,1979, 1988)
1. Факторы, определяющие интенсивность выноса и рассеяния продуктов техногенеза
Возможные показатели рас- сеяния и выноса продуктов техногенеза из атмосферы Осадки (по сезонам года) Скорость ветров (по сезонам года)
Возможные показатели скоро- сти миграции и выноса про- дуктов техногенеза из почв Сток (по сезонам года) Соотношение осадков и испаряемости Гипсометрическое положение территории Механический состав почв и грунтов
2. Факторы, определяющие интенсивность метаболизма продуктов техногенеза
Возможные показатели энер- гии разложения вещества Сумма солнечной радиации, ккал/год Сумма температур выше 0° Количество ультрафиолетовой радиации и ин- тенсивность фотохимических реакций Количество гроз в год Скорость разложения органического вещества (опадо-подстилочный коэффициент)
3. Факторы, определяющие возможность и интенсивность закрепления продуктов техногенеза и их метаболитов
Возможные показатели интен- сивности закрепления продук- тов техногенеза в почвах и грунтах и их исходная емкость Щелочно-кислотные условия > Окислительно-восстановительные условия Сорбционная емкость, количество гумуса, ми- нералогический состав почв и грунтов Тип геохимических арен Геохимические барьеры Исходный запас элементов Процессы надмерзлотной ретинизации
Возможные показатели ло- кальных выпадений продуктов техногенеза из атмосферы Количество и продолжительность туманов в год Число и продолжительность штилей в год
Выделяются три основные группы таких природных показателей:
1) определяющие возможную интенсивность выноса и рассея-
ния продуктов техногенеза — показатели интенсивности самоочища-
ющих возможностей среды (осадки, сток, скорость ветра и др.);
266
2) определяющие вероятную интенсивность трансформации
продуктов техногенеза — ответственные за перевод их в иные фор-
мы, частичную или полную утилизацию. Это главным образом пока-
затели энергии и условий разложения вещества: общее количество
солнечной радиации, интенсивность фотохимических реакций и др.;
3) определяющие исходную емкость, возможную интенсивность
и прочность закрепления продуктов техногенеза и их метаболитов в
природных системах: щелочно-кислотные условия, геохимические
барьеры, сорбционная емкость и др.
Данный подход реализован при составлении прогнозных карт
устойчивости природных ландшафтов к загрязнению для всей тер-
ритории России и отдельных ее регионов (Глазовская, 1972, 1978,
1979). При этом отдельные факторы и свойства среды ранжированы
по возможным формам их воздействия на продукты техногенеза и
приняты в качестве прогнозных градаций устойчивости природных
систем.
Свойства среды (ее характерные параметры) рассматриваются
как прогнозные критерии также в работе В.Б.Нефедовой (1976), где в
качестве показателей устойчивости ландшафта к механическим на-
грузкам приняты физико-механические свойства почв и грунтов, а
такжекрутизна склонов, особенности растительного покрова и др.
В предложенном М.А.Глазов_ской подходе к картографическо-
му анализу устойчивости природных объектов (и их компонентов)
каждый фактор выступает в качестве независимой переменной: для
любого контура можно прочитать их качественные характеристики и
градации.
Необходимо подчеркнуть, что устойчивость одного и того же
элемента системы не является постоянной величиной, а зависит от
общего состояния или фазы развития системы. Например, одни и те
же шины обладают не только различной проницаемостью для раство-
ров (что зависит от степени первоначального увлажнения), но и раз-
ным запасом механической прочности. Степень прочности относи-
тельно механических нагрузок —устойчивость к механическим воз-
действиям — выше у сухих глин, чем у их мокрых разностей. Кроме
того, многие свойства природных систем могут рассматриваться в
- качестве показателей, играющих и положительную, и отрицательную
роль одновременно. Такие признаки несут разную прогнозную ин-
формацию об устойчивости отдельных блоков природных комплек-
сов к одному и тому же ТГ воздействию. Так, субаэральные почвы
при легком механическом составе обладают более высоким уров-
нем самоочищения, чем их глинистые модификации. Но при тех же
условиях грунтовые и подземные воды оказываются значительно ме-
нее защищенными. Следовательно, по отношению к этим водам при-
267
веденные в табл.5.1 градации факторов по степени опасности загряз-
нения могут иметь обратные значения.
Таким образом, и в этом случае отмечается не только измен-
чивость относительного “веса” одной и той же градации фактора в
соответствии с изменчивостью других показателей,, но также и зна-
чимость самого фактора. В этом и заключается главная трудность в
разработке методов оценки степени устойчивости природных сис-
тем к техногенезу по отдельным природным параметрам, что зас-
тавляет искать показатели интегральных оценок.
Устойчивость систем хотя и является функцией их отдельных
свойств, но эта зависимость не может быть прямой вследствие суще-
ствования в природе обратных связей — эффекта компенсирования
воздействий, либо их кумуляции и синергизма.
Устойчивость систем нельзя считать также простой совокуп-
ностью устойчивости её частей (Природа, техника..., 1978), как нельзя
механически свести к устойчивости отдельных свойств.
Остаются открытыми вопросы о сочетании условий, при кото-
рых природные системы или их отдельные блоки являются более ус-
тойчивыми, а при каких менее или полностью неустойчивыми, и о
принципах сравнительной оценки степени относительной устойчи-
вости разных систем или их отдельных блоков. Такой анализ тем более
труден, что каждое свойство природного объекта имеет свое харак-
терное время естественного развития (Арманд, Тагульян, 1974; Со-
колов, Таргульян, 1976), а также свой “шаг” трансформации — вос-
становления. В настоящее время нет и общего методологического
подхода для решения данных проблем.
Несмотря на значительные трудности в конкретной реализа-
ции предложенных М.А.Глазовской принципов прогнозной инфор-
мативности факторов, их использование возможно и достаточно пло-
дотворно для составления обзорных тематических карт эколого-гео-
химических условий миграции вещества.
При мелкомасштабных оценках больших территорий наиболее
важны показатели, отвечающие за зональные (преимущественно био-
климатические) различия ландшафтов (табл.5.2) .Это прежде всего
бирклиматический потенциал ландшафта и классы водной миграции,
определяющие как количественные закономерности миграции, так и
вероятные формы мигрирующих веществ. Сочетания этих показате-
лей и характеристик, определяющих возможные окислительно-вос-
становительные условия среды, позволяют в общих чертах оценить
зональную самоочищающую активность природных систем (Ники-
форова, 1983). Например, холодные и прохладные избыточно влаж-
ные ландшафты (тундровые или тундрово-таежные) с широким рас-
пространением болот и заболоченных территорий (преобладание
268
Таблица 5-2
Принципы построения легенды мелкомасштабных эколого-геохимических карт оценки потенциальной емкости ландшафтов
Жаркие сухие, щелочные (Ca2’Na\Cr, SO?’ .НСОзЭ окисли- тель- ный сред- няя
окисли- тельно- восстано* виталь- ный повы- шенная
избыточно влажные, кислые ( Н*) окисли- тель- ный очень высо- кая
окисли- тельно- восста- нови- гельный высокая
| |
Очень теплые сухие карбо- натные (Ca2*,HCOj") окис ли- тель- ный повышен- ная
окисли- тель- ный
1 Теплые, умеренно влажные, кислые, нейтральные (Н*-Са2*) окисли- гельно-вос станови- тельный умерен- . ная
81И1 средняя
2 . л <8 8«|i
1 — Прохладные, влажные, кислые (ЬГ - Н*, Fe2+) окисли- гельно-вос- станови- тепьный пони- женная
низкая
Холодные, избыточно влажные, кислые (Н*, Fe2+) окисли- гельно- восста- нови- тельный
вос- стано- витель- ный очень низ- кая
БиоклиматическиЙ потенциал ланд- шафта и классы водной миграции окислительно-вос- становительный потенциал ланд- шафта Зональная физико-химическая и биологическая активность самоочищения ландшафтов очень высокая (торфа, илы) высокая (пески, супеси) средняя (щебени- стый материал) 11 II h низкая (глины)
hiHhi 5 S 1 « 2 Н 4 2 £ х =* = * g й з aoiediogXo чхоохкээхфэн
плохого дренажа, восстановительных и окислительно-восстановитель-
ных обстановок) предопределяют, в частности, длительную аккуму-
ляцию нефти и нефтепродуктов на. низкотемпературных органо-сорб-
ционных и седиментационных барьерах; особые формы минерализа-
ции загрязнителей в почвах, накопление их в водоемах и донных от-
ложениях (Глазовская и др., 1983) — очень низкую и низкую само-
очищающую активность соответствующих ландшафтов. Сочетание
жаркого климата с превышением испаряемости над осадками с ог-
раниченным или полностью отсутствующим поверхностным стоком
приводит к более активному разложению нефтепродуктов в суперак-
вальных почвах, но увеличивает вероятность гудронизации и отакы-
ривания почв в окислительных условиях (Глазовская и др., 1983). В
результате и в этих случаях самоочищающая активность ландшаф-
тов относительно органических загрязнителей будет ниже, чем при
оптимальном сочетании тепла и влаги.
Использование подобных принципов для оценок экологическо-
го потенциала природной среды позволяет составлять мелкомасш-
табные карты (1:1 000 000 -1:10 000 000) условий миграции, накоп-
ления и трансформации углеводородов в почвах и ландшафтах, что
служит основой группировки почв по экологической опасности заг-
рязнения.
При среднемасштабных эколого-геохимических оценках потен-
циальной емкости ландшафтов (1:50 000 -1:500 000) необходимо ак-
центировать внимание на характеристиках природных систем, отве-
чающих за количественные показатели миграции и аккумуляции пол-
лютантов в природных комплексах и определяющих закономерности
внутриландшафтного перераспределения и метаболизма ТГ компо-
нентов. В частности, к ним могут быть отнесены показатели, отра-
жающие степень геохимической подчиненности разных природных
систем. По этим признакам могут быть выделены автономные, тран-
зитные и аккумулятивные ландшафты (табл.5.3).
Первая группа ландшафтов (автономные) -— это водоразделы
с естественным поступлением вещества только с атмосферными
осадками. Техногенные потоки, оказывающиеся в таких условиях, по-
степенно сбрасываются в природные системы, расположенные гип-
сометрически ниже. Транзитные — подчиненные ландшафты полу-
чают загрязнитель таким образом не только при непосредственном
сбросе в них ТГ потоков, но и от сопряженных ландшафтов более
высоких гипсометрических уровней.
Транзитные ландшафты по характеру процессов миграции ве-
щества делятся на две основные группы: !) ландшафты склонов, где
ведущая роль в миграции принадлежит склоновым процессам и 2) лан-
дшафты балок, долин рек и ручьев, где велика роль как водной миг-
рации, так и донной аккумуляции.
270
03
S
Ч
Ю
са
Ь-
Принципы построения легенды среднемасштабных эколого-геохимических карт оценки
условий миграции элементов в ландшафтах
С ип S3
Условия миграции и накопления веществ в ландшафте Транзитно- суперак- вальный (ТС) S? са
со -
Транзитно- аккумуля- тивно* суперак- вальный i ГГАС) J со
со о
1 - । Транзитно-ак- кумулятивный (ТА) о •А о
vn «И §
о
е «Е 1 i ъ о
ъ А §
о
§
о
Автоном- ный (А) г §
о
Геохимическая сопряженность ландшафтов (положение в рельефе) Механическая миграция (уклон) Окислительно-восстановительные условия Гумус, более 7% Гумус, 5-3% Гумус, 7% Гумус, 3-5% Гумус, менее 3%
монтмориллони- товые глины тяжелые суглинки и глины суглинки карбо- натные S 1 б" 1 пески разно- зернистые
очень высокая высокая | квикхЬ низкая очень низкая
xedoideg мчнноипддоэ вн аохиэиатгс КИНЭ1Ш0ХВН Ч1ЭОН8НЭН91НИ
Примечание: 0 - окислительные, ОВ - окислительно-восстановительные, В - восстановительные условия.
Важным показателем активности потенциальной миграции заг-
рязнителей в ландшафтах и вероятной интенсивности их выноса за
пределы системы, а также метаболизма может служить крутизна скло-
нов и уклоны русел водотоков, от чего зависят не только уровни меха-
нического перемещения вещества, но и степень аэрированное™ по-
токов, активность или замедленность водной миграции и водообме-
на, т.е. условия разложения ТГ компонентов.
Другая группа факторов, которые рассматриваются в качестве
прогнозных, позволяет оценить: а) исходную емкость ландшафтов,
б) вероятность внутрипочвенного метаболизма и утилизации посту-
пающих с техногенными потоками веществ.
В качестве показателей потенциальной емкости* природных
систем выступают гранулометрический и минералогический состав
субстратов, которые могут быть: а) с очень высокой емкостью погло-
щения, б) с высокой, в) повышенной, г) средней, д) пониженной,
е) низкой, ж) очень низкой. Уровни емкое™ субстратов зависят и от
содержаний в них органических коллоидов, оцениваемых по количе-
ству гумуса в почвах.
При любых масштабах эколого-геохимического картографиро-
вания ландшафтов важнейшими показателями, использующимися для
оценки активное™ метаболизма загрязнителей, форм их миграции
или закрепления в природных системах, являются характеристики
окислительно-восстановительных условий, что и должно находить
отражение в содержании карт (табл.5.3). Так, для оценки процессов
миграции-аккумуляции загрязнителей в вертикальном профиле почв
и (или) их латерального переноса очень важны сведения о степени
дренированное™ территории и дифференциации окислительно-вос-
становительного потенциала природных систем.
По степени дренированноста-водозастойноста все ландшафты
можно разделить на три группы: 1) с очень хорошим дренажом и соб-
ственно окислительным режимом по всему профилю почв; 2) со сред-
ними условиями дренажа, когда возможны случаи постоянных водо-
застойных явлений в какой-то части профиля почв или в какой-то
ограниченный отрезок времени по всему профилю, в результате чего
возникают окислительно-восстановительные и (или) периодически
восстановительные условия; 3) с плохим и очень плохим дренажом и
развитаем восстановительных процессов по всему профилю почв
(табл.5.4).
‘ Потенциальная емкость природных субстратов определяется не только их
сорбционной поверхностью, но и объемом эффективной пористости, поэтому ряды
относительной емкости разных субстратов по отношению к БВ или химическим
элементам неодинаковы (см.гл.З).
272
Таблица. 5.4
Варианты вертикальной дифференциации
окислительно-восстановительного потенциала почв
Характеристика окислительно- восстановительных условий Часть почвенного профиля с развитием процессов глеегенеза (восстановительные условия)
Окислительные По всему почвенному профилю -
Периодически восстановитель- ные По всему почвенному профилю
В верхней части почвенного профиля
В нижней части почвенного профиля
Окислительно- восстановительные По всему почвенному профилю
В верхней части почвенного профиля
В нижней части почвенного профиля
Восстановительные По всему почвенному профилю
В верхней части почвенного профиля
В нижней части почвенного профиля
Все эти показатели определяют характеристики возможного
закрепления поллютантов или уровней их “сброса” в подчиненные
системы.
Могут быть и другие варианты сочетаний прогнозных факто-
ров, что зависит от особенностей местных природных условий и струк-
туры геохимических барьеров. Но в любом случае общим принци-
пом оценки эколого-геохимических свойств и экологического потен-
циала территории, сохраняющимся всегда, остается учет факторов,
отвечающих за вынос, накопление и метаболизм загрязнителей.
Соотношения между депонирующими свойствами субстратов
и возможностями свободного перемещения избытка загрязнителей
(или-их метаболитов) определяют пространственный рисунок их рас-
пределения. Соответственно для нефтедобывающего производства
важнейшие индикационные показатели, необходимые для картогра-
фирования, — это факторы: а) ответственные за “принимающие” и
“тормозящие” возможности природных систем, к которым, в частно-
сти, относятся барьеры-концентраторы; б) определяющие отторжение
загрязнителей — переводящие их в почвенно-грунтовый сток (экра-
нирующие барьеры).
Неодинаковые территориальные сочетания различных природ-
ных условий определяют и разные потенциальные возможности лан-
дшафтов к ограничению или, наоборот, к распространению в простран-
стве пятен загрязнения. Вследствие этого учитываемые при оценоч-
ном эколого-геохимическом картографировании природные показа-
тели — их набор и значимость — различны как для карт разных мас-
штабов, так и для различных территорий. В результате и содержание
карт может быть многовариантным.
18-1119
273
Так, для северных ландшафтов с широким развитием мерзло-
ты и криогенных процессов важнейшими прогнозными показателями,
которые должны отражаться на картах, становятся характеристики
мерзлых пород — их дьдистость, распространенность, температуры
(рис.5.1, табл.5.5). Перестройка криогенных процессов определяет
изменение и важнейших эколого-геоморфологических процессов (см.
табл.2.2). Опасность развития криогенных нарушений и последую-
щего разрушения почвенного покрова и изменений рельефа из-за раз-
вития термоэрозии и термокарста делает обязательным при картог-
рафических оценках ландшафтов с ММП использование соответству-
ющих параметров состояния мерзлых пород.
В других природных обстановках при составлении карт усло-
вий миграции вещества н их производных — карт потенциала само-
очищающих возможностей ландшафтов (рис.5.2, 5.3; табл.5.6, 5.7)
CZZJ1.EZ32 EZ3J ^4 ^5
Рис.5.1. Карта условий миграции вещества
в разных типах местности южной тундры
Европейской территории России и потенци-
ал их самоочищения.
Самоочищающая активность ландшафтов:
1 — ослабленная; 2 — средняя; 3 — низкая;
4 — очень низкая; 5 —заторможенная. Ос-
тальные условные обозначения см. табл.5.5
акцент в их содержании дела-
ется на сорбционные свойства
почв и грунтов (строки таб-
лиц-матриц) и геохимическую
специфику вертикального
строения почв (в соответствии
с табл.5.4) и их положения в
рельефе.
Использование приве-
денных в табл.5.5-5.7 показа-
телей позволяет с достаточ-
ной полнотой оценить: а) ос-
новные миграционные процес-
сы, типичные для разных при-
родных условий (дать полный
миграционный потенциал тер-
ритории); б)вероятность вы-
носа-накопления вешества и
пространственную дифферен-
циацию этих процессов. Такие
карты составляются для тер-
ритории географического ох-
вата воздействия производ-
ства и являются важнейшими
документами ОВОС в схемах
размещения, ТЭО (ТЭР) и
проектах разработки место-
рождений (Временные мето-
дические..., 1992).
274
Таблица 5.5
Принципы составления легенды среднемасштабных карт условий миграции
вещества в почвах и потенциала их самоочищения (на примере южной
тундры ЕТР), условные обозначения к рис.5.1
Нефтеемкость субстратов х< Степень дренированности х. территории С ослаблен- ным и плохим дренажом (А) | Периодически заливаемые (Б) Водозасгой- ные(В)
\Окислитепьно-воо- Хстановигельньв Окислительно- воссгановигель- ные(1) Преимущественно восстановитель- ные (2) Окислительно- восстановитель- ные (3) Преимущественно восстановитель- ные (4)
Состояние ММП V удлиним ПлкхК щадь X. ММП, % Х^
Очень высокая (озерно- болотные отложения, торфа до 0,4 м) (IV) С пониженной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, 1ммп2-40С более 80% (б) ТУА 26 ГУВ 46
С повышенной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, 50-80% (а) IVA 2а IVB 4а
! Высокая (пески разнозер- нисгые, часто с включения- ми гравия и гальки) (ПТ) С пониженной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, ч„мос 50-80% (а) ША 1а ША 2а
более 80% (б) ША 16 ША 26
С повышенной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, Un<H’2)bC 50-80% (а) ШБ За
более 80% (б) ЩБ 36
Средняя (су- песи, пере- слаивающ- иеся с су- глинками)(П) С повышенной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, t»«,04-2)oC 50-80% (а) ПА 2а
более 80% (б) ПА 16 пв 46
Пониженная и низкая (суглинки и глины с прослоями песка) (I) С пониженной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, . более 80% (б) IA 26
С повышенной опасно- стью вторичных крио- генных процессов, 1»^ 50-80% (а) IA 2а
Примечание. Содержание индексов: I-IV - сорбционная емкость; А-В - дренированность;
1-4 - окислительно-восстановительный потенциал; а-б - площади поверхностного распростране-
ния ММП и опасность вторичных криогенных процессов
Таблица 5.6
Природные условия, определяющие закономерности миграции и концентрации вещества в ландшафтах,
Предкарпатского нефтегазоносного бассейна (условные обозначения к карте, рис. 5.2)
Характер и условия поступ- ления вещества и степень геохимической подчиненно- сти ландшафтов Автономные элемен- тарные ландшафты вершин холмов, гор и увалов Транзитные ландшафты Транзитно-аккумулятивные ландшафты Суперапагвг ныеитрвносу* геравальнье ланшвфпы
-0-5° 5-10° 0-5°
\ Условия вы- \ носа и ак- \ кумуля- \ ции ве- \ щвства Потен- \ циальная Окислитель- но-восстано- вительная обстановка в профиле почв окнс- ли- тель- ная окисли- телыю- восстэ- новн- тельная перио- дически восста* новн- телыая периодически восстано- вительная (слабоогле- енные и оглеенные) окислительно- восстанови- тельная (силь- но оглеенные) периодически восстанови- тельная (сла- боошеенныеи оглеенные) периодически восстановитель- ная и восстанови- тельная (оглеен- ные и глеевые) окислительно- восстановитель- ная (песвые) восстанови* тельная (глеевые, сероводоро- до-глеевые)
Потенци- альная ак- тивность \ накопле- по всему профи ЛЮ в нижней части профиля по всему профи- лю в верхней части профиля по всему про- филю в верхней части в ниж- ней части в верхней части про- филя по всему профи- лю в ниж- ней части в верх- ней части в ниж- ней части по всему профилю
нефтеем \ нияБВ \ в поч- кость суб- \ вах стратов \ слабая ослабленная слабая ослабленная слабая интенсивная средняя интен- сивная чрезвычайно интенсивная
бурые лесные дерно- во-под- золи- стые подами* стодер- новые бурозем* но-пол- эолястые подзолисто-дер- новые, буро- земно-подэоли- стые дерново-подзолистые подзоли- стые, буро- подзолистые луговые ооодю- ленные дер- новые дерново- пкевые, луговые дерно- во- луго- вые лугово- болотные и болотные
Очень высокая (торфа, заторфованные пески и суглинки) 12а 14а
Высокая (супеси и суг- линки со щебнем, песок глинистый) 12в 14в
Повышенная (заиленный гравий с галькой, галька, щебень, дресва) 126 156
Средняя (лессовидные супеси и суглинки) 1г Зг 11г 2г 4г 5г Я- 7г 8г 9г Юг 12г 13г 14г
Низкая (суглинкй, гли- ны) 5д бд 8д 10д 12д 14д !6д
Карты позволяют выявлять территории вероятных конфликт-
. ных и (или) наиболее экологически опасных ситуаций (например,
рис.5.3, контура 14а), что должно служить обоснованием для коррек-
тирования территориальных привязок технических объектов.
, 5.1.2. Картографическая оценка изменений состояния природных
комплексов (ответных реакций на техногенные воздействия)
*; Состояние природных систем, определяемое Н.Л.Беручаш-
вили (1985) как соотношения их структуры и функционирования, в
пределах территории воздействия промыслов претерпевает законо-
мерные изменения во времени в соответствии со стадией разработ-
ки месторождения. Поэтому при необходимости контролировать от-
\ ветные реакции природных систем на те или иные техногенные воз-
f действия используются другие принципы составления оценочных
. эколого-геохимических карт, позволяющие учитывать структуру и
функционирование природных систем. Составление кард основанных
? на оценках закономерностей изменений структуры и функционирова-
ть ния ландшафтов — многоэтапный процесс (Солнцева, 1996), вклю-
чающий создание серии карт: 1) нарушенное™ структуры и функци-
Й онирования ландшафтов (включая карты техногенных аномалий);
% 2) потенциальной емкости ландшафтов и совместимости природных
3 и техногенных потоков; 3) остаточной емкости или перегруженности
fe' ландшафтов. -
т Оцениваются: а) общие ответные реакции —характерные
Й для любых групп природных систем территории на определенный
5 тип техногенеза (например, на загрязнение нефтью); б) групповые
ответные реакции, возникающие в определенных (как правило, близ-
ких по генезису и строению) группах ландшафтов и (или) составляю-
щих их компонентах (например, в любых торфяных почвах); в) спе-
; цифические, отражающие только индивидуальные закономерности
трансформации определенных типов природных систем (возникаю-
С ’ щие, например, только в подзолах).
Подобный подход дает широкие возможности для составления -
оценочных эколого-геохимических карт в зависимости от задач, по-
ставленных перед картографированием, типа территорий, их изучен-
ности, наличия отраслевых материалов и т.д. Можно учитывать и
картографировать самые разнообразные типы ответных реакций при-
родных объектов на техногенные воздействия — не только ответы
на загрязнение нефтью (или любых других загрязнителей, связанных
с этим производством), но также следствия “встраивания” техники в
природную среду и (или) влияние самой среды на объект. Могут быть
показаны изменения природных процессов и систем и при безаварийной
279
работе того или иного технического сооружения. При этом необходимо
картографировать как морфологические, так и геохимические измене-
ния, возникающие в природе.
Таким образом, оценочные средне- и мелкомасштабные эко-
лого-геохимические карты территорий, попадающих в сферу влияния
производства по добыче, транспортированию и переработке углево-
дородного сырья, могут нести разную информацию и выполнять нео-
динаковые функциональные задачи.
Конечным результатом эколого-геохимического картографиро-
вания ландшафтов должны быть карты прогнозного развития терри-
тории при современном характере воздействия на нее, а также для
разных сценариев землепользования (включая изменения интенсив-
ности нагрузок). Подробно принципы составления подобных карт
будут рассмотрены в следующем разделе (на примере крупномасш-
табного картографирования).
5.2. Методология крупномасштабного картографирования
техногенно трансформированных ландшафтов
Техногенные нагрузки, характерные для нефтегазодобывающего
производства, создают на каждом этапе техногенеза новое состояние
природных систем, качественно отличное по комплексу признаков от
исходного.
Большинство авторов, занимающихся изучением влияния ТГ
факторов на природную среду, считают, что по интенсивности воз-
действия ТГ нагрузки сравнимы с геологическими, а часто и превос-
ходят их. При этом формы экологических “ответов”, глубина и устой-
чивость возникающих изменений даже в случае принципиально оди-
накового характера ТГ воздействий территориально дифференциро-
ваны — не всегда и не полностью идентичны в разных биоклимати-
ческих условиях. Пространственная неоднородность ответных реак-
ций на ТГ пресс хорошо проявляется и в однотипных биоклиматичес-
ких условиях, но в различных ландшафтно-геохимических обстанов-
ках, что наиболее отчетливо выявляется при крупномасштабном ана-
лизе территории. Поэтому оценки взаимосвязей: техногенные факто-
ры — исходные природные системы — характерные типы ответных
реакций необходимы для каждого типа территориальных объектов
(как элементарных ландшафтов, так и составляющих их компонен-
тов — почв, биоты, природных вод),
Под кажущейся простотой данной схемы кроются сложнейшие
вопросы сопряженного изучения: техника — сфера ее влияния (во
всем многообразии формирующихся природно-территориальных но-
вообразований). Для районов добычи углеводородного сырья, кроме
280
анализа взаимосвязей — природный объект — технические соору-
жения (техногенные потоки), необходимо решать еще и следующие
вопросы: 1) можно ли при картографировании техногенно преобразо-
ванных территорий оперировать простейшими физико-географичес-
кими (или ландшафтно-геохимическими) единицами — элементар-
ные ландшафты, фации, урочища, т.е. как соотносятся эти типологи-
ческие категории и возникающие в их пределах зоны ТГ поврежде-
ний?; 2) формируются ли в трансформированных ландшафтах какие-
то особые природно-техногенные территориальные образования и если
да, то каковы их свойства, типологические признаки, критерии выде-
ления (картографирования)?
Многолетние полевые исследования, результаты которых при-
ведены выше, анализ аэрофотоснимков территорий промыслов пока-
зали, что в пределах единого по генезису природного комплекса даже
наиболее низких рангов (фаций) могут возникать неоднородные тер-
риториальные образования — зоны техногенных изменений исход-
ных природных объектов. При этом разные типы ТГ воздействий
создают специфические зоны повреждений даже в однотипных при-
родных элементарных ландшафтах. Одновременно зоны ТГ преоб-
разования, формируемые одним и тем же техническим объектом (или
ТГ потоком), но охватывающие исходно разные природные системы,
создают сложно устроенную, но единую территориальную структу-
ру—техногенную ландшафтно-геохимическую систе-
му , которая представляет собой комплексную морфо-геохимическую
аномалию (Солнцева, 1976). Такие объекты четко выделяются как
геохимически, так и морфологически и характеризуются разным уров-
нем сложности организации в зависимости от специфики ТГ нагрузок
и дифференцированности ландшафтов, принимающих эти нагрузки.
5.2.1. Техногенные ландшафтно-геохимические системы.
Строение и свойства
Любые технические площадки на промыслах “обрамлены”:
а) ореолами загрязнения разных размеров, состава, морфологии и
времени формирования; б) механическими нарушениями рельефа
поверхности и почво-грунтов (см.рис. 2.1). Формирующиеся техно-
генные ландшафтно-геохимические (ТЛГ) системы — это по сути
локализованные в пространстве ответные реакции природной среды
на ТГ воздействия. Они полностью определяют своеобразие изме-
ненных территорий, включая особенности протекания геохимичес-
ких и миграционцых процессов. Новообразованные объекты облада-
ют специфическим строением, заметно отличающимся от исходных
природных систем (Солнцева, 1976).
281
В зависимости от сложности системоформирующих ТГ факто-
ров выделяются две основные группы ТЛГ систем.
Простые (моногенные) ТЛГ системы,возникающие
в случаях, если их формируют единичные ТГ потоки, замыкающиеся
в однородных ландшафтах (рис.5.4). В этих условиях достаточно про-
сто выявляются причинные связи: типы воздействий — формы от-
ветных реакций природных систем. Легко устанавливаются виды
нарушений и характерные особенности техногенной трансформации
ландшафтов. Новообразованная структура и свойства моногенных
ТЛГ систем, обусловленных одинаковыми нагрузками, обладает близ-
кими физико-химическими параметрами и сходной миграционной
структурой на всей территории промысла.
Сложные (гетерогенные) ТЛГ системы (рис. 5.4).
Причинами “сложности” выступают: а) исходная неоднородность при-
родных ландшафтов, принимающих ТГ потоки (рис.5.4,б,в); б) пере-
сечение в пространстве ТГ потоков (даже в случае, если они замы-
каются в однотипном исходном ландшафте; рис. 5.4,г); в) сочетания
в пространстве разнотипных ТГ потоков, поступающих в генетичес-
ки неоднородные и часто механически нарушенные экосистемы (рис.
5.4щ,е). '
Новообразованные структуры (геохимическая, морфологичес-
кая и миграционная) гетерогенных ТЛГ систем очень сложны.
Распределение узлов максимальных нарушений в сложных си-
стемах определяется не только и не столько расстоянием от отдель-
ных источников воздействия, сколько формами пересечений нагру-
зок от разных технических объектов или групп объектов. В этих слу-
чаях труднее выявить прямые зависимости: типы воздействий — типы
ответных реакций, т.е. причинность возникновения тех или иных
изменений природных процессов. Интенсивность трансформации
может быть и не адекватна мощности индивидуальных нагрузок вслед-
ствие синергизма или кумулятивного эффекта воздействий между
собой и с вмещающими природными ландшафтами. Гетерогенные
ТЛГ системы являются интегральным отражением суммы ответных
реакций исходных природных объектов на всю совокупность мест-
ных ТГ воздействий.
' Формирование ТЛГ систем происходит на протяжении всего
существования промысла — от разведки месторождений до их кон-
серваций после окончания добычи. Относительно простые по струк-
туре природно-техногенные объекты чаще всего возникают на пер-
вых стадиях эксплуатации месторождений (включая этап разведки),
либо в местах единичного выброса ТГ потока (см. рис; 5.4,е). Про-
стые ТЛГ системы в реальных условиях скорее исключение, чем пра-
вило. В действительности добыча нефти сопровождается своеобраз-
282
исходные элементарные ландвафты , принимающие ТГ потоки
ной периодизацией преобразования экосистем—закономерной смет
ной ответных реакций ландшафтов и (или) их компонентов в соответ-
ствии с этапами освоения и эксплуатации месторождений, причем
механогенез замещается интенсивными геохимическими нагрузка-
ми, что связано с нарастанием “усталости” оборудования и увеличе-
нием агрессивности внешней среды к “встроенным” в природу тех-
ническим объектам. Имеют место: а) активизация внутренней кор-
розии оборудования из-за циркуляции достаточно агрессивных жид-
костей; б) усиление коррозии внешней поверхности оборудования из-
за развития глеегенеза, особенно его сероводородных форм; в) уси-
ление динамической напряженности грунтов из-за преобразования
криогенных процессов (оползни, разрушение насыпей и др.).
Увеличение аварийности на технических объектах приводит к
пространственному совмещению (частичному или полному) разно-
качественных техногенных потоков и повторному механическому раз-
рушению природной среды из-за работы тяжелой техники при лик-
видации аварий и ремонте оборудования (рис. 5.5, А-Д).
Самостоятельное значение имеет формирование техногенных
ореолов в аквальных ландшафтах озер, ручьев и рек. Здесь два возмож-
ных варианта: 1) загрязнитель поступил сразу в озеро или водоток и уже
через гидрологические связи воздействует на наземные природные ком-
плексы; 2) загрязнитель поступил в наземную экосистему, а в водоем
сбрасывается его.избыток, который наземный ландшафт не может удер-
жать. Особенности развития и морфология таких ТЛГ систем, методы
их изучения и картографирования неодинаковы.
Размеры ореолов, места их локализации в ландшафтах, формы
проявления в значительной степени зависят от: 1) свойств почв и лан-
дшафтов, принимающих техногенный поток и формирующих струк-
туру отдельных ореолов, специфики их геохимической зональности;
2) времени года, когда возник выброс загрязнителя (зима - лето).
Крупные по площади ореолы часто формируются зимой, когда утечки
загрязнителя длительное время происходят под снег, и результаты выб-
роса оказываются видны только после его схода. В этих случаях ТЛГ
системы могут достигать значительных размеров. Летне-осенние поры-
вы локализуются быстрее и их размеры, как правило, меньше.
Различные сочетания природных и ТГ факторов определяют
многовариантность преобразования исходных природно-территори-
альных комплексов и составляющих их компонентов (почв, природ-
ных вод, грунтов, биоты). На территории промыслов формируется
большое количество как моногенных, так и сложных—комплексных
ТЛГ систем. Новообразованные природно-техногенные объекты
включают разноустроенные зоны повреждений, характеризующиеся
неодинаковыми формами, глубиной и направленностью перестройки
284
природных процессов — от функциональных изменений до коренной
трансформации. Разные зоны, составляющие отдельные блоки ТЛГ
системы, связаны между собой и с вмещающими ландшафтами миг-
рационными потоками. Миграционные потоки—это информацион-
ный каркас всей новообразованной ТЛГ системы. Структура потоков
определяет закономерности вторичного перераспределения вещества.
Вследствие этого для адекватной оценки пространственного
строения и функционирования ТЛГ систем необходимо изучение не
только статического состояния их новообразованной структуры, но и
динамики процессов, включая оценки временных и пространствен-
ных трендов развития. Не имея подобных данных, затруднительно
понять, а тем более прогнозировать (и картографировать), как пойдет
дальнейшее экологическое развитие ландшафтов, где можно ожидать
возникновения основных узлов экологических напряжений и конф-
ликтов.
5.2.2. Соотношения исходных природных комплексов и
техногенных ландшафтно-геохимических систем
Процесс техногенной перестройки природной среды на терри-
ториях промыслов приводит к увеличению мозаичности исходных
геохимических условий и формированию морфо-геохимических об-
становок, не встречающихся в местных ландшафтах. В то же время
геохимически, а часто и морфологически однотипные зоны преобра-
зования, как показано на рис.5.4 и 5.5, могут охватывать (частично
или полностью) несколько генетически достаточно различных, но
территориально сближенных исходных природных систем. Так про-
исходит при формировании в почвах обширных ореолов загрязнения
нефтью и (или) сточными водами, либо при встраивании в ландшаф-
ты трубопроводов (особенно при строительстве полимагйстралей).
Каждая из новообразованных зон повреждения характеризуется соб-
ственной направленностью дальнейшего развития, их тренды в зна-
чительной степени предопределены спецификой миграционных про-
цессов и свойствами смежных зон преобразования. Все это нарушает
основное условие существования природных комплексов как целост-
ных природных объектов и приводит к их замещению ТЛГ система-
ми. При этом новообразованные природно-техногенные объекты чаще
всего не совпадают в границах с исходными природными. Такое не-
совпадение природных и ТЛГ систем усложняет картографирование
трансформированных территорий.
Наиболее трудны для оценочного и прогнозного картографиро-
вания территории формирования сложных ТЛГ систем, особенно при
наложении разных типов техногенных нагрузок на разнородные при-
286
родные системы. Одна из возможных моделей развития подобных
ТЛГ систем представлена на рис. 5.5.
Еще более усложняет проблему картографирования простран-
ственно-временное несовпадение (дивергенция) вторичных процес-
сов преобразования отдельных частей (участков) первоначально еди-
ной зоны повреждения (гл. 3,4).
Таким образом, техногенные процессы на территории промыслов
приводят к стиранию природных рубежей (особенно низких таксономи-
ческих рангов) и появлению новых границ, часто подвижных в про-
странстве и времени и, как правило, не совпадающих с природными.
5.2.3. Систематизация техногенных воздействий и ответных
реакций природных систем
Многовариантность изменений природной среды и природных
процессов на территории промыслов вызывает необходимость в каж-
дом конкретном случае не только выявлять причинно-следственные
связи тех или иных форм преобразования ландшафтов, но и искать
критерии их систематизации. Необходима: а) типизация ТГ воздей-
ствий по их местному трансформирующему действию; б) группировка
ответных реакций природных систем и систематизация новообразо-
ванных зон ТГ трансформаций (в зависимости от возможных направ-
лений их дальнейшего развития).
Принципы группировки техногенных воздей-
ствий. А.Ю.Ретеюм и Л.Ф.Куницын (1975) и А.Ю.Ретеюм (1978)
считают основой классификации ‘^техники” (собственно технических
воздействий) класс технического сооружения, отражающий “целепо-
лагающую деятельность человека”. Однако при таком подходе газо-
вая и нефтяная скважины оказываются одинаковыми по возможному
действию на среду. -Но газовые или нефтяные выбросы приводят к
существенно разным ответным реакциям в природных системах. Сле-
довательно, недостаточно учитывать только класс технических со-
оружений, необходимо учитывать характер и свойства связанных с
ними техногенных потоков.
А.И.Перельман и А.Е.Воробьев (1995) предлагают считать кри-
териями группировки ТГ факторов укрупненные отраслевые показа-
тели (табл. 5.8). Возможности применения такого подхода к террито-
рии нефтегазоконденсатных комплексов минимальны, так как основ-
ные типы изменений природной среды, связанные с этим производ-
ством, обусловлены разнообразными по составу и экологической опас-
ности техногенными потоками. В соответствии с этим представля-
ется, что в общем виде принципы группировки техногенных воздей-
ствий, важные для оценки реальных ответных реакций ландшафтов
287
на ТГ пресс, не должны разбиваться по отраслям, так как возникает
много повторов и нет полного учета действующих факторов.
Таблица 5.8
Принципы геохимической систематики отряда горнопромышленных
ландшафтов (по А.И. Перельману, А.Е. Воробьеву, 1995)
Таксон Признаки выделения Примеры .
Колено Отраслевой Горнопромышленные ландшафты предпри- ятий горной и цветной металлургии, атом- ной, угольной, химического сырья и прочей промышленности
Секция Характер производства Горнопромышленные ландшафты участков добычи, переработки и хранения сырья
Звено Технология обработки Горнопромышленные ландшафты с откры- той и подземной разработкой, с подземным и кучным выщелачиванием, отвалообразо- ванием
С практической точки зрения удобнее использовать наиболее
общие характеристики ТГ воздействий (рис.5.6). Но и подобные груп-
пировки —только основа для классификации ТГ нагрузок. Соответ-
ствующие принципы типизации нагрузок должны быть адекватны
возможному трансформирующему эффекту ТГ фактора в местных
условиях.
Пока не существует отработанных методов интегральных ко-
личественных оценок экологической роли техногенных воздействий,
включая и опасность загрязнения природных систем нефтью и неф-
тепродуктами. Нет и общепринятых методов оценки вклада отдель-
ных технических объектов в трансформацию ландшафтов. В то же
время, как показывает опыт, без таких оценок невозможно определе-
ние уровней влияния технических сооружений на окружающую сре-
ду. Одним из наиболее распространенных подходов к определению
удельного вклада того или иного объекта в формирование территори-
альных техногенных нагрузок является опрос экспертов. Вариант
матрицы экспертных оценок значимости источников воздействия (на
примере Оренбургского ГПЗ) приведен в табл. 5.9.
В клетках матрицы дается экологическая значимость влияния
рассматриваемого технического объекта — экспертный балл (по де-
сятибалльной шкале), представленный каждым экспертом’. Приве-
' Экспертный балл (в данном случае — это экспертное место) может меняться
от 1 до 10.
288
денные в табл. 5.9 экспертные оценки технических объектов и уст-
ройств — поставщиков продуктов, загрязняющих воздух, позволяют
расположить все рассмотренные источники загрязнения в следую-
щий ряд: факелы — установки обработки промстоков — дымовые
трубы—утечки через неплотности—ТЭЦ. Однако для полной оцен-
ки экологической опасности любого производства, как вообще любо-
го технического объекта, только такого их ранжирования, конечно,
Таблица 5.9
Фрагмент матрицы опроса экспертов по оценке значимости основных
источников газовыделения на Оренбургском ГПЗ
(по Г.Е. Панову и др., 1986)
Источник Показатель экологической значимости
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Факелы 4 1 2 5 2 3 1 2 2 1 1
Дымовые трубы б 6 8 8 10 6 5 8 7 2 ю
Утечки через неплотности 8 8 8 2 8 8 8 6 9 3 7
Установки обработки промстоков 3 3 6 4 2 1 1 4 4 3 4
ТЭЦ 9 9 10 7 10 10 10 9 9 10 10
* Примечание. 1 — 11 — номера экспертов.
недостаточно. Необходима и характеристика состава и свойств по-
ступающих в ландшафты техногенных потоков. Но их сложный и ча-
сто меняющийся во времени состав определяет необходимость ана-
лиза не только ТГ потока вообще, но и входящих в его состав индиви-
дуальных веществ (как углеводородных, так и неуглеводородных),
обычно обладающих неодинаковой экологической и санитарно-гигие-
нической опасностью. Должны составляться контрольные списки пол-
лютантов для каждого из технических объектов, соответствующих
технологии того или иного производства. В частности, представлен-
ные в табл.2.3 данные по сути являются интегральным контрольным
списком основных групп техногенных потоков, характерных для тех-
нологии нефтедобывающего производства. Как видно из этой табли-
цы, существенные нагрузки на природную среду при добыче, транс-
портировании и первичной подготовке нефти связаны не только с соб-
ственно битуминозными веществами. Огромную роль играют и дру-
гие поллютанты (промывочные жидкости, буровые шламы, сточные
воды, ПАВ, продукты пиролиза углеводородов и т.д.), определяющи-
еся технологическими циклами каждой группы производственных
объектов.
19- 1119
289
Рис.5.6. Схема основных пусковых механизмов ТГ трансформации природных систем
(на примере ТГ нагрузок, характерных для нефтегазоконденсатных промыслов)
В результате для получения реальных оценок “воздействия —
последствия” необходимо выявить как всю совокупность техноген-
ных потоков, обладающих трансформирующими свойствами, так и
всю совокупность механических нагрузок и типов механических на-
рушений, характерных для данного производства. “Набор” ведущих
нагрузок может меняться в зависимости от особенностей месторож-
дения и технологии извлечения пластовых флюидов. В табл. 5.10 при-
ведены общие (ведущие) группы ТГ нагрузок, характерные, в част-
ности, для территории Уренгойского нефтегазоконденсатного комп-
лекса (НГКК). Именно их воздействия определяют основные зако-
номерности преобразования лесотундровых ландшафтов в районе
промысла — специфику (морфологию и геохимические особеннос-
ти) новообразованных ТЛГ систем.
Перечисленные в табл.5.10 трансформирующие агенты редко
проявляются в “чистом” виде. Существуют их многочисленные со-
четания. Возможны как двойные (механические и геохимические)
нагрузки, так и тройные, и более сложные перекрытия ТГ факторов.
Особенно это относится к химическим воздействиям, когда возника-
ют пространственные пересечения ТГ потоков неодинакового соста-
ва от разных технических объектов. В таких случаях следует выде-
лять полихимические нагрузки.
Таким образов, основополагающий принцип оценки ТГ факто-
ров при крупномасштабном картографировании трансформированных
ландшафтов — выявление их реальных сочетаний. Естественно, что
для каждого природно-хозяйственного района должны разрабатывать-
ся собственные схемы группировки ТГ воздействий, соответствую-
щие природным и хозяйственным особенностям картографируемой
территории. Однако во всех случаях принцип оценки “сочетаний” на-
грузок остается ведущим.
Принципы группировки ответных реакций при-
родных систем. Полнота отражения на картах форм перестройки
структуры и свойств исходных ландшафтов зависит от масштаба
работ. В наиболее крупных масштабах (1:2 000 -1:10 000) можно без
потери информации показать все варианты проявленных на картогра-
фируемой площади техногенно обусловленных преобразований. Чем
мельче масштаб, тем более скупая информация может быть отра-
жена на картах.
В любых масштабах основой оценок ответных реакций слу-
жит сравнение с исходными (ненарушенными) природными систе-
мами —ранжирование изменений относительно фона. Наиболее важ-
ные признаки, которые могут служить ведущими критериями разли-
чий между нарушенными и фоновыми ландшафтами, представлены
в табл. 5.11.
291
Таблица 5.10
Техногенные химические и механические нагрузки, характерные для
нефтегазоконденсатных промыслов
Картографическое воплощение предложенных принципов —
индивидуально для различных регионов (районов).
Таблица 5.11
Возможные принципы типизации зон трансформации природных
процессов (в сфере влияния техногенных факторов)
Таксон Критерии выделения
Груши Современное состояние и направление дальнейшего развития (угнете- ние-восстановление) природных систем и протекающих в них процессов
Тип Специфика трансформации морфологической и геохимической структуры природных систем в сфере влияния техногенных факторов
Подтип Формы трансформации биологического круговорота, характер био- геохимических процессов
i Вид Специфика трансформации отдельных геохимических процессов или морфологических характеристик природных систем
5.3. Методика составления крупномасштабных оценочных карт
территорий, трансформированных при добыче
углеводородного сырья 1 . .
Технология составления комплексных крупномасштабных карт
природных процессов и явлений — многоэтапная работа. Не являет-
ся исключением и методика создания карт оценки ландшафтов, транс-
формированных при добыче углеводородного сырья. Основная цель
таких карт—пространственный анализ типов ответных реакций каж-
дого природно-территориального комплекса на реализуемые в его
пределах техногенные нагрузки. Отсюда следуют основные техно-
логические этапы составления подобных карт: а) картографирова-
ние структуры исходных ландшафтных комплексов; б) определение
видов техногенных нагрузок (включая и их сочетания); в) инвента-
ризация ответных реакций исходных природных комплексов на име-
ющиеся ТГ нагрузки; г) прогнозирование динамики развития транс-
формированных ландшафтов (анализ пространственных трендов, их
морфогеохимического состояния и функционирования).
5.3.1. Карты исходных природных комплексов
Задача составления карт исходных природных комплексов (на
уровне фаций, микроландшафтов, урочищ) в пределах сферы влияния
ТГ факторов, как правило, достаточно сложна*. Во многих случаях
’ Все последующее изложение методики крупномасштабного картографирования терри-
торий, трансформированных в процессе добычи углеводородного сырья, дается на при-
мере типичного для лесотундровых ландшафтов участка (Зап. Сибирь), на территории
которого выполнены ландшафтно-геохимические исследования и полевое картографи-
рование (модельный участок УКПГ-5, Уренгойский нефтегазоконденсатный промысел).
293
глубина преобразования природных систем настолько велика, что при-
знаков, показывающих, какие элементарные ландшафты существо-
вали до начала техногенеза, практически не сохраняется. Однако
формы вторичных территориальных образований в значительной сте-
пени зависят от первичных свойств среды. Соответственно и даль-
нейшая судьба трансформированных земель — возможности и фор-
мы восстановления или интенсивность их дальнейшей деградации так-
же зависят от остаточного природно-экологического потенциала раз-
рушенных (или разрушающихся) природных комплексов.
В связи с этим все содержание оценочных карт должно “ло-
житься” (укладываться) на ландшафтную основу — увязываться с
исходными природными комплексами.
Наилучшим материалом для составления карт исходных ланд-
шафтов служат аэрофото- (или космо-) снимки, полученные до нача-
ла техногенных воздействий на территорию. Методика их дешифри-
рования и использования широко известна и здесь не рассматривает-
ся. Может применяться также метод территориальных аналогов —
сравнение с аналогичными местоположениями в пределах ненару-
IРП пБЗ ШЕЛ 1УГ**1
уГГП viETI упЕЗушЕЗ
Рис.5.7. Исходные природные ком-
плексы на территории модельного
участка (лесотундра Зап. Сибири).
Условные обозначения см. табл.5.12
шейных территорий. При отсут-
ствии соответствующих материа-
лов необходимо выполнить рекон-
струкцию природно-территориаль-
ных систем по остаточным призна-
кам: фрагментам сохранившейся ра-
стительности, почв, приуроченности
к определенным формам рельефа (и
с учетом остаточных форм мезо- и
микрорельефа) и др. В качестве при-
мера на рис. 5.7 и в табл.5.12 пред-
ставлен результат такого “восста-
новления” природно-территориаль-
ных комплексов (для модельного
участка УКПГ-5). На рассматрива-
емойтерригории (согласно классифи-
кации Е.С.Мельникова и др.', 1983)
выявлено восемь основных типов
урочищ, различающихся степенью
дренированности-обводненности,
формами и активностью окислитель-
но-восстановительных процессов,
сорбционной емкостью твердофаз-
ных субстратов, биологическими
процессами.
294
Характеристика исходных природно-территориальных комплексов (модельный участок на территории
Уренгойского промысла, лесотундра Зап. Сибири), условные обозначения к рис. 5.12
«П
е?
X©
С
£
а
X
*
©
©
й.
*5
Представленная карта восстановленных (реконструированных)
ландшафтов (урочищ) получена в процессе натурной съемки (по ос-
таточным признакам) без использования аэрофотоматериалов. Ди-
агностическими критериями служили главным образом почвенные
признаки. Более мелкие ландшафтные выделы при такой глубокой
техногенной трансформации ландшафтов как на территории данного
модельного участка, получить, как правило, не удается. Исходные
свойства объектов более низких таксономических рангов обычно “сти-
раются” так глубоко, что уже практически не оказывают влияния на
последующую судьбу трансформированной территории. В тех случа-
ях, когда более мелкие системы сохраняются хотя бы фрагментами,
они должны быть обязательно вынесены на карту восстановленных
ландшафтов. В данном случае на карте показаны все ложбины стока
и сохранившиеся бугры пучения.
5.3.2. Карты техногенных нагрузок
Необходимым этапом оценочного картографирования являет-
ся раздельная съемка территориальных проявлений химических и ме-
ханических нагрузок. Иначе невозможен последующий анализ при-
чинно-следственных связей: “воздействие — ответная реакция”, без
чего сложно получить и адекватные прогнозные оценки трендов пре-
образования территории, в частности, прогноз экологического состо-
яния природных комплексов и их возможных вторичных изменений в
пространстве и времени.
Непосредственная съемка на местности может дополняться
маркшейдерскими материалами по привязке технических объектов
(карьеров, насыпей, линий трубопроводов и т.д.).
В процессе полевого картографирования проводится инвента-
ризация всех имеющихся на территории химических и механических
нагрузок. Возможные варианты их территориальных “привязок” (на
примере модельного участка) показаны на рис.5.8 и 5.9. При состав-
лении карт использованы рассмотренные выше общие принципы груп-
пировки ТГ факторов (рис.5.6) с учетом специфики конкретных усло-
вий Уренгойского промысла. Полевое картографирование нагрузок
выполняется так, как они “проявлены” на конкретной территории (в
“натуре”). В частном случае (рис.5.8) единым контуром показана
территория, загрязненная сточными неочищенными от битуминозных
веществ водами, несмотря на то, что данный ореол загрязнения ох-
ватывает часть тундровых и часть урочищ болотных ландшафтов.
Одновременно в пределах единого урочища пологоволнистых кус-
тарничково-лишайниковых и мохово-лишайниковых пятнистых тундр
выделяется несколько контуров с неодинаковыми сочетаниями хи-
мических нагрузок.
297
Рис.5.8. Вариабельность хими-
ческих нагрузок на территории
модельного участка (лесотундра
Зап. Сибири).
1 — неочищенные сточные воды
(с битуминозными веществами);
2 — очищенные сточные воды
(без битуминозных веществ); 3 —
сырые конденсаты; 4 — нефте-
продукты; 5 — продукты пироли-
за нефти; 6— продукты пироли-
за растительных веществ; 7 —
без химического загрязнения
Существует три основных ис-
точника получения материалов при
составлении карт инвентаризации хи-
мических воздействий: ^техничес-
кие документы по выбросам и сто-
кам (с указанием, если возможно,
состава ТГ потоков); 2) морфологи-
ческие признаки деградации, выяв-
ленные при полевых работах; 3) ком-
бинированные материалы (включая
и аналитические).
Механические нарушения, об-
наруженные на территории модель-
ного участка (рис. 5.9), как и хими-
ческие, разнообразны и достаточно
глубоки. Многовариантны и комби-
нированные механические преобра-
зования: турбация и погребение почв;
полное разрушение их исходного
твердофазного субстрата и форми-
рование нового (насыпного) и т.д. В
каждом случае как современное со-
стояние среды, так и возможные
формы дальнейшего развития раз-
личны, поэтому должны выделять-
ся и картографироваться все вари-
анты механических нарушений при-
родных комплексов (и простые, и
сложные).
Следующий этап оценок ТГ
факторов — анализ сочетаний хими-
ческих и механических воздействий и составление карт интеграль-
ных нагрузок. Вариантов подобных сочетаний на территориях про-
мыслов очень много. В качестве примера в табл. 5.13 приведен пе-
речень реально существующих на территории модельного участка
сочетаний ТГ нарушений. Вариант соответствующей картографичес-
кой оценки показан на рис. 5.10. Основная методическая трудность
при картографировании сочетаний нагрузок — незакономерная вари-
абельность количественных соотношений разных поллютантов. На-
пример, если пересекаются ТГ потоки только двух типов (в частно-
сти, сточные воды и нефтепродукты), то могут возникать ситуации:
а) преобладания минерализованных стоков при подчиненной роли неф-
298
тепродуктов; б) преобладания неф-
тепродуктов при незначительном
загрязнении сточными водами; в) -
равные соотношения загрязнителей.
Критерии оценок трансформи-
рующей роли меняющихся по соста-
ву смесей отсутствуют. Поэтому
территории полихимических (более
точно “полипоточных”) нагрузок не
только наиболее сложны для про-
гнозного анализа, но также для не-
посредственного полевого (натурно-
го) картографирования.
Таким образом, на территории
нефтепромыслов могут быть учас-
тки: а) только химических или меха-
нических повреждений ландшафтов;
б) сочетаний слабых химических
воздействий и неглубоких механи-
ческих повреждений; в) сочетаний
значительных химических поврежде-
ний и слабых механических; г) глу-
бокой механической трансформации
вплоть до полного разрушения лан-
дшафтов и формирования минераль-
ных (песчаных) “арен” в сочетании
с не менее интенсивным химичес-
ким загрязнением. Разнообразие ва-
риантов техногенного давления на
ландшафты промыслов очень вели-
ко, и это типично для любых физико-
географических условий.
1аЦЦ 1бМ 2а26^
За^З ЗбЕ23 4 И 5 Q
Рис.5.9. Вариабельность механичес-
ких нарушений на территории мо-
дельного участка (лесотундра Зап.
Сибири).
1 — разрушение твердофазных суб-
стратов почв и грунтов и образова-
ние новых форм рельефа: а - отрица-
тельных; б - положительных; 2 —раз-
рушение почв и выравнивание мик-
рорельефа: а - без дополнительной
подсыпки грунтов; б - с подсыпкой
грунтов; 3 — турбация почв и грун-
тов: а - без дополнительной подсып-
ки грунтов; б -с подсыпкой грунтов;
4 — погребение почв без их разру-
шения; 5 — без механических нару-
шений почв
5.3.3. Комплексные карты инвентаризации состояния
природных систем
Карты инвентаризации состояния природных систем включа-
ют оценки связей: состояние и свойства исходных ландшафтов — ха-
рактеристика локализующихся в их пределах ТГ нагрузок — интен-
сивность и формы возникающих нарушений.
Выявленные на территории Уренгойского НГКК некоторые об-
щие следствия воздействия производства, проявляющиеся и на уча-
299-
Таблица 5.13 Возможные варианты сочетаний химических и механических нагрузок, возникающие при добыче нефтегазоконденсатного сырья Турбация (разрушение) почв и грунтов при движении тяжелой тех- ники Без ТГ грунтов на поверхности турбироваиных почв вошоскш нти&йхГц яьээТпэя хшшэшюед
aolTodoVoaaiuX
Нсоя энннеяос -иивбэнин эгтньаьэ (S3 е99) энннэтпино
(S3 э) анннэтпиноэн
НШЭНЭШЮЯ эннядирехэ
andiao
тчзхйтобиаьфар] тчивтпп атчнюфан
141 -xXtfoduaubaH и «цфэн оннэяхэооэ
С вторичной под сыпкой грун- тов на поверхность турбиро- ванныхпочв вситгоЛш гижйгобц яхоэтпэя хннчиашювб
яотгоботтояэизЛ
нтгоа йчннвяое -шейэнюч этчньото (S3 »9) агтннэТпиьо
(аз э) энннэтпиноэн
ТШОНЯТНО)] эгшширздэ
энбтчэ
гияОкхЬатфэц гптетлп эннкьфэн
Н£ -xAtfо&здфэн и чхфэн оянэяхэооэ
Техногенная аккумуляция грунтов; денудация почв и субстратов при строительстве технических объектов на промыслах Выравнивание (нивелирование) исходных форм микрорельефа всикобип гаяАТобц шээтпая xKHTuauuoBd
aotfodotfoaaujX
ГЙГОЯ ЭНННЕЯОС -итлгбэнии энньото (03 га9) анннэтпиьо
(83 э) эпннатпиьоон
Н1вовавноу{ Э1чн<шидздэ
andno
гиЛйтоДтатфэн тчивтлп этчнвхфан
1ЧГ -хХйодиаьфэн и «ифэн оннэяюооо
Образование новых форм мезо- рельефа (положительных и от- рицательных) веииосЬш китАтобц яюэтпая xnHTuauuoBd
aoVodoVoaairjX
mroa энннвяое -ИТТВбЭНИИ SWHhOJQ (gg сэр) этчннаТпиьо
(S3 э) атчннэтпиьоэн
гавонэйТтоя ЭННЧКИр&Ю
arrdno
гихАто&татфэн нигеиш атчнкьфан
зчх -x£itoduai4>3H и яхфэн оннэаюдоо
Собственно механические нагрузки (А) (д) эиэтооьииих оннэшэдоэ
Рис.5.10. Вариабельность сочетаний ме-
ханических и химических нагрузок на
территории модельного участка (лесо-
тундра Зап. Сибири).
Механические нагрузки: 1 — разруше-
ние твердофазных субстратов почв и
грунтов и образование новых форм ре-
льефа: а - отрицательных; б - положи-
тельных; 2 — разрушение почв и вырав-
нивание микрорельефа: а - без допол-
нительной подсыпки грунтов; б - с под-
сыпкой грунтов; 3 — турбация почв и
грунтов: а - без дополнительной подсып-
ки грунтов; б - с подсыпкой грунтов;
4 — погребение почв без их разруше-
ния; 5 — без механических нарушений
почв. Химические нагрузки: б — неочи-
щенные сточные воды (с битуминозны-
ми веществами); 7 — очищенные сточ-
ные воды (без битуминозных веществ);
8 — конденсаты сырые; 9 — нефтепро-
дукты; 10 — продукты пиролиза нефти;
11 — продукты пиролиза растительных ве-
ществ; 12 — без химического загрязнения
стке опытного картографирования, приведены ниже (табл. 5.14). В
реальных условиях на любом промысле количество вариантов форм
преобразования природных факторов и процессов значительно боль-
ше, чем показано в табл.5.14.
Многоплановость и сложность техногенно обусловленной транс-
формации природной среды определяют необходимость инвентари-
зации не только всех сочетаний ТГ нагрузок, но также картографиро-
вания степени нарушенности — сохранности исходных природных
систем (т.е. глубины возникающих в каждом случае изменений).
В соответствии с этим следующий этап многоступенчатого со-
ставления карт инвентаризации состояния природных систем — это
разработка критериев оценки: а) интенсивности возникающих в от-
вет на ТГ нагрузки изменений; б) направлений эволюционных трен-
дов трансформации ландшафтов.
Если все разновидности форм преобразования природных сис-
тем “ранжировать” относительно ненарушенных (исходных) фаций,
то многочисленные варианты местных ответных реакций (форм пре-
образования ландшафтов) могут быть сведены в несколько групп. Как
было показано в табл. 5.11, наиболее важными групповыми критери-
ями систематизации форм повреждений ландшафтов служат призна-
ки современного состояния оцениваемых природных комплексов, от-
ражающие вероятное направление их дальнейшего развития. Натерри-
301
Таблица 5.14
Общие следствия воздействия добычи нефтегазоконденсатов на
природные комплексы и составляющие их компоненты (лесотундра
Западной Сибири)
Изменяемые природные объекты Формы преобразования свойств и параметров природных объектов и про- цессов
Геологиче- ская среда Изменение химического состава и режимов водоносных горизонтов Опок части жидкости и газа из недр на поверхность, засоление и загрязне- ние грунтов и почв, подземных вод Разрушение твердофазных субстратов ландшафтов и замещение природных субстратов техногенными грунтами
Атмосфер- ный воздух Увеличение запыленности, увеличение концентраций веществ (ПАУ, окси- ды серы, сероводород, легкие нефтяные фракции и т.д)
Природные воды Полихимическое загрязнение поверхностных и почвенно-грунтовых вод Образование искусственных водоемов и водотоков Образование новых водоносных горизонтов Истощение водоносных горизонтов и спуск природных водоемов
Раститель- ность Физическое разрушение при работе тяжелой техники Уничтожение при пожарах (пирогенное воздействие) г Химическое сжигание Появление вторичных растительных группировок Трансформация (вплоть до разрушения) почвенных биоценозов
Рельеф и рельефооб- разующие процессы Формирование отрицательных и положительных форм Водная эрозия (плоскостная, линейная) Дефляция Развитие термокарста и термоэрозии
Мерзлота Перестройка процессов промерзания-протаивания, усиление пучинности, тиксотропности, солифлюкции
Почвы Разрушение (частичное или полное) почвенных тел Изменение физических свойств и морфологии Погребение под техногенным грунтом Изменение гидрологического режима и окислительно-восстановительных процессов Загрязнение и изменение физико-химических и водно-физических свойств. Падение биопродуктивности почв вплоть до формирования "мертвых” почв
Ландшафты в целом Глубокое разрушение, формирование бедлендов Перестройка ландшафтообразующих процессов (усиление глеегенеза и забола- чивания), увеличение площадей болотных и лугово-болотных ландшафтов Падение продуктивности и снижение качества ландшафтов, их гигиениче- ских и эстетических характеристик
тории промыслов следует выделять признаки, индицирующие: а) дегра-
дацию природных систем, б) их восстановление, в) переход одних типов
в другие (из-за ТГ обусловленных изменений ландшафтообразующих
процессов). Распространенный вариант подобных перестроек—разви-
тие лугово-болотных процессов и формирование гидроморфных природ-
ных комплексов, замещающих исходно более сухие ландшафты, что
часто происходит при ТГ подтоплении территорий. В пределах каждой
из названных выше групп по глубине трансформации морфологической
структуры и геохимических свойств ландшафтов (также относительно
302
исходных ненарушенных фаций) выделяется несколько градаций преоб-
разований — от чрезвычайно сильных до очень слабых (табл. 5.15).
Таблица 5.15
Основные направления трансформации природных комплексов,
выявленные на площади модельного участка
Основные группы техногенно обусловленного преобразования природных ландшафтов Типы изменений в соответствии с глубиной преобразования природных ландшафтов
Глубокое разрушение и деградация Чрезвычайно сильные Сильные Средние Слабые < Очень слабые
Восстановление структуры и свойств Чрезвычайно слабые ' Слабые Средние Активные Очень активные
Перестройка структуры: замещение одних типов природных комплексов (и соответ- ствующих им процессов) другими Очень слабые Слабые Средние Активные Чрезвычайно активные
В пределах каждого исходного природного комплекса (в данном
случае урочища) должны выявляться и оцениваться все формы изме-
нений природных процессов. Критерии оценок и индикационные призна-
ки, позволяющие разделить те или иные формы деградации ландшаф-
тов по интенсивности трансформации, приведены в табл. 5.16. Несмот-
ря на то, что эти показатели практически не имеют количественных
придержек и ориентированы на качественные характеристики, они по-
зволяют достаточно строго разделять трансформированные террито-
рии по глубине нарушений — картографировать состояние природных
систем. Соответствующая карта глубины трансформации природных
комплексов (для модельного участка) приведена на рис. 5.11.
Карты исходных природных комплексов, сочетаний механичес-
ких и химических нагрузок и глубины трансформации природных сис-
тем — основа для составления синтетических оценочных карт состоя-
ния природных комплексов (рис.5.12, табл.5.17,5.18). Технически дан-
ные карты могут составляться путем сопряженного анализа различных
полевых картографических материалов (рассмотренных выше), а так-
же использования аэрофотоматериалов специальных залетов (или зале-
тов, ближайших к времени оценки). Предложенный вариант карты
(рис.5.12) выполнен при натурных исследованиях с детализацией и уточ-
нениями на основе аналитических материалов в камеральный период.
303
1SB 34
s ими 6И 1Ш 8 ЕНО
9gg 11 ЕвЗ
Рис.5.11. Глубина трансформации при-
родных комплексов (модельный участок,
лесотундра Зап. Сибири).
Интенсивность разрушения и деградации
исходных ландшафтов: 1 —чрезвычайно
сильная; 2 — сильная; 3 — средняя; 4 —
слабая. Восстановление исходных ланд-
шафтов и(или) их отдельных компонентов:
5 — слабое; 6 — среднее; 7 — активное.
Перестройка структуры и свойств исход-
ных ландшафтов (замещение одних типов
природных комплексов другими): 8 —
очень активная; 9 — активная; 10 — сред-
няя; 11 — слабая
Основное содержание комплек-
сных оценочных карт инвентаризации
трансформированных территорий мо-
жет быть представлено в матричной
форме (табл.5.17; 5.18). Подобные
таблицы-матрицы позволяют отразить
как причины пространственных нару-
шений структуры и свойств исходных
ландшафтов (столбцы матрицы), так и формы нарушений морфологи-
ческой и геохимической структуры и свойств природ ных систем, выяв-
ленных на картографируемой территории (строки матрицы). В резуль-
тате каждая клетка матрицы: а) несет полную причинно-следственную
информацию о преобразований природной среды в данном месте; б) поз-
воляет оценить интенсивность возникающих
изменений и направления эволюционных
трендов развития. Анализ матриц под-
тверждает, что в процессе ТГ пере-
стройки природных систем увеличива-
ется мозаичность их структуры и ус-
ложняется ландшафтно-геохимическая
обстановка с одной стороны, а с дру-
гой происходит упрощение структуры,
если морфологически однотипные от-
ветные реакции возникают в разных
природных системах (рис. 5.12).
Рис.5.12. Нарушения геохимической структу-
ры и свойств природно-территориальных ком-
плексов при добыче нефтегазоконденсатов (ле-
сотундра Зап. Сибири).
Условные обозначения см. втабл.5.17 и 5.18
304
20-1119
Продолжение табл. 5.16
Индикационные признаки Проективное покрытие не превышает 1-S % 1 ! Проективное покрытие 5-25 % Проективное покрытие 25-50 % Проективное покрытие превышает 50%. Развитый горизонт АО Признаки нарушений, кроме приуроченности к тер- ритории ТЛГ системы, отсутствуют Оглеение исходно окисленных нижних горизонтов почв . Появление влаголюбивых и болотных видов расте- ний, оглеение всего почвенного профиля Меняющиеся во времени соотношения исходных и наложенных признаков Сохранение некоторых видов растений, характер- ных для исходных ландшафтов Полная перестройка структуры биоценозов и преоб- разование вертикального профиля почв
Критерии оценок Растения-пионеры и очень редкие растительные груп- пировки на безжизненных грунтах Первичные растительные группировки на техногенных грунтах Активное формирование растительного покрова по всей площади нарушенных природных комплексов Сформированный растительный покров, начальные этапы почвообразования Полное восстановление растительного покрова, вос- становление почв и почвенного покрова Появление вторичных признаков преобразования про- филя почв и их гидрологического режима Появление вторичных изменений структуры расти- тельного покрова при активной трансформации свойств почв Переходные состояния трансформируемых природных комплексов Интенсивное развитие наложенных процессов, глубо- кая перестройка биоценозов, слабые остаточные при- знаки исходных почв Полное замещение исходных природных комплексов . вторичными образованиями (практически полное "стирание" первичных диагностических признаков)
Интен- сивность ; трансфор- мации очень слабая слабая средняя активная | очень активная очень । слабая слабая средняя _ J активная | чрезвьь ; чайно активная
Направление техногенно обу- словленного развития Я0ЭХ91Д1Н0Х ХГЛВТОЙиЛ! хин -нетосЬппзсЬэй’ (иии)и хзчн -HsmXdsed эинэтгяонвтээод кинэтпэнве или KHHsmXdtBd хи tag яоэхэшткох XHHffodndu хгтнггохэи нсктхИтовхиоёкжЬц
5.4. Принципы и методы составления карт прогноза развития
трансформированных территорий
“Заложенная” на оценочных картах инвентаризации морфоло-
гическая и геохимическая информация позволяет оценить взаимо-
связи между отдельными зонами повреждений исходных природных
систем, предвидеть направления пространственных градиентов их
трансформации, выделять территориальные “узлы” наиболее интен-
сивной перестройки и деградации. Содержание карт достаточно для
последующего прогнозного анализа форм и направлений развития
преобразованных территорий, что дает возможность составлять спе-
циальные прогнозные карты, и является важнейшим практическим
результатом этих работ.
5.4.1. Карты техногенных ландшафтно-геохимических систем
Прогнозное картографирование осуществляется в несколько
этапов. Первый этап — составление аналитических карт типов ТЛГ
систем, сформированных на изучаемой территории (рис.5.13,
табл.5.19). На них должны быть отражены не только пространствен-
ные привязки ТЛГ систем, но и их взаимосвязи между собой и с вме-
щающими ландшафтами.
Принципы и методы составления подобных карт — критерии
выделения ТЛГ систем основаны на оценках системообразующих
факторов (табл.5.19). Прежде всего необходимо выявить системо-
образующие ТГ нагрузки и обусловленную ими новообразованную
миграционную структуру территории; оценить направление миграци-
онных потоков; наличие-отсутствие депонирующих субстратов (ГХБ);
степень развития процессов, трансформации.
Относящиеся к одной ТЛГ системе зоны преобразования ис-
ходных природных комплексов должны быть связаны миграционны-
ми потоками со своим базисом стока.
Анализ системообразующих ТГ нагрузок (и их сочетаний) по-
казал, что на территории модельного участка, несмотря на его отно-
сительно небольшую площадь (вследствие значительного числа сис-
темообразующих факторов), сформировалось десять индивидуаль-
ных ТЛГ систем (табл. 5.19). Все они различаются: а) глубиной пе-
рестройки основных физико-химических процессов; б) спецификойтех-
ногенно обусловленного функционирования; в) формами и активнос-
тью развития вторичных неблагоприятных процессов.
Исследования показали, что в процессе ТГ преобразования лан-
дшафтов на территории промыслов возникают три основных класса
ТЛГ систем: 1) открытые, когда сохраняется (или образуется вновь
307
Таблица 5.17
Нарушение геохимической структуры и свойств природно-территориальных
комплексов при добыче нефтегазоконденсатов (лесотундра Зап. Сибири)
Механические (А) Химические (Б)
Исходные ПТК j \ fe- дофаэныс субстра- тов почв и грунтов, образование новых форм мезо* и микрорельефа Выравнивание микрорельефа Турбация почв Конденсаты Сточзшеводы
h Иялнсмнзстьимае- / шЛХфЛЗфКПЖ / ПТК / 1 нпы ткхмогсшшА р нарушений 1 \ г без изменений рельефа евгортиым юмасмими рельефа
Х"'х Виды техмген* ных нагрузок формы нарутпе* кий морфологической X. структуры и свойств ПТК X положительных отрицательных с подсыпкой ТГ грунтов I без подсыпки ТГ грунтов с подсыпкой ТГ грунтов сырые стоки (с БВ)
1 2 3 4 б 7 8 9 10 11 12
Лесотуцфовыв макрельных бугров (I) и выровненных поверхностно* стей с редколесьем (П) Разрушение юш детрадаща ПТК чрезвы- чайно смлывя Безжизненные поверхности с неизмененными параметра- ми грунтов; изменение гидроморфизма и мерзлот- Ш ных условий
Дехрадацп растительного покрова сильная Разрушение растительного покрова, усиление пятнооб- разованш, эрозионных процессов при сохранении ф/х параметров грунтов р
Восстанов- ление рао* тигель booth средняя Восстановление напочвен- ного растительного покрова, подрост лиственницы, уси- ление шгпюобразовакия
Перестройка структуры ПТК (замещение однкк типов ГПК другими) I3 Замещ ение березово- лиственничных редин тунд- рами; подтопление, забола- чивание, олуговение
|1ѫ IlMBE lie» IlHEB
чрезвы- чайно ак- тивная Формирование сомкнутого растительного покрова и развитие тундрово-глеевых почв на надтрубном субстрате ®
Тутцфовые ГПК кустарничково-лишайниковые, ыохово- лишайниковые (Ш) и кустариячкоьо-лишайниковые с мочажинами (IV) Разрушение или деградация ГПК чрезвычайно сильная Безжизненные ТГ поверхности с измененными ф/х параметра- ми грунтов; вторичные линей- ные урочища, с активными восстановительными процес- сами в грунтах
Безжизненные ТГ поверхно- сти с неизмененными ф/х свойствами грунтов; усиле- ние восстановительных и мерзлотных процессов
Техногенные водоемы; интенсивное развитие вос- становительных процессов
Деградация почв слабая Изменение ф/х параметров нижних горизонтов почв при слабом изменении верхних й
Продолжение табл. 5.17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
ТуШфоик ПТК: кустаримчко*о-хкпайммжо»ые, ыохоао-япайин* новые (Ш) и кустарнмчкояо-лишяйовюяые с мочажятмя (IV) Восстановле- ние раститель- ности слабая Пионерные растительные группи- ровки на ТГ грунтах с изменен- ными ф/х параметрами; активиза- ция восстановительных процессов в профиле почв и грунтов
ВосСтановло* ниеираз- I вигне почв ! Формирование сомкнутого рас- тительного покрова и новообра- зование почв на ТГ грунтах
^Перестройка структуры ПТК (замещение одних ПТК другими) очень активная Заме- щение тундро- вых ПТК болот- ными и луго- выми Подтопление почв, развитие восстанови- тельных процессов по всему профилю
' активная Усиление или развитие восстановительных процессов в нижних (подтопленных) гори- зонтах в SS
и Заболачивание; усиление восста- новительных процессов, пере- стройка биоценозов, изменение свойств почв
ПТК плосжобутристых торфяников (V) к болот (VI) Разрушение или глубокая деградация ПТК чрезвычайно сильная Безжизненные поверхности с измененными ф/х параметрами грунтов; переувлажнение, уси- ление восстановительных и мер- золтных процессов
i
сильная Безжизненные поверхности с измененными ф/х параметрами грунтов; переувлажнение, изме- нение восстановительных и мерз- лотных процессов №
средняя Уничтожение растительного покрова с изменением ф/х пара- метров грунтов; изменение вос- становительных и мерзлотных процессов и
I* слабая Изменение ф/х параметров ниж- них горизонтов почв при слабом изменении верхних
Восстанов- ление расти- тельности слабая Восстановление напочвенного растительного покрова, пятнооб- разование на торфяном субстрате а
ПТК ложбин стока и логов с конусами выноса (VH) Разрушение или глубокая деградация ГПК 1 ! 1 Безжизненные поверхности с измененными ф/х параметрами грунтов; периодическое затопле- ние, усиление восстановительных процессов в
Углубление естественных ложбин стока, с изменение ф/х парамет- ров грунтов; поверхностное зато- пление, развитие восстановитель- ных процессов -
?гл\
Деградация почв слабая Изменение ф/х параметров ниж- них горизонтов почв при сохра- нении или слабом изменении верхних
Нарушение геохимической структуры и свойств природно-тер
(лесотундра
Исходные ПТК Типы механических нарушений Разрушение твердофа и подстилающих гру новых форм мезо-
положительных
Направление техногенно обуслов- ленного развития ПТК Интенсивность изменений / характеристик ПТК / Виды химических нагрузок Сточнь воды ° Конденсаты Полихимические стоки и нефте- продукты
Формы нарушений морфологической структуры и свойств ПТК Стоки с БВ А»'! КП Сырые
1 2 3 4 5 б 7 8
Лесотундровые ПТК минеральных бугров (I) и выровненных поверхностей с рединами и редколесьем (II) Разрушение или деградация ПТК чрезвы- чайно сильная Безжизненные поверхности с неизме- ненными физико-химическим пара- метрами грунтов; изменение гидро- морфизма и мерзлотных условий
Вторичные линейные урочища с изме- ненными физико-химическими пара- метрами грунтов; подтопление, усиление восстановительных процессов
Безжизненные поверхности с изменен- ными физико-химическими свойствами грунтов, изменением окислительно-вос- становительных процессов
Деграда- ция почв слабая Сохранение или слабое изменение свойств верхних горизонтов почв при трансформации нижних, их подтопле- нии, усилении восстановительных про- цессов
Восстанов- ление расти- тельности слабая Восстановление напочвенного расти- тельного покрова, подрост лиственницы, усиление пятнообразова- ния
Перестройка структуры ПТК активная Замещение березово-лиственничных редин тундрами; подтопление грунтов, заболачивание, олуговение
чрезвы- чайно активная Формирование сомкнутого растительно- го покрова и развитие тундрово-глеевых почв на ТГ надтрубном субстрате
Таблица 5.18
риториальных комплексов при добыче нефтегязоконденсатов
Зап. Сибири)
злых субстратов почв нтов и образование и микрорельефа Выравнивание микрорельефа и частичное разру- шение почв Турбация почв
Отрицательных С подсыпкой ТГ грунтов Без подсып- ки ТГ грун- тов
Сточные воды Конденсаты । , Полихимечекие Песков Т < ор- юв
Без вторич- ных изме- нений релье- фа С вторичными изменениями рельефа Сточные воды Нефтепродукты Полихимеческие стоки с БВ, продук- ты пиролиза УВ Сточные воды Полихимеческие стоки с БВ, продук- ты пиролиза растений Сточные воды Полигамические стоки с БВ, продук- ты пиролиза растений Продукты пиролиза растений
Стоки с БВ Стоки без БВ Сырые Стоки с БВ, неф- тяные шламы Стоки с БВ Стоки без БВ Нефтяные шамы I Стоки с БВ Стоки без БВ Стоки с БВ Стоки без БВ
9 10 11 12 13 14' 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Г--
и •
а
-
в
1 2 3 4 5 6 7 1 8
1 . Тундровые ПТК кустарничково-лишайниковые, мохово-лишайниковые (III) и кустарничково- мохово-лишайниковые с травяносфагновыми мочажинами (IV) Разрушение или глубокая деградация ПТК чрезвы- чайно сильная Безжизненные ТГ поверхности с изме- ненными параметрами грунтов; вторич- ные линейные урочища, периодически заливаемые
Безжизненные ТГ поверхности с изме- ненными параметрами грунтов (окис- лительные - в верхней части грунтов, восстановительные — в нижней) ГД 999
Безжизненные поверхности с изменен- ными свойствами грунтов; перестройка окислительно-восстановительных и мер- злотных процессов
Техногенные водоемы; интенсивное развитие восстановительных процессов
сильная Безжизненные поверхности с изменен- ными параметрами грунтов (переувлаж- нение, глеегенез, изменение мерзлотных процессов, активизация пятнообразования)
Восстанов- ление рас- тительности слабая Пионерные растительные группировки на техногенных грунтах с измененными параметрами; активизация восстанови- тельных процессов 1
Восстанов- ление и раз- витие почв активная Формирование сомкнутого растительно- го покрова и новообразование почв на ТГ грунтах 1 1
Перестройка структуры ПТК (замещение) одних ПТК другими очень активная Замещение тундровых ПТК болотными и луговыми, подтопление почв, развитие восстановительных процессов по всему профилю, профилю почв
активная Замещение тундровых ПТК болотными и луговыми, усиление или развитие вос- становительных процессов в нижних (подтопленных) горизонтах
средняя Заболачивание тундровых ПТК; усиле- ние восстановительных процессов, пере- стройка биоценозов, изменение свойств почв
ПТК плоскобугристых торфяников (V) и болот (VI) Разрушение или глубокая деградация ПТК чрезвы- чайно сильная Безжизненные поверхности с изме- ненными параметрами грунтов; пере- увлажнение, усиление восстано- вительных и мерзлотных процессов
Безжизненные поверхности с измененными параметрами грунтов; оаюатльные - в верхней части грунтов, восстановительные — в нижней 99
Техногенные водоемы; интенсивное развитие восстановительных процессов
сильная Безжизненные поверхности с изменен- ными параметрами грунтов; переувлаж- нение, изменение восстановительных и мерзлотных процессов
Продолжение табл. 5.18
9 10 11 12 13 1 4 15 16 17 18 1 9 20 21 22 23 24
хг- и
ж ш
х>’- &
1 ITI 1 им ппгп -
• * 9 ОЗ^Я 1! I П и
Е;:’ ГТЯП п
*
№ i
1 ' -
в виде вторичных линейных эрозионных форм) связь с природными
дренажными системами; 2) закрытые, когда вследствие трансфор-
маций рельефа такая связь нарушается, сток затруднен или вообще
невозможен; 3) открыто-закрытые, когда система сохраняет есте-
ственный сток, но вследствие новообразованных особенностей рель-
ефа происходит временная (разной длительности) задержка стока.
В пределах урочища кустарничково-лишайниковых и мохово-
лишайниковых тундр возникли как открытые, так и закрытые ТЛГ
системы (рис.5.13) Каждая такая система представляет собой свое-
образный микробассейн с характерными направлениями стока и осо-
бенностями аккумуляции вещества. Микробассейны с четкими гра-
ницами формируются далеко не всегда. Наличие ТЛГ систем с диф-
фузными границами определяет неизбежность взаимовлияний ТЛГ
систем друг на друга и постепенное перемещение и (или) размыва-
ние их границ.
В пределах каждого класса выделяются как простые (моно-
генные), так и сложные (гетерогенные) системы, характеризующие-
ся неодинаковой степенью развития процессов трансформации, раз-
ными тенденциями современного развития и т.д. (см. табл.5.19).
Рис.5.13. Характерные типы ТЛГ
систем, формирующихся в районах
добычи углеводородного сырья (на
примере модельного участка, лесо-
тундра Зап. Сибири).
1 — направление движения мигра-
ционных потоков. Прочие условные
обозначения см. в табл.5.19
Параметры внутренней морфо-
логической и геохимической структу-
ры ТЛГ систем (ТЛГС), оценки их
связей между собой и через систему
стоков с-окружающими природными
системами позволяют прогнозировать
и некоторые общие закономерности
вторичной миграции загрязняющих
веществ, и вторичных процессов на
трансформированных территориях,
что даст возможность определять ве-
роятность посттехногенного расши-
рения-сжатия площади каждой ТЛГ
системы й направлений протекающих
в них процессов. Подобные оценки —
основа составления карт эволюцион-
ных трендов развития ТЛГ систем
(рис.5.14, табл.5.20).
Таким образом, прогнозные
карты базируются на анализе тенден-
ций преобразования ТЛГ систем в
пространстве и времени. Методика
прогноза основана на анализе законо-
мерностей развития всех (или пре-
314
обладающих) зон повреждения,
составляющих структуру ТЛГ
системы. Рассматриваются:
1) формы и интенсивность уже
существующих сдвигов физико-
химических параметров среды и
их соответствие той или иной
стадии развития посттехноген-
ных геохимических процессов
(см.гл. 4); 2) вероятность устой-
чивого закрепления загрязняю-
щих веществ или их метаболи-
тов в тех или иных зонах ТЛГ си-
стемы; 3) основные направления
миграции-аккумуляции вещества
в ТЛГ системе, а также на вы-
ходе из нее и на входе (из сопря-
женных ТЛГ систем, либо вме-
щающих фоновых ландшафтов).
При смешанных воздействиях
прогнозные оценки должны учи-
тывать возможность возникнове-
ния кумулятивных эффектов.
Рис.5.14. Прогнозные оценки постгехно-
генного развития ТЛГ систем (на примере
модельного участка, лесотундра Зап. Си-
бири).
Условные обозначения см. в табл.5.12 и 520
Реальное содержание подобного прогнозного анализа показано
на примере модельного участка (рис.5.14, табл.5.20). Наблюдения за
динамикой процессов и аналитические материалы показали, что наи-
лучшими возможностями самовосстановления характеризуются ТЛГ
системы, сформированные в пределах лесотундровых редин (ТЛГС-1,
рис. 5.13,5.14), что в данном случае обусловлено незначительностью
ТГ повреждений и сохранением высокого потенциала самовосстанов-
ления. Однако полное восстановление исходных ПТК и в этом слу-
чае можно ожидать только в контуре ТЛГС-16 (рис.5.14). Восста-
новление естественного состояния природных процессов в пределах
другой аналогичной ТЛГ системы (ТЛГС-1а) вследствие “давления”
внутрипочвенных химических стоков из сопряженных ТЛГ систем
будет сокращаться. Приграничные зоны (загрязняемые в данном
случае сточными водами и нефтепродуктами, сбрасывающимися из
ТЛГС-10 и ТЛГС-6) будут претерпевать определенную и достаточно
глубокую деградацию. Тенденции такой деградации прослеживают-
'ся и морфологически, и аналитически (табл.5.21). В нижней части
почв приграничной зоны ТЛГС-1а в 5раз увеличивается количество
водорастворимых солей, поднимаются значения pH водных суспен-
зий (ДрН = +0,7), увеличиваются содержания органического углеро-
да и битуминозных веществ.
315
Оценка современной структуры, физико-химических свойств н
участок на территории Уренгойского промысла (лесотун
3 , Степень сложнос- ти структуры ТЛГ систем Основные систе- мообразующие типы техногенных нагрузок / Формы механических нарушений исходных природных комплек- сов Изменения основных физико-химических свойств почв и грунтов относительно фона
Типы Т. сметы сдвиг значе- ний Рнн^о сумма солей (%) битуми- нозные вещества (гЛсг)
Открыла простые, сформи- рованные в уро- чищах лесотунд- ровых редин преимущественно механические, при подчиненной роли влияния продуктов пиролиза расти- тельного материа- ла частичный срыв дернины, уплотнение почв, колеи, возни- кающие при работе тяжелой техники •+0,2 в почвах основной час- ти ТЛГ систе- мы; +1,1 в смежных с другими системами фоновые (0,001%) в почвах основной части ТЛГ систе- мы; с минерализа- цией почв 0.005% в смежных эонах фоновые содержа- ния менее 0,05)
простые, сформи- рованные в уро- чипах лесотунд- ровых редин механические полное разрушение почв я грунтов в сочетании с погребе- нием почв под насып- ными грунтами соответствует зональной норме соответствует зональной норме соответ- ствует зональ- ной норме
сложные, сформи- рованные в уро- чищах лесотун- дровыхредини кустарничково- моховых тундр механические разрушение почв в со- четании с их погребе- нием под насыпными грунтами, срывы дернины и турбация соответствует зональной норме соответствует зональной норме несколь- ко выше зональ- ной нормы
очень сложные га- за переплетения форм техногенно- го переустройства поверхности смешанные: хими- ческие (сырой конденсат) и механические разрушение почв н грунтов и образование новых форм мезорель- ефа в сочетании с тур- бацией почв и их по- гребением +0.5 в почвах основной части ТЛГ системы превышает зональ- ную норму (0,03- 0,04%) ДО 1.0
простые, сформи- рованы в урочище фстарничково- моховых тундр химические (сы- рой конденсат) без механических нарушений выше зональ- ной кормы выше зональной нормы (0,04- 0.06%) 4,0-8,0
сложные, сформи- рованы в урочи- щах моховых бо- лот и кустарнич- ково-моховых плоскобугристых торфяников с ложбинами стока химические стоки с нефтью и про- дуктами пиролиза углеводородов (при подчиненной роли механических нарушений) турбация, уплотнение, погребение почв под маломощным ТГ наносом +2.0-3.0 в основной части ТЛГ систем; +1,5 в краевых значительно выше зональной нормы (0,1-0,5%) 60-200 в основной части ТЛГ систем
сложные, включа- ют урочища кустарничково- лишайниковых тундр к лесотун- дровых редин смешанные: меха- нические и хими- ческие воэ- действня (неочи- щенные стоки) полное разрушение почв в сочетании с их погребением +1.0-1.5 в основных эо- нах ТЛГ сис- темы.+1,0 в краевых незначительно выше зональной нормы (0,01%) 0,1
Закрытые сложные (из-за специфики преоб- разования рельефа и условий стока) смешанные: хими- ческие (неочищен- ные стоки) и различные меха- нические сочетания разрушения почв, их погребения, образование новых форм мезо- и микро- рельефа +1,3 в основ- ных эонах ТЛГ краевых в основной части ТЛГ систем — 0,01%; в смежных эонах — 0.005% 0,16
смешанные, сфор- мированы в одном природном ком- плексе, но разны- ми техногенными нагрузками смешанные: хими- мическне ( неочи- щенные стоки) и механические разрушение и погре- бение почв, отрица- тельные и положи- тельные формы рель- ефа, частичная ре- культивация 40,141,5 в основных эо- нах ТЛГ сис- темы. +0.1 - в краевых в основной части ТЛГ систем (0,01%) 0,09
Открыто- мкоытые сложные, сформи- рованы в урочи- щах кустаркичко- во-лншайнкковых тундр и лесотунд- ровых редин смешанные: не- очищенные стоки, нефтяные шламы, продукты их пиролиза, механи- ческие нарушения разрушение почв, образование отрица- тельных и положи- тельных форм мезо- рельефа +2.0-2.5 в основных эонах ТЛГ системы, +0,5- 1,0 в краевых значительно выше зональной нормы (1,0-0,1%) 1,0-10,0
Таблица 5.19
тенденций изменения состояния ТЛГ систем. Модельный
дра Зап. Сибири)) условные обозначения к рис.5.13
Возникновение, усиле- кие или ослабление не- благоприятных при- родных процессов Степень разрушен- ности при- родных комплексов Взаимосвя- зи с окру- жающими террито- риями Современное состояние и тенденции развития ТЛГ систем Степень развития процессов трансфор- мации №1ГЛ системы иусл» аые мам
усиление пятнообразо- вания низкая слабые восстановление раститель- ности, единичный подрост лиственницы, деградация почв и растительности на границе ТЛГ системы слабая деградация, слабое восстановле- ние
изменение процессов протаивания- промерза- ния; дефляция и ли- нейная эрозия незакре- пленных грунтов чрезвычайно высокая слабые восстановление раститель- ности слабая вторичная (эрозионная) дегра- дация 2 222
изменение промерза- юся-протаивднкя к усадка грунта; усиле- ние или развитие глее- генеза к заболачивания разная, с преобладани- ем чрезвы- чайно высо- кой средние развитие растительности и почв на насыпных грунтах, замещение тундр бблотами и болотно-луговыми систе- мами слабая деградация, активное восстанов- ление и перестройка природных процес- сов Ц
активная перестройка мерзлотных процессов, подтопление, глеегенез и заболачивание почв очень высо- кая-чрезвы- чайно высо- кая средние стабилизация состояния, восстановление сомкнутого растительного покрова, формирование почв, пере- стройка структуры исход- ных ландшафтов деградация от слабой до чрезвычайно сильной, восстанов- ление и перестройка (активные и очень активные) й
не проявлены низкая средние медленное изменение физико-химических свойств почв, усиление их деграда- ции слабая деградация, постепенное падение продуктивности почв 5 й
изменение мерзлотных процессов и формиро- вание ложбин стока и замкнутых понижений. Усадка торфяной массы, усиление глее- генеза высокая высокие деградация почв с нараста- нием процесса вовремени сильная деградация
активная линейная эрозия, дефляция и изменение процессов протаиванияпроыерза* мия чрезвычайно высокая высокие деградация без признаков стабилизации сильная деградация
линейная эрозия и дефляция в сочетании с активным глеегенеэом и болотным процессом очень высо- кая высокие сочетание эон устойчивой деградации с эонами вос- становления и замещения тундр болотами сильная деградация и слабое восстановле- ние, активная пере- стройка процессов 8
формирование промо- ин, рытвин, существен- ное усиление глеегене- за чрезвычайно высокая высокие односто- ронние стабилизация состояния ня основной плошали ТЛГ системы; деградацция на на границах с другими ТЛГ системами слабая деградация, очень слабое восста- новление (на отдель- ных участках)
активная линейная эрозия, дефляция, изменение мерзлотного режима, усиление глеегенеза чрезвычайно высокая высокие деградация (без признаков стабилизации) сильная деградация
Таблица 5.20
Прогнозные оценки динамики развития ТЛГ систем (модельный участок, лесотундра Зап. Сибири),
условные обозначения к рнс.5Л 4
Типы ТЛГ систем Основные системообразую- щие типы ТГ нагрузок Вторичные системо- образующие ТГ нагрузки Активность и формы вторичного развития №ТЛГ системы и условные обозначе- кия
Восстановление Замещение одних ПТК другими (без перестройки грунтов) Деградация Смешанные изменения (разные во всех эонах трансформации)
преимущественно механиче- ские (при подчиненной роли пирогенной переработки напочвенной растительности) очень слабый внут- рнпочвенный сток минерализованных вод и нефтепродук- тов восстановление по всей пло- щади, кроме приграничных зон, где происходит вторичная химическая деградация почв; рекультивация не требуется отсутствует * отсутствует отсутствует 1
у л
Открытые механические (полное разру- шение почв и грунтов в соче- тании с турбацней и уплотне- нием субстратов и подсыпкой ТГ грунтов) отсутствуют развитие растительности и почв на надтрубных субстра- тах, рекультивация не нужна, требуется мониторинг состоя- ния трубопровода замещение исход- ных природных систем другими, преимущественно более гидроморф- ными опускание поверхно- сти под трубопрово- дом, образование заболоченных участ- ков территориальная перемежаемость различных по направ- лениям процессов и форм повреждений 2 FT
механические (полное разру- шение почв и формирование собственно ТГ грунтов; изме- нение мезорельефа поверхно- сти) возможно поступле- ние сточных вод с внутрипочвенным стоком от сопряжен- ных ТЛГ систем постепенное восстановление растительного покрова (без признаков почвообразования); необходима рекультивация отсутствует ослабление дефляци- онных процессов при сохранении вероятно- сти плоскостной и линейной эрозии отсутствует 3
смешанные: химические (сырой конденсат) и сложные механические преобразова- ния (насыпи, рвы, турбация и погребение почв и др.) усиление сброса сырых конденсатов из смежной ТЛГ системы стабилизация химического состояния ТЛГ системы, постепенное восстановление растительного покрова; ре- культивация пока не целесо- образна замещение тундро- вых кустарничково- моховых комплек- сов болотными (в . ядре ТЛГ системы) внутрипочвенный сток конденсатов в подчиненные ТЛГ системы и деградация растительного покро- ва плоскобугристых торфяников сброс загрязнителя из почв ядра ТЛГ систе- мы и деградация подчиненных по рельефу почв 4+5
.Л -4“ J.”’ ,1г* * *< -* •/ - “ * ’
Продолжение табл. 5.20
Типы ТЛГ систем Основные системообразую- щие типы ТГ нагрузок Вторичные системо- образующие ТГ нагрузки Активность и формы вторичного развития №ТЛГ енстеяшн условные обозначе- ния
восстановление замещение одних Н1К другими (без перестройки грунтов) деградация смешанные изменения (разные во всех зонах трансформации)
Открытые преимущественно химиче- ские (сточные воды с БВ, продукт^ пиролиза углеводо- родов) при подчиненной роли механических поступление загряз- нителей из всех сопряженных ТЛГ систем при слабом выносе из системы восстановление отсутствует; рекультивация пока невоз- можна, необходим монито- ринг почв и почвенно- грунтовых вод отсутствует активная химическая деградация, сопрово- ждающаяся разруше- нием торфяного массива отсутствует
смешанные: химические стоки (без БВ) и механиче- ские (полное разрушение н/нли погребение почв) преимущественный вынос загрязняющих веществ за пределы ТЛГ арены слабое восстановление расти- тельности при отсутствии выраженных признаков поч- вообразования; необходима рекультивация отсутствует сохранение активно- сти линейной эрозии при ослаблении дефляции отсутствует
срытые смешанные: очищенные стоки (без БВ) и сложные сочетания механических нарушений (отрицательные формы рельефа, погребение и турбация почв) сброс минерализо- ванных вод из со- пряженных ТЛГ систем слабое восстановление расти- тельности; необходима ре- культивация и мелиорация переувлажненных участков замещение исход- ных кустарничково- лишайниковых тундр болотными комплексами (в результате ТГ изменений стока) возможно нарастание деградации террито- рии нз-ца сброса поллютантов из сопряженных ТЛГ систем отсутствует 8
V1
Я со смешанные: химические (очищенные стоки), механи- ческие (разрушение почв н грунтов, образование ТГ водоемов) вынос минерализо- ванных вод н под- вижных фракций нефтяных шламов постепенное восстановление растительного покрова; необ- ходима рекультивация t замещение кустар- ничково-моховых тундр болотами в приграничных с другими ТЛГ сис- темами зонах усиление глеегенеза, возможно слабое развигнеэрознонных процессов за счет сброса вод из смеж- ных ТЛГ систем отсутствует 9
Открыто- закрытые смешанные: химические (стоки без БВ, нефтяные шламы, продукты пиролиза нефтепродуктов, механиче- ские новые формы рельефа) дополнительных Т1 веществ из сопря- женных ТЛГ систем не получает биологическое самовосстанов- ление возможно только в отдаленном времени; требует- ся глубокая рекультивация « отсутствует усиление эрозионных процессов и глеегене- за перераспределение поллютантов по площади ТЛГ систе- мы, их задержка в отрицательных эле- ментах рельефа 10
Таблица 5.21
Физико-химические свойства почв приграничной зоны ТЛГ системы при
“давлении” на них минерализованных почвенно-грунтовых вод с битуми-
нозными веществами из сопряженных ТЛГ систем
Почва (разрез) Индекс горизонта Глубина, см Физико-химические характеристики
рНн,о C„, % битуминоз- ные вещест- ва, г/кг сумма солей, %
Тундровая грунтово- АТ 0-6 4,9 64,21' менее 0,05 0,03
глеевая — пригранич- Big 6-14 5,5 0,5 0,05 0,007
наязонаТЛГС-1 (5-25) Gf 42-64 5,6 0,4 0,06 0,01
Тундровая грунтово- AT 0-3 4,8 12,9" менее 0,05 0,003
глеевая фоновая Bl 3-19 5,1 0,5 0,02 0,002
(5М-УР) BG 35-54 4,9 0,2 0,02 0,002
* Потеря при прокаливании.
Глубоко преобразованные территории с ТЛГ системами, воз-
никающими преимущественно из-за механических нарушений (сла-
бо, либо вообще не загрязненные) и без дополнительного подтока ТГ
компонентов из других ТЛГ систем, также будут постепенно восста-
навливаться в соответствии с природными особенностями района.
Однако даже при полном развитии растительного покрова и форми-
ровании на насыпных субстратах почвенных профилей восстановле-
ния собственно исходных комплексов может и не быть, так как меня-
ются другие ландшафтообразуюшие параметры— рельеф и (или)
характер обводнения, мерзлотные процессы и др. Это характерно, в
частности, для территорий полимагистральных трубопроводов
(рис.5.14, ТЛГС-2, табл.5.19), где происходит: 1) подтопление сохра-
нившихся фрагментов природных ландшафтов и их переход на более
гидроморфный режим функционирования; 2) формирование природо-
подобных почв на надтрубных насыпях с очень близкими для нор-
мальных тундровых почв морфологическими и химическими призна-
ками (табл.5.22).
Таблица 5.22
Физико-химические свойства почв, сформировавшихся на надтрубных суб-
стратах легкого механического состава (12 лет после образования насыпи)
Почаа (разрез) Индекс горкзон- Глуби- на, см ₽Нн3о с^,% Обменные катионы, мг-эка/100 г Гидролити- ческая кислот- кость, мг-экв/100 г Сумма солей, %
Са2’ Mg2' Н’ + А)5*
Природоподобная А0А1 0-4 4,8 2,4 4,4 1,5 0,6 12,3 0,004
тундрово-глеевая BFeh 4-45 5,6 0,2 3,5 1,5 0,01 1,1 0,001
(5М-6) G 45-50 5,8 0,1 1.1 1.1 0,03 0,7 0.001
320
Если загрязнение в пределах ТЛГ систем полимагистральных
трубопроводов невелико или отсутствует, то при условии достаточ-
ного обводнения надтрубных песчаных, песчано-супесчаных субстра-
тов (в исходно увлажненных или сильно подтопленных урочищах) на
них за очень короткий срок полностью развивается напочвенный ра-
стительный покров с проективным покрытием около 100%, и форми-
руются почвы с очень хорошо выраженным профилем АОА1 - BFeh -
G, типичным для нормальных почв тундры.
Однако, если насыпные субстраты остаются сухими, что проис-
ходит, как правило, в исходно сухих урочищах лесотундровых редин или
кустарничково-лишайниковых тундр, процессы восстановления замед-
лены, и за тот же срок (12 лет) проективное покрытие на надтрубных
насыпях не превышает 10-25%, почвенный профиль не развит.
Таким образом, части одной и той же ТЛГ системы, но сфор-
мировавшиеся в разных исходных ландшафтах, характеризуются нео-
динаковой скоростью и формами восстановительных процессов.
Хуже восстанавливаются ТЛГ системы с интенсивной хими-
ческой деградацией, особенно приуроченные к основным путям миг-
рации и исходно высокоемким торфяным субстратам (табл.5.19; 5.20,
ТЛГС-6). В таких условиях загрязняющие вещества, особенно нефть
и нефтепродукты задерживаются на высокоемких торфяных органо-
сорбционных барьерах. В рассматриваемом случае ТЛГ система при-
нимает дополнительно, кроме уже имеющихся неочищенных мине-
рализованных вод с нефтепродуктами, и жидкие фракции нефтяных
шламов из сопряженной по рельефу ТЛГС-10 (рис. 5.12- 5.14;
табл.5.17-5.20).
Загрязняющие вещества практически из всех ТЛГ систем по-
стоянно сдвигаются вниз по уклону поверхности и оказываются со-
средоточенными в наиболее “емких” ТЛГ системах. В данном случае
основными накопителями ТГ компонентов со временем становятся
территории, приуроченные к урочищам плоскобугристых торфяников и
моховых болот (ТЛГС-6). Структурную организацию таких ТЛГ систем
и специфику условий миграции-аккумуляции вещества в их разных бло-
ках иллюстрирует табл.5.23. Наличие мощных геохимических барье-
ров-накопителей с большим сорбционно-капиллярным потенциалом
удержания загрязнителей приводит к тому, что их вторичный сброс за-
медлен и осуществляется только по ложбинам стока (см.рис.5.8 и 5.12),
заложенным в торфяных массивах. Плохой вторичный отток поллютан-
тов длительное время поддерживает загрязнение.
Прогнозная оценка трансформированных ландшафтов (см.
табл.5.20) показала, что после прекращения техногенного давления мо-
жет происходить: 1) восстановление природных систем в соответствии
с зонально провинциальными особенностями исходных ландшафтов;
21-1119
321
2) замещение одних типов природных комплексов другими (как пра-
вило, более гидроморфными); 3) относительно быстрое восстановле-
ние природоподобного состояния, но отличающегося оттого, что было
на данном месте (например, вторичные зарастающие водоемы на
месте автоморфных ландшафтов); 4) устойчивое сохранение ново-
образованных химических признаков, но не мешающих восстановле-
нию биоты и почв; 5) вторичная деградация исходно чистых участ-
ков “приграничных” зон и увеличение площади деградированных ТЛГ
систем (при расширении инфильтрационных тел); 6) интенсивное на-
растание химических нагрузок и продолжение глубокой деградации
исходных свойств природных комплексов при активном вторичном
поступлении ТГ веществ из смежных ТЛГ систем и замедленном
сбросе поллютантов и их метаболитов за пределы зон первичного
загрязнения.
Перечисленные варианты эволюционны трендов развития
трансформированных природных систем характерны не только для
тундровых и лесотундровых ландшафтов Зап. Сибири, но и для про-
мыслов в любых природных условиях. Прогнозный анализ эволюци-
онных трендов позволяет решать многочисленные практические за-
дачи рационализации природопользования и прежде всего вопросы
мониторинга и рекультивации таких земель. Так, в пределах преиму-
щественно минеральных (главным образом песчаных) “арен” (в дан-
ном случае ТЛГС-1,2,3) для предотвращения вторичной эрозии и для
активизации восстановления растительного покрова требуется: а) тех-
ническая рекультивация —выравнивание поверхности (включая “сжа-
тие” и засыпание амбаров) и подсыпка торфяной массы; б) биологи-
ческая рекультивация — посев районированных трав.
Рекультивация аналогичных ТЛГ систем (ТЛГС-10), но с оста-
точными концентрациями нефтепродуктов определяет необходимость:
а) на техническом этапе, кроме выравнивания поверхности, прово-
дить и рыхление грунтов для улучшения их аэровоздушного режима,
и увеличения микробиологической активности. Без этих мероприя-
тий рекультивация нецелесообразна; б) на биологическом этапе —
внесения минеральных, особенно азотных удобрений (Шилова, 1975,
1978; Калачникова и др., 1985).
Наиболее загрязненные территории с существенно торфяными
почвами (ТЛГС-б) рекультивации практически не подлежат, пока из
них не будут сброшены подвижные нефтяные компоненты и соли.
Ни рыхление, ни пескование, ни подсыпка свежей торфяной массы
не помогут, так как загрязнитель под действием сорбционных сил
мигрирует в чистые субстраты, а в погребенных почвах будет ухуд-
шаться кислородный режим и усиливаться восстановительные про-
цессы, замедляющие естественную деструкцию битуминозных веществ.
322
Таблица 5.23
Пример структурной организации и специфики условий миграции - аккумуляции загрязнителей в различных зонах
гетерогенной ТГЛ системы (модельный участок, Зап. Сибирь)
Внешние и внутренние миграционные связи непрерывный сброс тех- ногенных потоков к гра- ницам расположенных гипсометрически ниже участков (эон трансфор- мации) непрерывное поступ- ление поллютантов из соседних зон поврежде- ния с внутрипочвенной восходящей миграцией, при резко замедленном сбросе за пределы зоны постоянный "прием" ТГ потоков из соседних зон трансформации при неак- тивном сбросе в местную дренажную сеть
Миграционные потоки Латеральные фронтальная по поверхности глеевого горизонта а) над мерзлотой по системам логов стока, дренирую- щих торфяный массив, б) в боковые чистые субстраты а) по поверхности грунтовых вод б) в слое надмер- злотной верховодки
j । Радиальные 1 I нисходящая фрон- тальная миграция в пористых торфах восходящие поро- во-капиллярные (миграция загрязни- телей в перекрываю- щие чистые субстрат ты с поверхности загрязненных вод) . 1 нисходящая фрон- тальная миграция (при непостоянной мощности доступ- ного миграцион- ного пространства)
Основные группы почвенно-геохимических барьеров, характерные для ТЛГ систем Экранирующие Глубина от по- верхности не более 30 см 40 см Z X о о о о •A Г* £ §
! Потенциальная нефтепро- । ницаемость 1 чрезвычайно низ- кая, ограничена величиной эф- фективной пори- стости низкая 1 . . 1 1 низкая
Тип барьера глеевый (суглини- стый) криоген- ный а) гидро- ! генный я j криоген- ; ный; б) крио- генный
Аккумулятивные Мощ- ность (см) мало- мощ- ный (менее 30 см) чрезвы- чайно МОЩ- НЫЙ (более 80 см) мощ- ный (30-80 см) |
Потенци- альная нефтеем- косгь очень высокая очень высокая чрезвы- чайно высокая 1
Тип барьера, слагающие его ! субстраты Органо-сорб- ционный (плохо разло- жившийся торф) органо- сорбционный (средне- и хорошо разло- жившийся торф) ! органо-сорб- । ционный (не- разложмвший- ся и плохо раз- ложившийся сфагновый торф)
§ S 3 Е е? Б тундро- вые торфя- но-глее- вые торфя- ные (огунд- ровы- вающи- еся торфя- ники) болот- ные торфя- но-глее- вые*
Типы исходных урочищ, включенные в ТЛГ систему Кустарнич- ково-мохо- во-лишай- ннковая тундра Минерали- зующиеся торфяные массивы 1 Кустарнич- ' ково-травя- но-моховые болота
Следствием прогнозного крупномасштабного картографирова-
ния является также возможность обосновать: а) привязку точек мо-
ниторинга; б) выбор наблюдаемых компонентов и аналитических
параметров. Наблюдению должны подлежать почвенно-грунтовые и
поверхностные воды, почвы и донные отложения.
Полученные материалы свидетельствуют, что количество мо-
дельных участков, необходимых для полной характеристики регио-
нальных особенностей трансформации территорий нефте(газо)про-
мыслов , должно определяться в зависимости от сложности исход-
ных природных условий и технологии разработки конкретного место-
рождения.
5.4.2. Карты потенциальной нефтеемкости ландшафтов
Новым направлением прогнозного эколого-геохимического кар-
тографирования не только в крупном, но в среднем и мелком масш-
табах являются карты потенциальной емкости ландшафтов по отно-
шению к разным группам загрязнителей (в частности, нефти и неф-
тепродуктов).
. Карты потенциальной нефтеемкости чрезвычайно информатив-
ны и могут использоваться для реальных инженерных расчетов: а) для
объективной привязки технических объектов к местности, б) для оп-
ределения предельных границ распространения поллютантов, в) для
определения остаточной нефтенасыщенности загрязненных субстра-
тов, что позволяет на объективной количественной основе прогнози-
ровать уровни ТГ давления на среду и выходить на научно обосно-
ванное нормирование ТГ нагрузок.
Опубликованных материалов по составлению подобных карт
нет. Практическая важность данного направления картографирова-
ния для нефтедобывающих регионов очень велика, особенно на ста-
дии проектирования и строительства промыслов. Такие карты долж-
ны входить в пакет документов раздела ОВОС в проектах разработки
месторождений, ТЭО (ТЭР) и др.
Принципиальный подход к составлению карт потенциальной
нефтеемкости иллюстрирует табл.5.24.
При составлении данных карт субстраты по уровню нефтеем-
кости разделяются на: а) чрезвычайно емкие, б) высокоемкие, в) ем-
кие, г) среднеемкие, д) малоемкие, е) чрезвычайно малоемкие.
Количественные показатели нефтеемкости почв и грунтов оп-
ределяются экспериментально (Братцев, 1988; Guseva, Solntseva, 1996)
и эмпирически — при полевых исследованиях (Солнцева, 1995).
Предельная емкость органогенных и минеральных горизонтов
почв (при одинаковом уровне влажности) различается в несколько
324
раз. Среди органогенных субстратов наиболее емкие — относитель-
но рыхлые торфяные массы. Увеличение плотности нижних торфя-
ных горизонтов, несмотря на значительное возрастание удельной по-
верхности частиц, приводит к уменьшению потенциальной нефтеем-
кости торфов, что обусловлено уменьшением объема эффективного
порово-трещинного пространства.
, Таблица 5.24
Принципы составления карт потенциальной нефтеемкости ландшаф-
тов (основные учитываемые показатели)
Факторы, определяющие нефте- емкость-нефтепроницаемость субстратов Факторы, определяющие закономерности функционирования природных систем
Органогенных Минеральных Степень дренированное™ и окислительно- восстановительные условия
нефте- ем- кость, г/кг мощ- ность гори- зонта, см нефте- ем- кость, г/кг мощ- ность гори- зонта, см дренирован- ные и отно- сительно дрениро- ванные с окислитель- ными усло- виями с относительно затрудненным и затрудненным дренажом, окис- лительно-восста- новительными и периодически восстановитель- ными условиями водоза- стойные, с постоянно восстано- вительны- ми усло- виями
Среди минеральных грунтов наиболее высокой емкостью ха-
рактеризуются песчаные и песчано-гравелистые, обладающие мень-
шей величиной удельной поверхности частиц, но более высокой эф-
фективной пористостью, чем глинистые отложения. Существуют пре-
дельные размеры йор и капилляров, при которых молекулы БВ не
могут в них проникать. Такие субстраты становятся радиальными
барьерами (Guseva, Solntseva, 1996).
Анализ строения вертикального профиля почв позволяет выя-
вить структуру радиальных геохимических барьеров и оценить ак-
тивность транзитных или депонирующих свойств почв и субстратов
любой из анализируемых территорий, что обязательно учитывается
при картографировании.
В зависимости от реальной мощности генетических горизон-
тов выделяются: 1) очень маломощные, 2) маломощные, 3) средне-
мощные, 4) мощные, 5) чрезвычайно мощные. Чем больше мощность
принимающей толщи, тем выше суммарный потенциал ее емкости.
Возможных сочетаний разных по свойствам органогенных и
минеральных субстратов в профиле почв теоретически может быть
очень много. Однако в реальных условиях (на территории конкретно-
го промысла) при ограниченном наборе почвенных разностей коли-
21
325
чество возможных сочетаний емкость массы — мощность при-
нимающих субстратов обычно не очень велико.
Мощность того или иного горизонта может оказывать решаю-
щее влияние на уровень потенциальной нефтеемкости почв. При мень-
шей нефтеемкости субстратов на единицу массы почвы, не имеющие
в профиле радиальных барьеров, могут удерживать нефти больше,
чем более нефтеемкие, но маломощные или “перегороженные” барь-
ерами разности. Так, песчаные подзолы, мощностью более 100 см и
без непроницаемых (“истинных”) барьеров в профиле, могут удер-
жать нефти больше, чем торфяные почвы, но с высоким уровнем грун-
товых вод или мерзлоты, препятствующих радиальной миграции
поллютантов и уменьшающих их реальную потенциальную нефте-
емкость (Solntseva, Guseva, 1997).
Кроме мощности субстрата, большое влияние на предельную
нефтеемкость каждого типа почв оказывает площадь развития их
ареала. В результате даже чрезвычайно высокоемкие торфяные по-
чвы при небольшой мощности и незначительной площади распрост-
ранения могут удержать меньше БВ, чем окружающие их существен-
но менее емкие, но более мощные и занимающие большие площади
почвы. В связи с этим при составлении карт нефтеемкости террито-
рии обязательно используются почвенные карты. Информация, кото-
рая может быть снята с почвенных карт, позволяет: а) определить
площади распространения неодинаковых по нефтеемкости почв; б) -
выявить наличие латеральных и радиальных геохимических барье-
ров на пути движения ТГ потоков; в) оценить потенциальную нефте-
емкость почвенных тел. Используя характеристики строения верти-
кального профиля почв, их потенциальной нефтеемкости-нефтепро-
ницаемости и особенности структуры почвенного покрова, можно
составлять как оценочные, так и прогнозные карты потенциальной (и
реальной) нефтеемкости ландшафтов, что крайне важно для практи-
ческих целей. Можно рассчитывать и картографировать вероятные
направления ТГ потоков и размеры формирующихся ореолов загряз-
нения для разных вариантов расположения в ландшафтах техничес-
ких объектов и объёмов выбросов.
Специальное эколого-геохимическое картографирование и оцен-
ки нефтеемкости-нефтепроницаемости почв территорий географичес-
кого охвата воздействия нефтедобывающего производства, а также
карты нефтеотдачи—остаточной нефтенасыщенности почв и грун-
тов являются важнейшими инструментами оценки состояния ланд-
шафтов и прогноза их возможного посттехногенного преобразования,
что, в свою очередь, служит научной основой оптимизации природо-
пользования.
326
Глава 6. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ДОБЫЧИ
УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ
В последние годы в России основные направления исследований
состояния природной среды в значительной степени определяются пла-
той за загрязнение и требованиями Государственной экологической экс-
пертизы (О государственной экологической экспертизе..., 1988). В соот-
ветствии с Законом об Экспертизе (1995) в разделах “Охрана окружаю-
щей природной среды” должны быть материалы по оценке воздействия
производства на окружающую среду (ОВОС). По определению, ОВОС—
это процесс выявления и прогнозирования ожидаемого влияния конк-
ретного производства на среду обитания (биогеофизическую среду) и
здоровье человека, а также интерпретация и передача информации (Втор-
жение в природную среду..., 1983).
Несмотря на то, что практика ОВОС у нас в стране, в отличие
от большинства развитых зарубежных стран, внедряется лишь в пос-
ледние годы, она опирается на разработанную базу частных расчетов
для многих воздействий, развитую структуру природоохранного нор-
мирования и опыт разработчиков проектной документации в подго-
товке разделов “Охрана окружающей природной среды”, предусмот-
ренных СНиПом 1.02.01-85.
Для оценок воздействия нефтегазодобывающего производства,
технические объекты которого привязаны не только к наземным при-
родным системам, но и подземной геологической среде, необходимы
межотраслевые исследования взаимодействия добывающей техники
и природной среды. Материалы таких комплексных исследований на
территориях разведанных месторождений входят в пакет лицензион-
ной информации (Клубов, Кочетков и др., 1995).
Повышение требований к оценкам состояния природной
среды при добыче и транспортировании углеводородного сырья
определяет необходимость применения методов исследований,
адекватных новым задачам.
Общие принципы и некоторые методические приемы изучения
нарушенных в процессе производства земель рассматриваются в ряде
работ (Моторина и др., 1975; Денисова, 1976 а,б; Дончева, 1978; Сол-
нцева, 1977, 1981; Дьяконов, Авессаломова, 1987; Сает и др., 1990;
Елпатьевский, 1993 и т.д.). Существует также большое количество
методической литературы по оценке влияния разных видов хозяй-
ственной деятельности на состояние ландшафтов и их компонентов
(Инструкция..., 1979; Методические рекомендации..., 1982; Методи-
ческие рекомендации по измерению..., 1984; Методические рекомен-
дации по геохимическим..., 1986 и др.).
Основные методические и нормативные материалы по оценке
воздействия собственно нефтедобывающего производства на компоненты
природной среды и контролю за их состоянием приводятся ниже.
327
Методические документы по оценке воздействия нефтедобывающе-
го производства на компоненты природной среды
Объект оценки Название документа
Атмосфера РД 39-0147103-321-86. Методические основы по определению со- става и величины выбросов вредных веществ в атмосферу при сборе, подготовке и транспорте нефти. - Уфа, ВНИЦСПТнефть, 1986. РД 39-0147098-014-89. Инструкция по инвентаризации источников выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями Министер- ства нефтяной и газовой промышленности СССР. - Уфа, ВостНИ- ИТБ, 1989. РД 39-0147098-017-90. Положение по контролю за выбросами за- грязняющих веществ в атмосферу на объектах предприятий Мин- нефтегазпрома СССР. - Уфа, ВостНИИТБ, 1990.
Водные объекты РД 39-0147098-002-88. Методика изучения современного состояния и прогнозирования загрязнения поверхностных вод в нефтяной про- мышленности до 2015 г. - Уфа, ВостНИИТБ, 1988. РД 39-0147098-025-91. Инструкция по контролю за состоянием по- верхностных и подземных вод на объектах предприятий Миннефте- газпрома СССР. - Уфа, ВостНИИТБ, 1991.
Почвы, ре- культивация РД 39-0147098-015-90. Инструкция по контролю за состоянием почв на объектах предприятий Миннефтегазпрома СССР. - Уфа, Вос- тНИИТБ, 1990. РД 39-0147098-004-88. Методика оценки современного состояния и прогнозирования нарушения, рекультивации, загрязнения земель вредными веществами и разработка рекомендаций по землеохран- ным мероприятиям в нефтяной промышленности. - Уфа, ВостНИ- ИТБ, 1988. РД 39-30-925-88. Методические указания по биологической рекуль- тивации земель, нарушенных при сборе, подготовке и транспорте нефти. - Уфа, 1984.
Окружаю- щая среда в целом Временные требования к геологическому изучению и прогнозирова- нию воздействия разведки и разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду. М., 1993. Временные методические указания по составлению раздела "Оценка воздействия на окружающую среду" в схемах размещения, ТЭО (ТЭР) и проектах разработки месторождений и строительстве объек- тов нефтегазовой промышленности. - Уфа, 1992. Положение об оценке воздействия на окружающую среду в Россий- ской Федерации. М., 1994. Указания к экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности в прединвесгиционной и проектной документации, М., 1994. Инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности. М, 1995.
Несмотря на значительное число нормативных и методичес-
ких материалов, регламентирующих принципы получения оценок
состояния отдельных компонентов природной среды, единой методи-
ческой основы анализа зоны техногенеза нет. Существует несколько
разных подходов к оценке влияния ТГ факторов и инвентаризации
состояния природной среды.
1. Компонентный (традиционный) подход, основанный на изу-
чении отдельных компонентов природных систем (почв, грунтов, вод,
биоты). Методологическая основа этого подхода достаточно хорошо
разработана и дает принципиальную возможность использовать по-
нятийный аппарат и методы отраслевых наук, включая общую и при-
кладную геохимию.
Возможность использования методов общей и прикладной гео-
химии вытекает из представлений о функциональной и структурной
близости ТГ и природных аномалий (Сает, Глебов, 1982; Сает, Янин,
1985 и др.).
2. Системный (геосистемный, геокомплексный) подход. В этом
случае в методическую схему исследований входит, кроме анализа
компонентов среды, и анализ протекающих в них процессов. Услож-
нение задач определяет и необходимость комплексирования методов,
традиционных для разных видов отраслевых исследований (Дьяко-
нов, 1984).
3. Разрабатывается идея комплексного ландшафтно-экологичес-
кого подхода к анализу нарушенных территорий. Методика исследо-
ваний включает ландшафтно-индикационные работы, метод геохи-
мических балансов и др. (Жучкова, 1977; Жучкова, Дончева, 1972;
Дончева, 1978).
Таким образом, подход к анализу зоны техногенеза не унифи-
цирован. Хотя каждая отраслевая наука не тдлько может, но и должна
подходить к этим вопросам со своих “специализированных позиций”
(Сает, Глебов, 1982, с. 13), используя собственные методы и идеи, не-
обходима и единая методическая концепция, обеспечивающая реше-
ние задач оптимизации природопользования.
Объединяющей все отраслевые интересы концепцией может
служить идея “информационных потоков”. Так как любая хозяйствен-
ная деятельность относительно природной среды является информа-
ционным фактором, а информация в природе “не может передавать-
ся иначе, чем в потоках вещества и энергии” (Солнцев, 1977, с.34),
соответственно и любое техногенное воздействие может быть кор-
ректно описано только через систему миграционных связей. Включе-
ние продуктов техногенеза в-природные миграционные циклы слу-
жит пусковым механизмом трансформации природных систем —
определяет специфику их изменений. Интенсивность и формы пре-
329
образования природных объектов зависят от состава и направленно-
сти передвижения потоков вещества — от того, сколько и каких ве-
ществ поступает в природные кругообороты (или сколько их изыма-
ется), какова динамика и длительность этих воздействий. Исходя из
этого, принципиальной основой исследований влияния техногенеза
на природную среду (с учетом отдаленных следствий — гл. 2, 3,4)
служит пространственно-временной анализ в системе: ТГ факторы -
обусловленные ими ТГ потоки - специфика сферы их влияния (пер-
вичные ответные реакции) - длительность (время) преобразования -
отдаленные следствия.
Особенности процессов и явлений в зоне техногенеза (гл. 2,3,4)
определяют необходимость введения новых понятий и модификации
методологии исследований, которая должна быть адекватна для ана-
лиза таких территорий.
Одно из наиболее узких мест—отсутствие апробированных ме-
тодов выполнения полевых исследований ответных реакций природных
систем на ТГ нагрузки в районах добычи углеводородного сырья.
Необходимость получения достоверной и представительной
информации о Состоянии природных объектов (как на территории
действующих промыслов, так и на территориях их предполагаемого
строительства), которая может быть положена в основу тех или иных
проектных решений, мониторинга, лицензионных или экспертных
документов, заставляет тщательнее подходить к полевым исследова-
ниям. Возможности обоснованной интерполяции полученных при
полевых работах результатов, их репрезентативность для разработки
перечисленных мероприятий в значительной степени определяются
типичностью выбранных участков для рассматриваемого промысла,
группы промыслов или нефтедобывющей провинции.
6.1. Принципы и методы полевых исследований
Содержание собственно полевых работ определяется задачами
получения информации, необходимой и достаточной для оценки эко-
логичности производства и природно-экологического потенциала тер-
ритории (табл.6.1).
Для комплексной характеристики всех форм преобразования
природных систем, включая все существующие на оцениваемой тер-
ритории изменения природных процессов, необходимо:
1) изучить устойчивость изменений, возникающих в ландшаф-
тах в процессе техногенеза;
2) определить самоочищающие возможности природных ком-
плексов и составляющих их компонентов (почв, грунтов, природных
вод и т.д.);
330
о
со
хг
S
е?
\о
Принципы комплексной оценки воздействия нефтедобывающего производства на природную среду
54
II
Я
8
в а
&а
G
В
М
н
и
£ &
8 2 8
с ЗБ 5
8 л т
В
I-
S =
tpvauHcrtitc кххэвдэсЁгес пмлхшш
(р&эхкясжйвс
сяоигадехэя ккюноцхв гаошахш
уакэдинсжДяс винвэоок? я воохнх пяияама
хжсХДпи нсхздикихоа!
icttfdttx экхздинюэя
woamgoiafog яззвыртанит
вгаээькккхзд
wotodeg
паяъюисаш ъкнэкэ
«охоши
хкххокпяЬкк aKNSMBdimf
махзкз xmaoditda
июкххж |рк9ПЖ хмшдо cuogcdEcd
ИЭХЗИЭ XRHffOdHdU кйПсяйофэикИ кксхкпэк
4.2 ?
виняздэ хянчгекхо dacredn
кюпмЛофэшАь
eantfiodu namccd inoovnoar
ipccnad
опаэао вкювохс - кмзю
onaodxdii уихэнщся скифкпжэ
BKH9HCxdnt loroodo хкннахоита аинэо&э
SHX9KE«dXCC «Л?ф одгсагёикэккк
wowHCBdrec gaHtodX жипкийыямни
XHKVM
‘хншствцз»! *»птажэс) <oodfoad мДаюд
loaoanodu
хипкхХстДдоофидаД x t^ecrad аинанжсх
1риэхинсы1гсс-<дзапэ< чхоонэсио отхэаымоипсс
Лайз *и шдоцр олохзэькнхэх экиэ^эшж
юскэйХд
loToxio aoodgo wduанношеиэохээынхкхсш
aouUdj к иьои зоск хипнгод экнявэяэйэи
ихинзд
floiraxKi axoged ndu эинастет аохоошнехох
а&:
5
4
।
3
wianoeocodn uxDowwdfoad
S
н
научное обоснование терригоридльно-днфферек- научное обосноввмме лримцйпов х методов восспноменмя
циромною нормирования природопользования земель, поврежденных при эксплуатации месторождений
И
3) выявить направления и формы посттехногенного развития
природных комплексов и составляющих их компонентов.
Общие принципы полевых исследований трансформированных
ландшафтов для решения поставленных вопросов основаны на оцен-
ках “воздействия на природный объект — последствия воздействия”
(табл.6.2).
Таблица 6.2
Матрица, иллюстрирующая общие принципы полевых оценок
состояния природной среды
Оценки природных объектов, подвергаю- щихся ТГ воздействи- ям, и изменяемых природных процессов Оценки техногенных факторов (технические объекты и потоки от них, механические нагрузки), действующих на природную среду
Оценки ответных реакций природных комплексов (вклю- чая цепные реакции — непосредственные и отдаленные следствия)
Сложность реализации такого подхода обусловлена специфи-
кой нефтегазодобывающего производства (см. гл. 1). Приведенные
ранее материалы свидетельствуют, что при изучении влияния данно-
го производства на природную среду нельзя ограничиваться только
анализом влияния углеводородов, в частности, нефти. Необходимо
изучение всей сложности местных природных комплексов и всех форм
ТГ повреждений. Это определяет специфику методического подхода
к оценке трансформированности ландшафтов промыслов и прежде
всего предъявляет достаточно жесткие требования к выбору объектов
исследования.
6.1.1. Принципы выбора эталонных объектов
Отправной точкой любых натурных исследований (в том числе и
при изучении воздействия добычи углеводородного сырья) служит вы-
бор объектов оценок—территориальных (географических) эталонов.
Поликомплексность действующих факторов и гетерогенность
природных систем на территории промыслов определяют значитель-
ную вариабельность ТГ нарушений их структуры и свойств. Исходя
из этого, виды и методы полевых работ, определение необходимого и
достаточного числа эталонных участков, их привязка к природным
экосистемам тесно связаны с решением проблем типизации ТГ фак-
торов (включая типизацию ТГ потоков) и ответных реакций природ-
ных систем на ТГ нагрузки. В связи с этим методическая схема выбо-
ра эталонных объектов включает несколько последовательных эта-
пов работ.
332
. Оценки ТГ факторов. Цель оценок — выявление основ-
ных типов ТГ нагрузок и их трансформирующих (деструктивных)
возможностей в местных условиях (см.рис.5.6).
Прежде всего значительную роль в трансформации природной
среды в районах добычи углеводородного сырья играет механогенез.
Типы воздействия, связанные с изъятием и турбацией вещества, кон-
тролируют интенсивность механогенной трансформации природных
систем и (или) их отдельных компонентов на больших площадях.
Мощность подобных нарушений на территории промыслов, как и
вызванные ими экологические'сдвиги, очень велики (см.табл. 2.2).
Привнос веществ в ландшафтно-геохимические системы конт-
ролирует формы и глубину их геохимических изменений. Следует
различать привнос веществ: а) существенно различающихся по со-
ставу от геохимических характеристик фоновых субстратов и мигри-
рующих в них природных потоков. Это, в частности, минеральные
соли, битуминозные вещества и др., поступление которых в природ-
ную среду может приводить к возникновению принципиально но-
вых геохимических процессов и геохимических обстановок
(см. гл.2,3,4); б) не отличающихся или слабо отличающихся по хи-
мическому составу от твердофазных субстратов, составляющих ос-
нову местных почв и ландшафтов, что происходит при засыпании
почв из-за отсыпки грунтов при строительстве линейных сооруже-
ний, буровых площадок и т.д.
Тип ТГ воздействия — его трансформирующая активность
(“разрушительная сила”) в местных условиях— основной показа-
тель при выборе ключевых эталонов (Солнцева, 1981). Кроме того,
должны учитываться: а) повторяемость воздействий и их территори-
альная распространенность (площадь нарушенных земель); б) мощ-
ность воздействия (в частности, объемы сбрасывающихся поллют-
натов).
Типизация распространенных на оцениваемой территории ТГ
факторов, согласно приведенным выше критериям (гл.5), позволяет
выявить ситуации, потенциально наиболее опасные для местных при-
родных условий и требующие первоочередного изучения.
Оценки разнообразия природных систем и
ландшафтно-геохимических фак то ров, усиливающих или
ослабляющих остроту экологических проблем на оцениваемой тер-
ритории.
Цель оценок — выявление и типизация природных комплек-
сов, отличающихся условиями рассеяния, метаболизма и закрепле-
ния поступающих в них техногенных компонентов..Наиболее важны
оценки комплекса факторов, определяющих экзогенный потенциал
среды (Таргульян, 1986).
333
Необходимость типизации природных комплексов при выборе
ключевых объектов обусловлена тем, что даже одинаковые процессы
техногенеза, но разворачивающиеся в разных природных системах,
как правило, в каждом случае имеют иные ответные реакции: разли-
чаются уровни первичного накопления загрязнителей, характер их
распределения по генетическим горизонтам, активность и дальность
вторичной миграции (или закрепления), отдаленные следствия (см.
гл.2,3,4). Существуют не только зональные различия, обусловленные
биоклиматическими факторами, но и собственно ландшафтно-гео-
химические. В последнем случае, как правило, наиболее резко отли-
чаются по типам ответных реакций на ТГ нагрузки авто- и гидро-
морфные ландшафты с комплексом характерных для них почв и про-
цессов. .
Для полной инвентаризации состояния природной среды необ-
ходимо подбирать серии эталонных объектов, которые должны ха-
рактеризовать наиболее распространенные варианты соотношений:
типы ТГ воздействий — типы ответных реакций на них природных
систем. Другими словами, для полной комплексной оценки террито-
рии промыслов необходимо изучение воздействий всего комплекса
ТГ факторов, соответствующих технологии нефтегазодобывающего
производства на все группы природных ландшафтов, в которых эти
факторы проявляются (табл.6.3).
Таким образом, эталонные объекты должны удовлетворять сле-
дующим требованиям:
1) быть репрезентативными для оцениваемых ТГ воздействий;
2) отражать наиболее репрезентативные типы ответных реак-
ций (в соответствии с разнообразием местных природных систем);
3) отражать основные тренды эволюционного развития транс-
формированных природных комплексов.
Высокие требования к репрезентативности эталонных объек-
тов определяют необходимость общей оценки состояния природной
среды на территории месторождения. Наиболее быстро, обоснованно
и полно анализ состояния территории для выбора ключевых объек-
тов может быть выполнен на основе изучения аэрофотоматериалов.
При этом могут привлекаться снимки разных масштабов, вплоть до
космических. Эффективность использования аэрофотоснимков осно-
вана на том, что при поступлении ТГ потоков в природные системы
происходит изменение как геохимических свойств компонентов при-
родной среды, так и формирование специфической морфологичес-
кой структуры ландшафтов территории (Солнцева, Николаева, 1979).
Аэрофотоматериалы крупных масштабов (крупнее 1:15 000)
представляют особый интерес, так как позволяют выявить законо-
мерности изменений природных систем не только на уровне отдель-
334
ных ландшафтных фаций, но часто видеть и мелкие детали преобра-
зования поверхности: места срыва дернины, буровые площадки, уча-
стки разлива нефти (свежие) и др.
Таблица б.З
Обшие принципы выбора серий эталонных объектов
(на примере лесотундры Зап. Сибири)
Характерные для нефтедобывающего производства ТГ факторы Природные ландшафты, локализующие техногенные воздействия
относительно дренированные плохо дрени- рованные
редколесья и редины тундры болота
Типы воздей- ствий виды воздействий полого-хол- мистые кус- тарничково- лишайнико- вые плоские кус- тарничково- лишайнико- вые плоские то- пяные травя- ные
Геохи- миче- ские сырая нефть
нефтяные шламы
сточные промысловые воды
другие типы ТГ потоков 1
Меха- нике- окне турбация почв и грунтов техникой
отсыпка грунтов (дороги, буровые площадки и т.д.)
иные типы нарушений грун- тов >
Сме- шанные пескование нефтяных раз- ливов
выжигание нефти
другие сочетания ТГ воздей- ствий
Основные вопросы, которые могут быть при этом решены:
1) оценена интенсивность трансформации природных систем
в связи с работой технических объектов и выявлены наиболее харак-
терные формы изменений природных комплексов;
2) выявлены основные группы ландшафтов, подвергающиеся
трансформации, и определены их компоненты, измененные наибо-
лее сильно;
3) оценены размеры видимой области влияния ТГ факторов.
Инвентаризация ТГ нарушений на больших площадях, а так-
же типизация структуры ландшафтов территорий действующих про-
мыслов (и нового освоения) наиболее объективно и быстро могут быть
выполнены при анализе мелко-среднемасштабных аэрокосмических
снимков.
335
Принципы и методы использования аэрокосмической инфор-
мации в географических исследованиях разобраны в специальной
литературе (Виноградов, 1976,1986; Кравцова, 1977; Книжников,
Кравцова, 1984; Николаев, 1993 и др.) и здесь не рассматриваются.
При изучении влияния добычи нефти на природную среду же-
лательно использование многозональных, спектрозональных и дру-
гих видов специальных съемок, так как часть геохимических повреж-
дений природных систем на территории промыслов может не иметь
выраженных морфологических проявлений. Исследования, выполнен-
ные при поисках полезных ископаемых, и теоретические расчеты
показали, что даже очень слабо проявленные на поверхности при-
родные геохимические аномалии контрастно отражаются на спект-
розональных снимках (Солнцева и др., 1975), поэтому можно ожи-
дать, что й на территории промыслов скрытые техногенные геохими-
ческие нарушения, не имеющйе на момент съемки морфологических
проявлений в ландшафте, должны вызывать изменения спектраль-
ных характеристик его компонентов — почв и растительности. Это
особенно важно при выявлении границ техногенных ореолов, вклю-
чая и ореолы, связанные с факелами и газовыми выбросами, обычно
не имеющими внешних, визуально четко очерченных границ.
Еще одним доводом в пользу возможности и потенциальной
эффективности применения специальных съемок являются факты
интенсивного изменения в загрязненных системах окислительно-вос-
становительных процессов и других физических и химических пара-
метров их функционирования (см. гл. 3,4), что находит отражение в
термодинамических реакциях ландшафтов и не может так или иначе
не проявляться на снимках.
Для окончательной привязки эталонных участков к местности
анализ дистанционных материалов должен дополняться облетом тер-
ритории (если это возможно) и наземными маршрутными исследова-
ниями.
Аэровизуально лучше всего дешифрируются механические по-
вреждения ландшафтов, связанные с разработкой карьеров песка и
гравия, линейными сооружениями (трубопроводы, дороги — вплоть
до следов однократного прохода транспорта), отсыпкой оснований
буровых площадок и других технических сооружений. Выделяются
факельные площадки, следы выбросов содержимого из амбаров и
шламоотстойников (при их прорыве).
Собственно нефтяное загрязнение (особенно в северных тунд-
ровых, лесотундровых и даже северо-таежных ландшафтах) аэрови-
зуально дешифрируется плохо — в основном хорошо видны свежие
разливы (особенно по трассам трубопроводов). Косвенными призна-
ками загрязнения служат участки “землевания” мест аварии, что и
336
“выдает” разлив нефти. Очень часто нефть “проступает” сквозь пе-
сок. В то же время в пределах песчаной отсыпки внешних следов
нефти может и не быть, но она проступает у края отсыпанного мате-
риала (по линиям стока).
Очень плохо различаются ореолы загрязнения, обусловленные
разливами подтоварных минерализованных вод. И в этих случаях
выделяются только площади “свежего” загрязнения (по “сожженной”
растительности), либо территории постоянных утечек и сбросов сточ-
ных вод с нефтепродуктами.
Маршрутные исследования (как самостоятельный вид работ или
как дополнение к аэровоздушным наблюдениям) необходимы для
уточнения: 1) структуры выявленных при дистанционных исследо-
ваниях ореолов загрязнения; 2) их внешних границ; 3) сопряженности
не только с формирующими ореол ТГ источниками, но и с окружаю-
щими ландшафтами. Итогом маршрутных исследований является
оценка приоритетности объектов исследований, привязка подобран-
ных эталонных объектов к картографической основе.
6.1.2. Основные ряды эталонных объектов
Полная серия эталонных объектов, необходимых для оценки
состояния природной среды на территории промыслов, должна вклю-
чать следующие ряды.
1. Эталонные объекты для анализа простран-
ственных градиентов трансформации природных си-
стем — хор о логически е. Наиболее просто задачи оценки про-
странственных градиентов изменений интенсивности ТГ воздействий
решаются на примере монотонных ореолов загрязнения (монотонные
ТЛГ системы), когда загрязнитель от одного технического объекта
локализуется в пределах одной ландшафтной фации, и интенсивность
ТГ потока ослабевает по мере удаления от источника воздействия. В
таких ситуациях структура возникающих инфильтрационных тел
наиболее проста и характеризуется: 1) постепенным изменением плот-
ности загрязнения на единицу объема инфильтрационного тела; 2) за-
кономерными радиальными и латеральными изменениями состава
загрязнителей из-за фракционирования в почвах и грунтах сложных
смесей (см. гл. 3). Примеры монотонных ореолов, возникающих при
добыче углеводородного сырья (выявленных в частном случае на неф-
тепромыслах в Зап. Сибири), показаны в табл.6;4.
Значительно сложнее ситуации, когда загрязнение охватывает
несколько генетически разных элементарных ландшафтов (фаций),
или когда в пространстве пересекаются потоки от нескольких источ-
ников или одного источника, но поступающие в ландшафты в раз-
337
ные сроки (см. рис. 5.4; 5.5). В таких ситуациях интенсивность пре-
образования почвенно-геохимических процессов часто не зависит от
расстояния до объекта воздействия (гл.5). В этих случаях, наряду с
общими пространственными градиентами изменений свойств при-
родной среды, необходимо выявлять и узлы максимальных наруше-
ний, которые в зависимости от сложности структуры ТГ системы
могут быть приурочены к их разным зонам (даже краевым).
Таблица 6.4
Основные типы простых (моногенных) ореолов загрязнения,
характерныхдля нефтепромыслов (на примере северной тайги Зап. Сибири)
Типы исходных ландшафтов Типы воздействий
Сырая нефть Подто вар- ные воды Смеси загряз- нителей (амбары) Продукты сгорания (факелы)
нере- культи- вирован- ные перепа- ханные выжжен* ные механргенно нарушенные (пескование)
Суходольные север- ные редколесья + ? + + + . + +
Заболоченные леса (таежно-болотные) + ? + + + + +
Болотные + + + + + + ?
Собственно акваль- ные + - - + - ? -
Примечание: + наличие данного типа ореола, - данный тип ореола отсутствует, ?
- наличие данного типа ореола на момент исследований не выявлено. :
Структура ореолов загрязнения определяется и формами “встра-
ивания” техногенных потоков в местную миграционную сеть терри-
тории. Как было показано в гл. 5, здесь возможны три случая:
1) ореолы загрязнения миграционными потоками связаны с мес-
тной дренажной сетью: загрязняющие вещества и их метаболиты по-
степенно выносятся за пределы первоначального ореола загрязнения;
2) конечный сброс загрязнителя замкнут на местные бессточ-
ные понижения (естественные или техногенные). В районах разви-
тия мерзлоты подобные вторичные геохимические ловушки часто
возникают в связи с деградацией мерзлоты и термокарстовыми про-
цессами;
3) ореолы загрязнения не имеют четко выраженных связей ни с
местной дренажной сетью, ни с местными базисами аккумуляции.
Формируются своеобразные “диффузные” ореолы загрязнения. Гра-
ницы таких ореолов с природными комплексами, как правило, рас-
плывчаты.
Особенности преобразования ландшафтно-геохимических про-
цессов во всех случаях своеобразны, что и определяет необходимость
338
подбирать соответствующие рады ключевых эталонов. Показатели
связи ореолов загрязнения с местной дренажной сетью (открытые,
закрытые или “диффузные” ореолы) служат еще одним критерием
при выборе объектов исследования. Если на изучаемой территории
при одном типе загрязнителя формируются все три типа связи орео-
лов загрязнения с местными дренажными системами, следует вклю-
чать их в анализ на равных правах, так как формы вторичной геохи-
мической трансформации природной среды в этих случаях неодноз-
начны (см. гл.5, рис.5.13, табл.5.19; рис.5.14; табл.5.20).
2. Эталонные объекты для анализа временных
особенностей трансформации природных систем —
хроноряды. Фактор времени в значительной степени определяет
специфику реально существующих форм преобразования природных
систем.
Сопоставление территорий, которые подвергались однотипным
ТГ воздействиям в разное время (относительно момента исследова-
ний), дает возможность выявить временные стадии геохимического
и морфологического преобразования природных систем (см. гл.3,4).
Анализ однотипных, но разновременно загрязненных ландшафтов
позволяет: а) определить степень устойчивости природных систем к
ТГ воздействию; б) оценить потенциальные возможности их само-
очищающих функций; в) решить многие вопросы прогноза геохими-
ческого и морфологического развития проектируемых для освоения
территорий, близких в ландшафтно-геохимическом отношении к ха-
рактеристикам рассматриваемого промысла.
Следует обратить внимание на то, что хроноряды ключевых
объектов должны характеризовать три принципиально различных
направления геохимического развития природных систем: 1) дегра-
дации ландшафтов или их компонентов (биоты, почв, природных вод)
в зависимости от интенсивности ТГ нагрузок; 2) восстановления лан-
дшафтов или их отдельных компонентов (включая оценки возможно-
сти, форм и активности процессов самоочищения); 3) замещения од-
них природных комплексов другими.
Необходимые ключевые участки определяются согласно мате-
риалам о сроках эксплуатации технического объекта (например, для
факелов, земляных амбаров, отстойников), либо о времени аварий-
ного выброса. Окончательный выбор хронологических радов так же,
как и хорологических, определяется с учетом сложности структуры
исходных природных систем и особенностей наложенных техноген-
ных процессов.
339
В тех случаях, когда в реальных условиях невозможно подо-
брать временные эталоны-аналоги, подбираются участки для прямых
динамических наблюдений или выполняются экспериментальные
исследования на модельных площадках по схеме: “загрязнитель -
доза - время - эффект”.
С точки зрения приближения к реальности — это наилучший
метод, однако, любые динамические наблюдения приводят к удлине-
нию сроков исследования. В то же время фиксированные “точки”
полустационарных и дистанционных динамических наблюдений
(включая и исследования на экспериментальных полигонах) могут
быть использованы для общего мониторинга природных сред в неф-
тедобывающих районах.
3.’’Фоновые” эталонные объекты (эталоны.срав-
нения). Для определения особенностей трансформации природных
геохимических процессов в сфере влияния ТГ факторов, обнаруже-
ния глубины и форм отклонений от нормального функционирования
обязателен подбор фоновых эталонов сравнения — участков, не ис-
пытавших ТГ нагрузок, особенно изучаемого типа. Фоновые участ-
ки — своеобразные “точки начала отсчета”, позволяющие получить
“нулевые” показатели для последующего сравнения с трансформи-
рованными объектами. Выбор фоновых эталонов представляет са-
мостоятельную и достаточно сложную проблему, так как нет опреде-
ленной ясности, что принимать за эталон сравнения. Как было пока-
зано в гл.З, природные системы на территории промыслов, даже не
имеющие морфологических признаков загрязнения, уже несут замет-
ные геохимические отличия от аналогичных объектов вне нефтенос-
ных структур, что определяется влиянием глубинной геохимии недр.
С другой стороны, выявлен и региональный разнос загрязнителей
при работе промысла (Пиковский, 1988,1993; Солнцева, 1988; 1995).
Следовательно, задача определения “истинного” фона представляет
значительные трудности. Как правило, в качестве эталонов сравне-
ния, вполне удовлетворяющих решение практических задач, подби-
раются участки, близко расположенные к изучаемому ореолу загряз-
нения, но вне явно выраженного загрязнения (с учетом типологичес-
кой идентичности сравниваемых объектов и закономерностей вторич-
ной миграции поллютантов).
В результате полная серия ключевых эталонов должна вклю-
чать: а) собственно преобразованные территории — временные (хро-
но-) и пространственные (хорологические) ряды объектов; б) анало-
гичные загрязненным фоновые ландшафтно-геохимические системы.
340
Количество ключевых эталонов (без учета фоновых), необхо-
димых для оценки форм возможной деградации природных систем,
решения вопросов их устойчивости и самоочищающей способности,
может определяться формулой:
Ку = р • (п-Ом + В‘0^) • нс
где Ку—количество ключевых участков, Ом—моногенный (про-
стой) ореол загрязнения, Оп — гетерогенный (сложный) ореол загряз-
нения, п — число учитывающихся групп техногенных воздействий, в —
количество вариантов сложных ореолов загрязнения, нс — необходимое
число временных срезов (необходимый ряд наблюдений), р—коэффи-
циент, отражающий число вариантов ключевых участков в зависимости
от конечного сброса загрязнителя (меняется от 1 до 3).
6.2. Содержание и некоторые методы ландшафтно-геохимических
работ на ключевых эталонах
Методы исследований зоны техногенеза в районах добычи угле-
водородного сырья должны рассматриваться только в контексте конк-
ретных задач, которые в общих чертах могут быть сведены в следующие
крупные группы: 1) оценка современного состояния природных систем,
основанная на инвентаризации реальных изменений морфологических
свойств и геохимического состояния природных ландшафтов; 2) анализ
тенденций хронологических изменений геохимических процессов —
прогноз развития зоны трансформации на определенные отрезки вре-
мени (Солнцева, 1981). В зависимости от задач методические подходы к
исследованиям имеют Некоторые отличия.
Наиболее распространенным методом полевых работ при изу-
чении зоны техногенеза являются исследования в системе трансею-
та— метод комплексных профилей, что позволяет выявить основ-,
ные взаимосвязи в системе: источник воздействия (техногенный по-
ток) — формы изменений природных систем.
Метод комплексных профилей применяется не только при эко-
лого-геохимических исследованиях, но также традиционных ланд-
шафтно-геохимических и физико-географических (при любых, мас-
штабах работ).
В наиболее простом случае (моногенные ореолы) профили зак-
ладываются от источника трансформации до зоны местной аккуму-
ляции (сброса) техногенного потока, а в случае диффузного ореола —
с выходом за пределы его морфологически видимых границ. Профи-
ли должны быть заложены так, чтобы хотя бы одной опорной точкой
(опорным разрезом) были охарактеризованы все морфологически
видимые зоны трансформации ландшафтов в пределах ореола. Чис-
34)
ло опорных точек и расстояние между ними определяются сложнос-
тью структуры наложенного ореола и его размерами,
Используя опыт работ на нефтепромыслах в разных природ-
ных зонах, можно считать, что для характеристики простого (моно-
генного) ореола необходимо не менее четырех точек наблюдения (ядро
ореола, средняя часть, краевая зона, внешний контур за пределами
морфологически видимых повреждений). Последняя точка нужна для
вскрытия возможных внутрипочвенно-грунговых потоков, не имею-
щих отражения в морфологическом облике ландшафта. С учетом не-
обходимой репрезентативности материала количество точек наблю-
дений должно быть утроено.
В случае сложных ореолов загрязнения, охватывающих разные
природные комплексы, геохимическая съемка территории выполня-
ется методом ландшафтно-геохимических сеток (вариант ландшафт-
но-геохимического картографирования). Такие работы осуществля-
ются по сети фиксированных профилей, число которых, простран-
ственная привязка и расстояние между профилями не имеют жестко
заданных параметров. Опыт исследований свидетельствует, что мор-
фология трансформированных ландшафтов может служить надеж-
ным полевым критерием для определения сети точек наблюдений. В
общем случае тип ландшафтно-геохимических сеток, число точек
наблюдений и их размещение в пределах ключевых участков определя-
ется особенностями исходной ландшафтно-геохимической структуры
территории и закономерностями ее техногенной трансформации.
Распределение точек наблюдения по румбам, как это часто прак-
тикуется, с экспоненциальным увеличением расстояний между точ-
ками по мере удаления от источника воздействия и без учета ланд-
шафтно-геохимической структуры территории недопустимо даже в
случае преобладающего воздушного переноса (факелы) загрязнителя
(см. рис. 2.5).
Уровни накопления загрязнителей в почвах определяются не только
расстоянием от источника воздействия, но и геохимией природных сис-
тем, принимающих техногенные потоки (способностью к его кумуля-
ции или отторжению), наличием геохимических барьеров и др.
Еще одним необходимым условием, диктующим густоту сети
опорных точек при изучении сложных ТЛГ систем, является необхо-
димость соблюдения статистической достаточности характеристик.
Следовательно, мелкие контуры могут иметь больше точек наблюде-
ния на единицу площади, чем крупные. Корректировка необходимо-
го и достаточного числа опорных площадок осуществляется после
составления рабочих карто-схем эталонных участков исследования.
Специфика задач при изучении трансформированных терри-
торий в ряде случаев определяет необходимость применения допол-
нительного комплекса исследований. Недостаточность только тради-
ционных полевых методов отмечается и в литературе. Так, В.К.Жуч-
342
кова и А.В.Донцева (1972) считают обязательными стационарные
ландшафтные наблюдения при анализе взаимовлияний природных
комплексов и инженерных объектов.
Работа на точках наблюдения. Основным полевым
методом изучения форм геохимического и морфологического преоб-
разования природных систем остается изучение вертикального раз-
реза почв и рыхлых отложений. Морфогенетический анализ может
применяться не только для общей диагностики состояния природных
систем, но также для определения их устойчивости или ранимости,
прогноза развития, определения вклада отдельных процессов в то или
иное преобразование системы в целом и отдельных ее компонентов
(Солнцева, 1981; Солнцева, Рубилина, 1992). Основные задачи, кото-
рые ставятся при изучении вертикального профиля почв: а) выяснить
характер распределения загрязнителя по почвенному профилю; б) изу-
чить морфологически проявленные формы взаимодействия поллю-
тантов с почвенной массой (морфологически выраженные ответные
реакции на ТГ воздействия). Однако общего подхода к морфологи-
ческой диагностике трансформированных природных систем и почв
в том числе пока не выработано. Принятые для обычных массовых
почвенных и ландшафтно-геохимических исследований приемы изу-
чения вертикального разреза почв и рыхлых отложений недостаточ-
ны для углубленного изучения сложных процессов трансформации и
перераспределения вещества в зоне техногенеза. Остаются нерешен-
ными проблемы информативности отдельных морфологических при-
знаков (на макро-, мезо- и микроуровнях) и комплексной диагности-
ки состояния и прогноза их развития.
Принципиальная трудность морфогенетического анализа свя-
зана с тем, что необходимы такие критерии, которые позволяли бы не
только констатировать наличие тех или иных изменений, но и оцени-
вать вероятность и направленность изменений во времени.
Перспективным здесь может быть: а) анализ признаков, свиде-
тельствующих о путях, характере и формах переноса вещества —
выявление каналов внутрипочвенного вертикального и бокового пе-
ремещения загрязнителей; б) изучение морфологических свойств почв
и грунтов^ ответственных за миграцию-аккумуляцию вещества —
выявление признаков, определяющих интенсивность и характер воз-
можного накопления мигрирующих (в истинных или коллоиднных
растворах и взвесях) компонентов.
При анализе природных почв используется несколько основ-
ных вариантов описания1 вертикального профиля:
1. Традиционное — погоризонтное с обязательной фиксацией
общих морфологических признаков: цвета, механического состава,
новообразований, структуры, плотности, влажности и др. Возмож-
ности морфогенетического анализа при таком подходе изложены в
монографии Б.Г.Розанова (1975).
343
2. Расчленение профиля по морфологическим проявлениям отдель-
ных элементарных процессов (Полынов, 1929,1930; Глазовская, 1964).
При таком подходе все морфологические признаки делятся на две груп-
пы: 1) свойственные отдельным горизонтам; 2) внегоризонтные (охва-
тывающие определенную часть профиля). Такой под ход позволяет уста-
навливать профильные соотношения разных геохимических процессов,
наличие или отсутствие корреляции между ними (рис.6.1).
Рис.6.1. Вариант “процессного” анализа морфологии почв
(по М.А.Глазовской, 1964)
3. Метод, основанный на представлении об иерархической орга-
низации и дифференциации твердой фазы почвенной массы (рис. 6.2)
и взаимосвязанности всех уровней (макро-, мезо- и микро-) органи-
зации почвенного тела (Таргульян и др., 1974).
Отличительной особенностью этого подхода служит одновре-
менное (полевое) изучение макро- и мезостроения почвенного про-
филя, что позволяет существенно расширить генетические возмож-
ности морфологического метода: обнаружить сложные сочетания
признаков различных элементарных процессов как для отдельных
горизонтов, так и профиля в целом.
344
Рис.6.2. Макро-, мезо- и микроморфологические признаки миграции и трансформации веществ в профиле дерново-палево-
подзолистой почвы (по В.О.Таргулыну и др., 1974)
22-1119
I п ш
ТГ (нанос) Ад
АС
С
Т1 ГЛ]
[Т1]
G1 [G1] [G1]
G2 [G2] [G2]
Рис.6.3. Варианты техногенного
переформирования вертикального профиля
тундровых торфянисто-глеевых почв.
I—Фоновая тундровая торфянисто-
глеевая; II — Погребенная тундровая
торфянисто-глеевая; Ш — Двучленная —
песчаная примитивная дерновая на
погребенной трансформированной
тундровой торфянисто-глеевой
Во всех случаях основной
упор делается прежде всего на
изучение генетических горизон-
тов. Однако в трансформирован-
ных почвах наличие системы ге-
нетических горизонтов (в их тра-
диционном понимании) как не-
пременной формы их структур-
ной организации необязательно.
При ТГ нагрузках не всегда со-
храняется исходный профиль:
некоторые горизонты могут от-
сутствовать или быть сильно
смещены, перемешаны и (или)
дополнены чужеродным мате-
риалом (рис. 6.3).
Поэтому при изучении
трансформированных почв, на-
ряду с выделением и изучени-
ем горизонтов, перспективны
признаки, характеризующие формы переноса и закрепления вещества.
Вследствие этого важнейшим методом полевых исследований следу-
ет считать выявление и изучение геохимических барьеров — систе-
мы ландшафтно-геохимических фильтров, обеспечивающих сепара-
цию загрязнителей в пространстве.
В природе обычно формируются комплексные и совмещенные
барьеры (Перельман, 1989; Касимов, 1982). Природные барьеры де-
лятся на две основные группы: определяющие вертикальную геохи-
мическую дифференциацию ландшафтов и определяющие их гори-
зонтальную (площадную) контрастность (Солнцева, 1981; Солнцева,
Касимов, 1978, 1982).
Критериями выявления барьеров служат определенные харак-
теристики природных комплексов, в частности, границы различных
геохимических обстановок (например, границы между заболоченны-
ми и дренированными ландшафтами, где происходит смена окисли-
тельно-восстановительных условий).
Из теории геохимических барьеров (Перельман, 1989) следует,
что классы геохимических барьеров и их структура специфичны для
разных природных условий (геохимических обстановок) и жестко
связаны с характером природной миграционной структуры террито-
рии. Перестройка последней в связи с обустройством и эксплуатаци-
ей месторождений с неизбежностью влечет и изменение форм геохи-
мических барьеров (Солнцева, Касимов, 1978, 1982). Изменение
346
любого из параметров, определяющих структуру барьеров, обязатель-
но вызовет их преобразование. Отсюда, зная состав поступающих
техногенных потоков, особенности исходных природных систем и
протекающих в них процессов, с определенной долей вероятности
можно прогнозировать вероятность “удержания” ТГ веществ или их
“прорыва” в другие природные объекты, что зависит от класса и по-
тенциальной емкости барьеров.
Места локализации загрязнителей и их состав обусловлены
технологией производства. Анализ технологической цепочки в ряде
случаев позволяет предсказать возможность возникновения качествен-
но новых типов барьеров, не характерных для местных природных
условий. Так, поступление карбонатов или любых щелочных раство-
ров в кислые почвы таежных или тундровых ландшафтов вызывает
резкие изменения реакции среды и возможность изменений местных
геохимических барьеров (рис.6.4).
да Li, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Mg, U, As, Mo, Th
—
да Li, Mg, Zn, Мо, U,Pb
Fe, Мп, Со, Ni, Sr, Ba,Cd,Hg
Рис.6.4. Пример возможной перестройки структуры геохимических барьеров при
изменении pH среды (поступление щелочных загрязнителей в кислые почвы).
Д2-ДЗ — индекс типа концентраций элементов на геохимическом барьере (по
АЛПерельману, 1975); в верхней части квадрата—парагенная ассоциация элементов,
подвижных в данных условиях; в нижней — элементы, которые могут осаждаться на
этих барьерах.
Поступление аналогичных веществ в почвы степных ландшаф-
тов, для которых карбонаты являются типоморфными соединения-
ми, а реакция среды нейтральная —• слабощелочная — не вызывает
сдвига почвенно-геохимических процессов, поэтому геохимические
барьеры в таких случаях практически не перестраиваются.
Пространственный анализ и оценка имеющихся природных
барьеров очень важны с двух точек зрения: 1) возможности исполь-
зования (или усиления) некоторых свойств ландшафтов для ограни-
чения территориального распространения загрязнителей; 2) опреде-
ления пограничных территорий — переходных между контрастны-
ми фациями. Эти участки, как правило, наиболее уязвимы и одно-
временно агрессивны относительно технических сооружений.
347
Изучение барьеров является важной составной частью комп-
лексных ландшафтно-геохимических исследований зоны техногене-
за, в том числе и на территории промыслов.
Опробование почвенно-литологических субстра-
тов выполняется бороздковым методом. Общее количество проб оп-
ределяется сложностью строения вертикального профиля почв и рых-
лых отложений, с одной стороны, и глубиной проникновения загряз-
нителя — с другой. Для полной характеристики процессов вне зоны
мерзлоты в среднем из разреза отбирается 8-10 проб, в северных мер-
злотных ландшафтах — 5-7 проб.
При изучении потоков загряз-
Рис.6.5. Схема расположения точек
гидрохимического и литохимического
опробования.
1 — порядок водотоков. Точки отбора
проб: 2 — по сети, соответствующей
масштабу работ; 3 — в местах впадения
притоков в основной водоток (“замок”);
4 — в местах морфологически
видимых (или известных) ореолов
загрязнения
нения применяется гидро- и лиго-
химическое опробование водотоков.
Примерная схема распределения то-
чек наблюдений приведена на
рис.6.5. Основные задачи: 1) оценить
общее загрязнение территории про-
мысла (группы промыслов);
2) вскрыть вероятность и интенсив-
ность формирования в донных отло-
жениях вторичных источников заг-
рязнения поверхностных вод; 3) оп-
ределить вероятную интенсивность
давления территории нефтедобычи
на сопряженные ландшафты за
пределами добывающих районов.
Количество точек наблюде-
ний определяется исходя из сум-
марной протяженности всех водо-
токов территории, числа точек
сбросов в них загрязнителей (мор-
фологически видимых по берегам
водотоков и известных из докумен-
тации аварий).
Шаг опробования определя-
ется масштабом работ, но не пре-
вышает 500 м. Сгущение сети опробования осуществляется в мес-
тах впадения более мелких водотоков в основное русло*. Опробова-
ние поверхностных вод и донных отложений осуществляется в одних
и тех же точках. Кроме того, должны быть опробованы замкнутые
’ В случае, если водотоки первых порядков короткие (менее 500 м), их опробование
по сети можно заменять опробованием в устье водотока (“замке”).
348
водоемы, если они есть на территории (естественные и искусствен-
ные), а также грунтовые воды — пробы воды из шурфов. Необходи-
мые приемы консервации воды приведены в табл.6.5.
Таблица 6.5
Условия консервации компонентов при отборе проб воды
(по И.А.Клименко,1987).
Компонент, показатель Объем воды Условия консервации Требование к емкости для отбора пробы
NH/,NH3 50 1 мл концентрированной H2SO4 или 2-4 мл хлороформа Стеклянная или полиэтиленовая
НСОз" 100 не консервируют W
Fe 100 —"— —н—
К*, Са2*, Mg2* 50 —«— —н—
Мп 500 5 мл концентрированной азотной кислоты Полиэтиленовая
Нефть и нефте- продукты 2000 не консервируют Стеклянная с притертой пробкой
pH w' Стеклянная или полиэтиленовая
H2S, HS" 100 —и— Стеклянная
NO3, NO2 50 1 мл концентрированной H2SO4 или 2-4 мл хлороформа Стеклянная или полиэтиленовая
Фенолы летучие 1000 4 г едкого натра Стеклянная с притер- той пробкой
Потреблений кислорода (ХПК) 500 1 мл концентрированной H2SO4 Стеклянная
Окисляемость перманганатная 100 1-2 мл концентрированной H2SO4 Стеклянная
Необходимые аналитические исследования для выпол-
нения ландшафтно-геохимических работ на промыслах приведены в
табл. б.б. Виды анализов определяются характером решаемых задач и
особенностями загрязнителей, сбрасываемых в окружающие ландшаф-
ты. Геохимическая специфика любых типов ТГ потоков, характерных
для нефтедобывающих промыслов, определяет необходимость обязатель-
ного анализа состава и концентраций водорастворимых соединений и
битуминозных веществ (БВ), включая некоторые полициклические аро-
матические соединения (и прежде всего 3,4 бензпирена).
Изменение состава почвенных растворов и поглощающего ком-
плекса предопределяет трансформацию щелочно-кислотных условий
и требует данных о pH почвенных суспензий.
349
Таблица 6.6
Виды анализов, необходимых для изучения трансформации компонентов
природной среды в районах добычи углеводородного сырья
Объекты изучения Виды анализа
Почвы, грунты, донные отло- жения Водная вытяжка pH водных и солевых суспензий Органический углерод и битуминозные вещества (сумма неф- тепродуктов) Групповой состав ПАУ (включая 3,4 бензпирен) Обменные катионы (Са2+, Mg2*, Na+, Н*, Аг) Емкость катионного обмена Гидролитическая кислотность Элементы питания (К2О, ЫН«, NO3, Р2О5) Подвижные формы (вытяжки) — Fe, Al, Мп, Si Валовый (силикатный) состав Мезо- и микроморфологический анализ почв и грунтов Микроэлементы
Воды Полный химический анализ Органический углерод Нефтепродукты Групповой состав ПАУ (включая 3,4 бензпирен) Фенолы
Воздух Углеводороды ПАУ (включая 3,4 бензпирен) H2S, NO» СО„ Hg
Сдвиг окислительно-восстановительных характеристик природ-
ных систем в результате развития вторичных глеевых и птее-болот-
ных процессов (см. пт.4) в сочетании с изменениями pH среды при-
водит к увеличению или уменьшению подвижности элементов, что
делает необходимым контроль за концентрациями и возможностями
миграции ряда элементов (Fe, Al, Мп, Si), включая их подвижные и
валовые формы.
Для оценки потенциальной биологической продуктивности
трансформированных почв (особенно при разработке рекомендаций
по их оптимизации) важны определения содержаний Сорг и элемен-
тов питания.
Изучение химического состава растений ставит своей це-
лью: а) определить допустимость (или недопустимость) исполь-
зования растений с загрязненных площадей в пищу (человека или
домашних животных); б) определить химический состав разных
групп растений для создания оптимальных вариантов культурных
фито’ценозов. Минимальный набор аналитических исследований
должен включать определение уровней возможного накопления
канцерогенных и мутагенных углеводородов, зольного и микро-
элементного состава растений.
350
Изучение изменений химического состава природных вод, кро-
ме экологической оценки, имеет и гигиеническую направленность, что
определяет необходимость анализа содержаний органических веществ,
нефтепродуктов и ПАУ.
Последовательность операций, необходимых для интегральной
оценки экологической опасности воздействий нефтегазодобывающе-
го производства на среду, приведена на рис. 6.6.
Рис. 6.6. Последовательность операций по оценке экологической опасности
‘ воздействия производства на природную среду
Существует несколько основных этапов исследований, разли-
чающихся по видам работ и методическим приемам их выполнения,
рис. 6.6; табл.6.7.
Основные этапы работ:
1. Предварительное изучение отраслевых материалов, предус-
матривающее, кроме анализа технологической схемы производства,
также проработку всех частных материалов о природных условиях
территорий, планируемых для исследований, включая дешифриро-
вание аэрофотоснимков.
Результатом этого этапа является подготовка специальной кар-
тографической основы с выделением на ней основных типов природ-
ных ландшафтно-геохимических обстановок и предварительный вы-
бор необходимых серий ключевых эталонов.
351
Таблица 6.7
Схема проведения эколого-геохимической оценки состояния
природной среды
Этапы исследований Виды работ и методические прие- мы выполнения Получаемые результаты
Предварительные ис- следования: изучение отраслевых материа- лов (включая норма- тивные документы) н экологического по- тенциала оцениваемой территории Сбор и обработка фондовой и спе- циальной литературы и проектных документов. Изучение аэрокосми- ческих материалов. Типизация природных н техногенных факто- ров Материалы предварительной оценки дифференциации ландшафтов террито- рии (предварительные картосхемы, экс- пликация основных типов природных комплексов, их специфика и разнообра- зие). Привязка нарушенных территорий к топографической основе.
Выбор участков ис- следований: а) ключе- вых эталонных объек- тов (хорологических, хроно- и фоновых ря- дов); б) модельных площадок для динами- ческих наблюдений; в) территорий-анало- гов (в случае необхо- димости оценки тер- риторий предпола- гаемого освоения) Рекогносцировочные аэровоздуш- ные исследования с целью уточне- ния дешифровочных признаков. Окончательный выбор и привязка к топографической основе серий ключевых эталонов для детальных работ. Если есть, возможность, - аэросъемка ключевых территорий Схематические планы ключевых этало- нов (с учетом маркшейдерских данных), либо аэрофотоснимки эталонных объек- тов. Уточнение дешифровочных при- знаков (для фоновых и трансформиро- ванных ландшафтов)
Собственно полевые работы Привязка ландшафтно-геохи- мических профилей и сеток; раз- метка сети опорных точек наблю- дения. Ландшафтно-геохимичес- кое профилирование и картогра- фирование. Динамические наблю- дения на модельных площадках. Морфологический анализ опорных разрезов, выявление барьеров. Оценка радиальных и латеральных закономерностей миграции и ак- кумуляции поллютантов Пробы почв, грунтов, поверхностных и почвенно-грунтовых вод, донных от- ложений, растений (если они сохра- нились или возобновились). Карты, кар- то-схемы, комплексные профили по- врежденных природных систем, в необ- ходимых случаях и их компонентов (рельефа и рельефообразующих процес- сов, почв, растительности). Схемы ра- диальной и латеральной структуры оре- олов загрязнения битуминозных ве- ществ. Карты, карто-схемы, комплекс- ные профили фоновых эталонов- аналогов
Первичная обработка материалов Подготовка проб почв, грунтов, вод, растений к анализу; изучение их физико-химических свойств. Исследования вещественного со- става загрязнителей Ведомости аналитических исследова- ний. Статистические данные первичной обработки аналитических материлов по фоновым и загрязненным почвам
Оценка состояния природной среды Обработка и интерпретация поле- вых и аналитических материалов. Мезо- и микроморфологическиё исследования проб с ненарушен- ным строением (под бинокуляром и в шлифах) Оценка закономерностей миграции и кон- центрации загрязнителей в природных системах. Выявление механизмов и разра- ботка моделей миграции поллютантов в почвах. Карты инвентаризации. Оценю! устойчивости преобразования природных систем и их компонентов. Анализ само- очишаюших возможностей ландшафтов. Оценка возможных эволюционных трен- дов развития природных систем - прогноз их изменений во времени и пространстве. Разработка системы мониторинга и пре- дложения по рекультивации ТГ наруше- ний ландшафтов
2. Маршрутные исследования для окончательного выбора клю-
чевых эталонов и привязки ландшафтно-геохимических сеток или
профилей к территории ключевых объектов, разметка сети опорных
точек наблюдений. Составляется план проведения собственно поле-
вых работ на каждом участке и карты-схемы основных зон транс-
формации местных природных систем с фиксированной на них се-
тью точек наблюдений.
3. Собственно полевые ландшафтно-геохимические и почвен-
но-геохимические работы, включающие, кроме общих исследований
на каждой точке наблюдения, еще и стационарные, и полустационар-
ные динамические наблюдения на модемных площадках за режи-
мом миграционных потоков загрязнителей, процессов их метаболиз-
ма и состоянием трансформированных природных систем. Изучают-
ся свойства преобразованных почв: закономерности распределения
поллютантов в их профиле, морфологические изменения, появле-
ние —разрушение геохимических барьеров. Выполняется отбор проб
почв, рыхлых отложений, вод и растений для последующего анализа.
Завершающим этапом полевых исследований является состав-
. ление карт типов повреждений природных систем или их компонен-
тов (карты инвентаризации) и карт условий миграции вещества.
Материалы полевых исследований должны быть статистичес-
ки достоверны и достаточны для понимания процессов преобразова-
ния природных систем на рассматриваемой территории. Качество
собранных материалов определяет достоверность окончательных оце-
нок состояния среды, ее устойчивости-уязвимости, глубины уже име-
ющихся сдвигов, вероятности и активности самовосстановления. На
этих же материалах базируются практические рекомендации по оп-
тимизации природопользования.
Заключение
Проблемы влияния добычи нефти (как и других видов углево-
дородного сырья) на природные системы (почвы, грунты, поверхно-
стные и подземные воды, ландшафты в целом) в настоящее время
концентрируются главным образом на вопросах их загрязнения не-
фтью и нефтепродуктами. Однако на промыслах существенная часть
экологических конфликтов связана также с: а) выбросами минерали-
зованных промысловых стоков, буровых растворов, шламов и дру-
гих геохимически активных компонентов; б) механогенным разру-
шением ландшафтов при строительстве технических сооружений
и(или) работе тяжелой техники; в) преобразованием геофизических
полей (например, из-за отепляющего действия скважин и трубопро-
водов, формирования депрессионных воронок или репрессионных
полей). Кроме того, на территориях промыслов установлено загряз-
нение природных сред из-за миграции к поверхности нефти и пласто- '
вых вод по зонам трещиноватости с разгрузкой в подземные, почвен-
но-грунтовые и поверхностные воды (Оборйн, Стадник, 1996) и по-
стоянное движение флюидов вдоль искусственных подземных кана-
лов (скважин) с выбросом углеводородов в грунты, воды, атмосфе-
ру (НКришталь, И.Кришталь, 1985; Пиковский, 1993). Активность
суммарного “дыхания” месторождений возрастает по мере увели-
чения сроков их эксплуатации.
Мощный техногенный и природно-техногенный пресс приводит
к региональному разносу загрязнителей - формированию четко вы-
раженных региональных геохимических полей, в пределах которых
выделяются локальные участки высоких и чрезвычайно высоких
концентраций поллютантов - ореолы загрязнения.
Несмотря на то, что катастрофические выбросы (типа Усинс-
ких) редки, а объем отдельных аварийных сбросов чаще всего отно-
сительно невелик (например, на трубопроводах средний объем уте-
чек составляет около двух тонн), суммарное количество загрязните-
лей, фиксирующееся в подземной среде и наземных ландшафтах,
может быть чрезвычайно.высоко. Уже сейчас отдельные нефтедо-
бывающие территории приближаются к районам экологического бед-
ствия (отсутствует пресная вода, засолены и замазучены почвы, грун-
ты и Т.Д.).
Накопление токсикантов в наземных ландшафтах промыслов
и подземной геологической среде, сопровождаемое изменениями
геофизических полей и механогенными нарушениями субстратов,
приводит к формированию весьма специфических объектов - “хими-
ческих бомб замедленного действия” (Chemical time bombs - СТВ).
Так, закачивание в недра сточных вод для поддержания пластового
давления создает условия, способствующие формированию подзем-
ных СТВ, “взрыв” которых осуществляется при превышениях кри-
354
тических давлений, в результате чего происходят массовые перето-
ки флюидов, приводящие к загрязнению и засолению подземных и
почвенно-грунтовых вод, родников, засолению почв, подтоплению и
заболачиванию ландшафтов.
Наземные СТВ - это многочисленные ореолы загрязнения.
Интенсивность и формы “взрыва” таких СТВ обусловлены геохими-
ческой активностью образующих их поллютантов и свойствами при-
нимающих ландшафтов. Геохимические особенности вмещающих
природных систем могут как усиливать, так и ослаблять взрывной
потенциал СТВ.
Собственно техногенные преобразования наземных и подзем-
ных природных систем (загрязнение и формирование СТВ, механо-
генное разрушение и переустройство геофизических полей) - это
только начало - пусковые механизмы сложнейших вторичных (пост-
техногенных) процессов. Результаты (конечные или промежуточные)
часто более опасны, чем породившие их первичные импульсы.
Многолетние (более двадцати лет) наблюдения за динамикой
процессов преобразования природных систем в разных биоклимати-
ческих условиях (от тундр до широколиственных лесов и лесосте-
пей) свидетельствуют, что существуют как общие для любых реги-
онов, так и специфические формы ответов-следствий.
Общие формы вторичных изменений, характерные для любых
добывающих районов, вне зависимости от экологического потенциа-
ла ландшафтов включают: 1) нарушения исходных балансов веществ
и элементов, в том числе: а) устойчивое изменение их кларков; б) -
формирование дисбалансов (например, расширение отношений C:N
в элементном составе гумуса в нефтезагрязнённых почвах); 2) на-
рушения динамических равновесий и дестабилизацию природных
почвенно-геохимических и ландшафтно-геохимических процессов,
вследствие чего любые техногенные нагрузки вызывают в природ-
ных системах цепные реакции изменений текущих физико-химичес-
ких и биотических процессов - запускается механизм последующей
смены их состояний (в частности, из-за мощных галогеохимических
процессов).
Специфические формы вторичных ответов-следствий имеют
ясно выраженный географический аспект - одни и те же ТГ нагрузки
в разных природных обстановках приводят к неодинаковым резуль-
татам. Например, в мерзлотных ландшафтах (Ямал) изъятие грун-
тов из карьеров приводит к посттехногенному “злокачественному
разъеданию” ландшафтов, в то время как вне зоны криогенеза по-
добных катастрофических посттехногенных разрушений территории
из-за механогенных нагрузок не происходит.
Другой характерный пример географической дивергенции - это
различия посттехногенных ландшафтно-геохимических ответов-
следствий на воздействия пластовых жидкостей. Так, в мерзлотных
355
ландшафтах возникают (или усиливаются) процессы глеегенеза, плы-
вунности и тиксотропности почв и грунтов, тогда как в аридных лан-
дшафтах те же ТГ нагрузки чаще всего приводят к цементации, гуцро-
низации и отакыриванию.
Обнаружение общих механизмов трансформации структуры
природных и природно-техногенных миграционных потоков и законо-
мерностей посттехногенного преобразования свойств природных си-
стем (почв и ландшафтов) в пространстве и времени позволило сфор-
мулировать концепцию стадиального диссонанса их ТГ обусловлен-
ного развития. Основные положения Концепции сводятся к следую-
щему:
1. Дестабилизация исходных природных процессов приводит к
непрерывной смене свойств и состояний преобразуемых объектов -
возникновению эволюционных рядов их развития.
2. Параметры, характеризующие эволюционный ряд (особен-
ности физико-химических процессов и соответствующие им свойства
и состояния объекта), зависят прежде всего от типа пускового меха-
низма (ТГ фактора). Но и в сфере влияния любого генетически од-
нотипного фактора (например, нефти или минерализованных вод) про-
исходит пространственное варьирование свойств и состояний при-
родных объектов. Основные причины пространственной диверген-
ции: а) фракционирование смесей поллютантов на пути их внутри-
почвенной миграции; б) возрастание роли продуктов вторичных ре-
акций в составе мигрирующих растворов (по мере удаления от ис-
точника воздействия). Эти же процессы приводят к запаздыванию
(асинхронности) однофазовых посттехногенных изменений в почвах
и ландшафтах разных частей ореола загрязнения (гл. 4).
3. Устойчивость пространственной дивергенции физико-хими-
ческих процессов, определяющих характерную структуру эволюци-
онных рядов, лежит в основе устойчивости проявления пространствен-
но-временного диссонанса их стадиальных свойств и состояний.
Вытекающие из концепции стадиального диссонанса модели
преобразования ландшафтов территорий промыслов (включая не толь-
ко загрязненные, но и механогенно нарушенные земли) - теоретичес-
кая основа решения многочисленных, плохо разработанных (или во-
обще не разработанных) инженерно-экологических задач. Среди них
основные:
Недостаточная разработанность научно-методи-
ческой базы оценок воздействия на окружающую среду
(ОВОС). Согласно Положению об оценке воздействия на окружа-
ющую среду в Российской Федерации (1994) ОВОС, осуществляет-
ся с целью выявления последствий реализации хозяйственной дея-
тельности. Одновременно результаты ОВОС должны использовать-
ся при разработке проектной документации предполагаемой деятель-
ности. Порядок сбора информации для ОВОС (перечень необходи-
356
мых материалов, их качество и содержание), а также заключение по
результатам ОВОС регламентируются Государственными законода-
тельными актами и отраслевыми инструкциями. Однако существу-
ющая нормативная и методическая база (включающая и Государ-
ственные правовые акты и отраслевые инструкции) недостаточны
для успешного выполнения ОВОС как документа, позволяющего
использовать его не только формально (как элемента, необходимого
для прохождения экспертизы), но и для истинной экологизации произ-
водственной деятельности и последующих уменьшений затрат на
восстановление земель, штрафные санкции и т.д.
Методическая база ОВОС не унифицирована. Попытки вне-
дрить западную систему ОВОС встречают значительные трудно-
сти. В России принят природно-экологический (преимущественно
научный) подход и единая система Государственного контроля. За
рубежом применяется общественно-политический (междисциплинар-
ный) подход и рассредоточенная система контроля. В каждой сис-
теме есть свои плюсы и минусы. Отсутствие единой обоснованной
методической базы выполнения ОВОС на всех его стадиях затруд-
няет и удорожает (из-за многочисленных доделок и переделок после
экспертизы) проектные работы.
Среди нерешенных научно-методических вопросов важнейшее .
место занимают проблемы методического и нормативного обеспе-
чения анализа цепочек “воздействие-последствие”. В настоящее
время по сути дела нет нормативной базы для всеобъемлющей оценки
риска нефтегазодобывающего производства. Не определены: а) на-
бор обязательно оцениваемых воздействий и оцениваемых парамет-
ров — перечень необходимых для разных биоклиматических усло-
вий цепочек — “воздействие-последствия”; б) “дробность” ответов
(количество учитываемых в цепочке откликов) и их пространствен-
но-временной масштаб.
Как правило, не регламентировано и остается без ответа все,
что связано с отдаленными следствиями: а) параметры вторичных
ореолов; б) характеристики вторичных ответных реакций компонен-
тов природной среды, включая отдаленные физико-химические и
биотические изменения; в) устойчивость трансформированной сре-
ды (включая устойчивость техногенно обусловленных изменений) и
ее вторичная агрессивность к встроенной в нее технике.
Понятно, что чем выше разнообразие анализируемых цепочек
“воздействие-последствие”, чем больше пространственно-времен-
ной масштаб оцениваемых изменений — оцениваемых элементов в
цепочке, тем полнее и точнее получаемые прогностические харак-
теристики, точнее оценки риска: а) возможного уровня трансформа-
ции природных систем; б) возможных форм и опасности “последей-
ствия” (включая вероятность отсроченных экологических катастроф
в результате “взрыва” СТВ). Однако, как следует из анализа конк-
357
ретных ОВОС, количество оцениваемых цепочек и глубина экологи-
ческого анализа невелики и чаще всего ограничиваются уровнем:
авария - площадь загрязнения - концентрации поллютанта (главным
образом нефти и нефтепродуктов) в объекте (почвах, грунтах, во-
дах). Недостаточная полнота анализируемых элементов цепочки
ограничивает возможности практического использования экологичес-
ких сведений при разработке проектных решений и затрудняет оцен-
ку возможных масштабов нарушений, приводит к неопределенности
и слабой обоснованности получаемых прогнозов.
Следующая крупная научно-методическая проблема, напря-
мую связанная с ОВОС, - отсутствие общей концепции использова-
ния экологических сведений при разработке проектов обустройства
и эксплуатации месторождений*. Соответственно нет и необходимой
нормативно-методической базы для решения подобных задач. В то
же время проблема устойчивого функционирования добывающего
производства и управления экологическими рисками не может сво-
диться только к задачам обеспечения безаварийной работы техни-
ки. В мире нет ни одного промысла, где не возникали бы те или иные
аварийные ситуации (ошибки в проектировании и технологии, брак
при строительстве, ошибки персонала и, конечно, достаточно высо-
кая агрессивность добываемого сырья и применяемых реагентов).
Одной из форм снижения вероятных негативных последствий при
добыче углеводородного сырья может быть использование экологи-
ческого потенциала среды для минимизации: а) распространения пятна
загрязнения (максимального уменьшения площади первичного орео-
ла); б) вторичного (скрытого) разноса поллютантов; в) вероятности
загрязнения природных вод; г) изменений геофизических полей; д) -
разрушения технических объектов из-за агрессивности среды и т.д.
Одно из наиболее узких мест - отсутствие научно обоснован-
ной методики территориальной привязки технических объектов к
местности. В то же время грамотное использование экологического
потенциала ландшафтов позволит: а) минимизировать площади пер-
вичных ореолов, б) уменьшить риск попадания поллютантов в по-
чвенно-грунтовые и поверхностные воды; в) заблаговременно вы-
делить участки максимального риска, где надо быть готовыми к
аварийным ситуациям.
Разработка такой методики сдерживается отсутствием диф-
ференцированных для разных биоклиматических и ландшафтно-гео-
химических условий сведений о: а) потенциально возможных объе-
мах нефти и нефтепродуктов, которые могут быть удержаны в том
или ином ландшафте; б) потенциале вторичной нефтеотдачи и веро-
’ Исключение составляют методика определения ущерба при разливах нефти (Ме-
тодика определения...,! 996) и ориентировочные нормативы допустимой близости
технических сооружений к водным объектам.
358
ятной площади возможного вторичного разноса прллютантов; в) при-
чинах аварийных ситуаций (включая агрессивность ландшафтов к
встроенной технике).
Для инженерных прогнозов первичного и посттехногенного рас-
пространения в ландшафтах наиболее часто встречающихся на про-
мыслах загрязнителей (нефти и промысловых стоков) необходимы
данные о: а) потенциальных нефте-, солеемкости, а также нефте-,
солепроницаемости основных типов почв на пути движения ТГ пото-
ков; б) потенциальной нефте-, солеотдачи тех же почв. От таких по-
казателей (с поправкой на положение источника воздействия в рель-
ефе и на характер обводненности ландшафтов) зависят длина пробе-
га поллютантов и площади ореолов загрязнения. Но, к сожалению,
подобных данных очень мало и они не систематизированы.
Экспериментальные определения нефтеемкости и нефтеотда-
чи разных типов почв (выполненные на примере почв тундровых лан-
дшафтов ЕТР) показали чрезвычайно высокую естественную вари-
абельность этих параметров в зависимости от: а) генетических
свойств почв; б) их влажности в момент загрязнения. Суммарное
количество нефти и нефтепродуктов, которое способно удержаться в
ландшафтах, зависит от мощности доступного для миграции поллю-
танта почвенного пространства и сорбционных свойств субстратов.
Поэтому даже при одном и том же уровне влажности потенциально
возможное содержание нефтепродуктов, первично удерживаемое в
объеме почвенного тела*, может различаться более чем на поря-
док. В несколько раз различаются и уровни нефтеотдачи разных ти-
пов почв. Пространственное варьирование этих показателей опреде-
ляет “коэффициент полезного действия” почвенного покрова. Для
оценок “конечных” площадей нефтезагрязненных земель необходи-
мо для каждого типа почв получить параметры стандартных соот-
ношений: остаточная (“неподвижная”) нефть, главным образом сор-
бционно закрепленная—вторично миграционно способная нефть (трё-
щинно-порово-капиллярная). Эти показатели, как и предельная (мак-
симальная) нефтеемкостъ почвенной массы, — устойчивые генети-
ческие характеристики почв. Вследствие этого расстояние того или
иного технического сооружения от природного объекта, обязательно
подлежащего охране (водоема или водотока), не может быть жест-
ко задано, а должно рассчитываться в зависимости от параметров
* Сравнивалась предельная нефтеемкостъ почв — общее (интегральное) содержа-
ние нефтепродуктов в объеме почвенной призмы с площадью поверхности 1x1 м.
При этом вертикальная мощность призмы (ее нижняя граница) определяется гене-
тическими свойствами почв. Предельная нефтеемкостъ почв складывается из макси-
мальной потенциальной нефтеемкости отдельных генетических горизонтов, состав-
ляющих генетический профиль почв. Глубина потенциально возможной проницае-
мости почвенного тела должна оцениваться в полевых условиях (экспериментально
и эмпирически на до статочно большом статистическом материале).
359
природной среды, определяющих как возможность удержания, так и
активность вторичного сброса поллютанта. Исходя из этого, при про-
ектировании необходимо переходить от показателей предельного
объема выбросов к показателям предельно возможных параметров
(длины и площади) ореолов загрязнения.
Таким образом, для экологического обоснования привязки тех-
нических объектов к местности требуются данные о потенциальных
уровнях интегральной нефтеемкости — нефтеотдачи разных типов
почв, составляющих структуру почвенного покрова территории про-
ектируемого промысла.
Такой подход к проектированию ведет к обязательности вы-
полнения предпроекгных полевых исследований, а при необходимос-
ти и получения экспериментальных оценок некоторых базовых эко-
логических параметров (в частности, определение нефтеемкости-
нефтеотдачи почв конкретного месторождения).
Отсутствие обязательных для исполнения государственных и
отраслевых нормативных актов и методических материалов для
выполнения таких работ определяет формальный подход к ОВОС
(часто совершенно без полевых оценок), что “удешевляет” проекти-
рование за счет использования литературных (в лучшем случае фон-
довых) материалов, и как показывает опыт, часто вообще не относя-
щихся к территории проектирования. Такой подход не только много-
кратно увеличивает вероятность экологических рисков (особенно для
районов с плохо изученными природными свойствами и закономер-
ностями миграции-концентрации вещества в почвенном простран-
стве), но объективно ведет к значительному удорожанию эксплуата-
ции месторождения — программированию прямых убытков из-за
штрафов, длительных остановок работы части сооружений промыс-
ла (а иногда и всего промысла), ухудшения социально-экологических
условий, потери ресурсов и т. д.
Еще одной недостаточно решенной проблемой ОВОС являет-
ся отсутствие методов прогнозирования отдаленных следствий воз-
действия производства на почвы и ландшафты в целом. В настоя-
щее время прогнозирование базируется на качественных оценках
устойчивости-пластичности природных систем. В их основе лежит
принцип прогнозной информативности природных факторов (водного
режима и генетических свойств почв, биоклиматических парамет-
ров территории месторождения и др.). Использование для прогно-
зирования значений критических нагрузок затруднено из-за неразра-
ботанности данных показателей. Наиболее адекватные прогнозные
оценки воздействия нефтедобывающего комплекса на среду могут
быть получены только на базе пространственно-временных моде-
лей перестройки природных объектов, т.е. при учете стадиальной
“подвижности” характерных параметров трансформируемых природ-
ных систем (почв и ландшафтов).
360
Недостаточная разработанность методов рекульти-
вации нефтезагрязненных земель. Наиболее прогрессивные
современные подходы к ликвидации последствий разливов нефти на
суше исходят из принципа “не навреди”, что подразумевает приме-
нение методов всемерной стимуляции собственных возможностей
природных систем к самовосстановлению (Восстановление..., 1988;
Пиковский, 1993; Оборин, Стадник, 1996 и др.). Согласно данному
принципу восстановление нефтезагрязненных земель - многоэтапный
процесс, каждая стадия которого соответствует определенной пос-
ледовательности естественной геохимической и биохимической де-
струкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов и тому или
иному состоянию биоценозов (Пиковский, 1993; Оборин, Стадник,
1996). Несмотря на то, что принципиальная схема восстановления
нефтезагрязненных земель абсолютно правильна, положительные
практические результаты достигаются далеко не всегда, возможно
даже ухудшение экологического состояния природной среды и свойств
почв и увеличение сроков их восстановления (Оборин, 1996). Следу-
ет выделить несколько основных причин неоднозначности получае-
мых результатов:
1. Высокие остаточные (после механического удаления) содер-
жания нефти и нефтепродуктов.
Практически все применяемые в России способы механичес-
кого сбора поллютантов не обеспечивают необходимого уровня их.
удаления из почв и грунтов. Величина невытесняемого объема заг-
рязнителей меняется в разных природных зонах и зависит от: а) ге-
нетически обусловленных уровней потенциальной нефтеемкости-неф-
теотдачи почв; б) наличия структуры внутрипочвенных барьеров.
Остаточная потенциально подвижная нефть приводит к “растягива-
нию” ореола загрязнения и расширению площади скрытого (внутри-
почвенного) загрязнения, что приводит к ингибированию процессов
микробиологической деструкции нефти и резкому уменьшению ско-
рости процессов деградации нефтяных компонентов.. Проблема нор-
мирования остаточных содержаний нефти для оценки качества очи-
стных работ при ликвидации аварий достаточно сложна. Прежде всего
не решен вопрос, что считать критерием “безопасности” остаточ-
ных концентраций нефти в почве. Отсутствие научно-обоснованной
нормативной базы создает значительную неопределенность в оцен-
ках качества выполненных восстановительных работ.
2. Несовпадение реально существующих физико-химических
условий (Eh, содержание С орг., состояние ППК, степень засоленно-
сти почв и др.) на рекультивируемых площадях с параметрами, при
которых отрабатывались методические приемы восстановления неф-
тезагрязненных земель.
При опытно-методических работах используется обессолен-
ная нефть, в то время как основными загрязнителями на территории
23-1119
361
промыслов являются пластовые жидкости, содержащие так же и
минерализованные воды, поступление которых в почвы “включает”
мощные галогеохимические процессы, что существенно усугубля-
ет сложность рекультивации загрязненных почв, но не учитывается
в методических рекомендациях по восстановлению нефтезагрязнен-
ных земель.'Кроме того, все приемы их восстановления отрабаты-
ваются на мелкоделяночных опытных площадках и имеют краткос-
рочный (3-5 лет) характер. Вследствие этого не учитываются вто-
ричные процессы и пространственная дифференциация геохимичес-
ких полей, а без учета индивидуальных физико-химических характе-
ристик разных зон ореолов загрязнения (гл.3,4) стабилизация состоя-
ния и восстановление загрязненных территорий затруднены или не-
возможны.
3. Еще одной причиной сложностей при рекультивации нефтезаг-
рязненных земель является преувеличенное ожидание “чуда” от приме-
нения микробиологических препаратов. Но среди имеющихся средств
(как наших, так и зарубежных) фактически нет препаратов широкого
действия, в частности, одинаково эффективно работающих как в аэроб-
ных, так и анаэробных условиях. Каждый препарат имеет свои геохими-
ческие ограничения, вследствие чего, если применяемое средство хо-
рошо работает в верхнем горизонте (на поверхности почв), то внутри-
почвенная нефть ему, как правило, недоступна из-за иных аэровоздуш-
ных, щелочно-кислотных и других условий.
Исходя из концепции стадиального пространственно-временного
диссонанса процессов трансформации природных систем для восста-
новления нефтезагрязненных земель необходимо: а) предотвращение
формирования вторичных внутрипочвенных ореолов загрязнения; б) соз-
дание оптимальных (территориально дифференцированных в соответ-
ствии со структурой ореола загрязнения) физико-химических парамет-
ров среды, максимально стимулирующих восстановление (воссоздание)
биоценозов; в) улучшение солевого состава почв. Крайне важны стаби-
лизация парасолонцового процесса и окислительно-восстановительных
условий.
В соответствии с такой стратегией необходимые методы и при-
емы восстановления загрязненных земель должны меняться в зависи-
мости от: а) особенностей исходных природных комплексов, в которых
сформирован ореол загрязнения; б) времени с момента сброса ТГ пото-
ков - этапа посттехногенного развития ореола загрязнения; в) “продви-
нутости” вторичных (посттехногенных) почвенно-геохимических про-
цессов и их территориальной привязки - геохимической структуры орео-
ла загрязнения на момент проведения восстановительных работ.
Высокая скорость вторичных процессов преобразования нефте-
загрязненных земель и возможная глубина возникающих физико-хими-
ческих изменений определяют необходимость при проектировании ра-
бот по рекультивации таких земель для каждого участка, подлежа-
362
щего восстановлению, выполнить предварительную оценку их состо-
яния (с обязательным составлением плана пространственной геохи-
мической структуры территории). Без таких оценок восстановитель-
ные работы на нефтезагрязненных землях приводят, как правило, к
потере времени и денег. Бессмысленно, а часто и вредно применять
одни и те же мелиоративные мероприятия к разным стадиям транс-
формации экосистем.
Недостаточная разработанность методологий и
методов экологического мониторинга природной сре-
ды на территории промыслов.
Экологический мониторинг состояния окружающей среды на тер-
ритории нефтедобывающих комплексов — сложная задача, не имею-
щая в настоящее время однозначного решения. Ее трудность определя-
ется “объемностью” объекта — наличием наземной и подземной тех-
носферы. Кроме того, территории промыслов, хотя и представляют со-
бой единый природно-хозяйственный объект, но характеризуются огром-
ным количеством пространственно' разобщенных технических соору-
жений. При этом любое из них может стать источником аварий, приво-
дить к изменениям геохимических и геофизических полей и последую-
щей трансформации ландшафтно-геохимических и биотических процес-
сов, непосредственные и отдаленные следствия которых необходимо
предвидеть и контролировать. Вследствие этого система мониторинга
воздействия нефтедобывающих комплексов должна включать: а) мо-
ниторинг состояния геологической среды—геоэкологический, с конт-
ролем подземных и близповерхностных геохимических полей (Пиковс-
кий, 1993). Особое внимание должно быть обращено на состояние под-
земных вод (особенно питьевых); б) мониторинг состояния наземной
среды (ландшафтов)—собственно экологический. Концепция экологи-
ческого мониторинга ландшафтов нефтегазодобывающих комплексов
не разработана (по крайней мере соответствующих нормативных доку-
ментов, кроме самых общих, не существует). Нет достаточной ясности
и в вопросах, что же является объектами такого мониторинга, каковы
необходимые масштабы контроля и методы его выполнения?
Наиболее сложны вопросы мониторинга крупных и очень круп-
ных нефтегазодобывающих комплексов, для которых характерна зна-
чительная дифференциация природных условий.
Специфика месторождений углеводородного сырья и технологии
извлечения пластовых флюидов определяют необходимость ведения двух
систем мониторинга—регионального и локального.
Практическая равновероятность возникновения сбоев в работе
однотипных технических систем в разных частях промысла определя-
ет необходимость постоянного сканирования аварийных ситуаций—раз-
работки мониторинга аварий.
Высокая латеральная подвижность ТГ потоков, формирующихся
на промыслах, и постоянное “дыхание недр”, влекущие за собой регио-
363
нальный разнос поллютантов, определяют необходимость разработки
системы регионального мониторинга фонового загрязнения природной
среды, включающей: а) мониторинг фонового загрязнения почв; б) мо-
ниторинг состояния природных вод, региональное загрязнение которых
представляет опасность и для сопредельных территорий.
Из значительного числа рассредоточенных по территории про-
мыслов ореолов загрязнения обязательному контролю должны под-
лежать те, которые сформировались в природных объектах, имею-
щих самостоятельное экологическое значение (например, места гнез-
довий) или ореолы загрязнения, представляющие опасность для со-
предельных экологически значимых или особо охраняемых террито-
рий (водоохранных зон, промысловых рек, озер и др.).
Для ведения локального (импактного) мониторинга ореолов заг-
рязнения необходимо разработать методы его выполнения (опреде-
лить принципы расположения точек контроля, обязательно анализи-
руемые параметры, сроки между наблюдениями и другие элементы
мониторинга).
Затраты на мониторинг влияния нефтегазоконденсатных комплек-
сов на природную среду достаточно велики, но при правильном ведении
контроля они должны окупаться за счет снижения штрафных санкций.
С учетом сказанного, для оптимизации природопользования не-
обходимо:
1. Существенное корректирование методологии выполнения
ОВОС.
Следует преодолеть формальный подход к получению и исполь-
зованию оценок состояния природной среды. Не только желателен, но и
обязателен переход от описательных функций ОВОС к инженерно-при-
кладным. Получаемые в процессе разработки ОВОС экологические
параметры среды (с учетом ёмкостных свойств природных систем и
пространственно-временных моделей их посттехногенного развития)
должны использоваться еще на стадии проектирования - лежать в осно-
ве технических решений обустройства промыслов.
2. Уточнение принципов получения прогнозных оценок отдален-
ных последствий “взрывов” СТВ (дифференцированно для разных био-
климатических условий).
3. Разработать концепцию, методологию и методы регионально-
го экологического мониторинга природной среды в районах добычи уг-
леводородного сырья с учетом не только наземного, но и подземного
техногенеза.
4. Разработать комплекс научно обоснованных методов восста-
новления ландшафтов, трансформированных в процессе добычи углево-
дородного сырья (замазученных, засоленных, механогенно разрушен-
ных), с индивидуальной стратегией рекультивации почв (как в разных
биоклиматических условиях, так и в зависимости от зональной струк-
туры ореолов загрязнения, подлежащих рекультивации).
364
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Акульшина Н.П., Лобовиков Н.Н., Лобовикова В.Ф., Шуба-
ков А.А., 1989. Биологическая рекультивация нарушенных и загрязненных земель
на Европейском Севере.//Труды Коми научного центра Уро АН СССР, № 104, с.82-90.
Андреева Е.Н., 1981. Нефть и загрязнение среды на Американском Севе-
ре. Изв.АН СССР, сер.геогр., № 3, с.86-97.
Антонов-Дружинин В.П., 1991. Физико-географические предпосылки
оптимизации геотехнических систем Севера (на примере газотранспортной системы
Уренгойского месторождения). Автореферат дисс. на соискание ученой степени кан-
д.геогр.наук. Москва, 28 с.
Арманд Д.Л., Таргульян В.О., 1974. Некоторые принципиальные ог-
раничения эксперимента и моделирование в географии (принцип дополнительности
и характерное время).//Изв.АН СССР, сер.геогр., №4, с. 129-138. Мысль, с. 118-130.
Белов П.С., Голубева И. А., Низова С. А., 1991. Экология производ-
ства химических продуктов из углеводородов нефти и газа. М.: Химия, 253 с.
Большаков Ю.Я., 1995. Теория капиллярности нефтегазонакопления.М:
Наука, 184 с.
Бондаренко Л.А., Думова И.И., Мкртчян Г.М., 1988. Ими-
тационное моделирование экологического воздействия нефтедобычи на природную
среду в ЗСНГК.//Анал. и планир.топливно-энерг.комплекса Сибири. Новосибирск,
с.130-149.
Братцев А.П., 1988. Поглощение нефти и нефтепродуктов торфяными
почвами.//Влияние геологоразведочных работ на природную среду Болыпеземель-
ской тундры. Тр. Коми науч.центра Уро АН СССР, № 90, Сыктывкар, с.29-35.
Браун Дж., Граве Н. А. Нарушение поверхности и ее защита при освое-
нии Севера. Новосибирск, 88 с.
Брылев В.А., Харланов В.А., 1986. Изучение природно-технических
систем на примере нефтегазодобывающих районов Нижнего Поволжья. “Природа и
хозяйственная деятельность в Нижнем Поволжье”, Волгоград, с.75-81.
Гайнутдинов М.З., Храмов И.Т., Гилязов М.Ю., 1985. Загрязне-
ние почв нефтепромысловыми сточными водами. “Химия и с.х.”, № 3, с.68-71.
Гайнутдинов М.З., Самосова С.М., Артемьева Т.И., Гиля-
зов М.Ю., Храмов И.Т., Гайсин И.А., Фильченкова В.И., Жеребцо-
в А. К., 1988. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны Татарии.//
Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, с.177-197. .
Гилязов М.Ю., Рязанов В.И., 1989. Рекультивация техногенных со-
лонцов-солончаков в нефтедобывающих районах Татарской АССР.//Тез.докл. VIII
Всес.съезда почвоведов, кн. 1, Новосибирск, Наука Сиб.отд., с.216
Глазовская М.А., 1979. Способность окружающей среды к самоочище-
нию. Природа, № 3, с.71-79.
Глазовская М.А., Пиковский Ю.И., 1980. Скорость самоочищения
почв от нефти в различных природных зонах. “Природа”, № 5, с. 118-119.
Глазовская М.А., Пиковский Ю.И., 1981. Комплексный эксперимент
по изучению факторов самоочищения и рекультивации загрязненных нефтью почв
в различных природных зонах.//Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопре-
дельных средах. Тр. Ш Всес.совещ., Обнинск, Л.: Гидрометеоиздат, с. 185-191.
365
Глазовская М.А., Солнцева Н.П., 1984. Теория и методы геохимии
ландшафтов в приложении к оценке состояния и картографирования загрязненных
территорий.- В кн. Использование геохимических методов при изучении загрязне-
ния окружающей среды. М„ с.3-17.
Глазовская М.А., Солнцева Н.П., Геннадиев А.Н., 1986.Технопе-
догенез: формы проявлений./УУспехи почвоведения. М.: Наука, с. 108-114.
Глазовская М.А., 1988. Геохимия природных и техногенных ландшафтов
СССР. М.: Высшая школа, 32#с.
Груздев Б.И., 1987. Антропогенная трансформация видового состава ра-
стительных сообществ Большеземельской тундры.//Эколого-ценотическое и флори-
стическое изучение фитоценозов Европейского Севера. Сыктывкар, с.58-66.
Груздкова Р.А., Сурнин В.А., 1990. Распространение нефтяного заг-
рязнения в почве.//3агрязнение почв и сопредельных сред. Тр. йн-та эксперим.мете-
орол., М. Гидрометеоиздаг, вып.17(145), с.69-73.
Гусева О. А., 1996. Экспериментальное моделирование миграции нефти и
нефтепродуктов в почвах тундры ЕТР.//Тезисы докл. II съезда общ-ва почвоведов,
кн.1, с.160-161.
Дедков В.С., 1996. Диагностика антропогенных почв тундры полуострова
Ямал.//Тез.докл. II съезда общ-ва почвоведов, кн. 2, с.39-40.
Денисова Т.Б., 1976. Влияние на окружающую среду горнодобывающей
промышленности,- В кн. Природные ресурсы Русской равнины в прошлом, насто-
ящем и будущем. М.: Наука, с.254-258а.
Добровольский В.В., 1983. География микроэлементов. Глобальное рас-
селение. М.: Мысль, 272 с.
Добрянский Л, Н., 1988. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами экосис-
тем севера - важнейшая экологическая проблема.//Экология нефтяного комплекса.
М.. с.51-53.
Ельшина Т.А., 1986. Почвенные водоросли как индикаторы некоторых
видов техногенного загрязнения почвы (на примере загрязнений, связанных с неф-
тедобычей). Автореф.дисс.канд.биол.наук, Л., 16 с.
Жузе Т.П., 1986. Миграция УВ в осадочных породах. М.: Недра, 186 с.
Звягинцев Д.Г., Гузев В.С., Левин С.В., Селецкий Г.И., Обо-
рин А. А., 1989. Диагностические признаки различных уровней загрязнения по-
чвы нефтью.//Почвоведение, № 1, с.72-78.
Зимонина Н.М., 1996. Почвенные водоросли в условиях нефтяного заг-
рязнения (на примере Возейского месторождения Усинского района Республики
Коми). Автореферат дисс. на соиск. уч.степени канд.биол.наук, Сыктывкар, 27 с.
Исмаилов Н.М., 1990. Процессы самоочищения нефтезагрязненных почв
и пути их интенсификации. Автореф.дисс.докт.биол.наук, 47 с. '
Караваева Н. А., 1982. Заболачивание и эволюция почв. М., 296 с.
Кахаткина М.И., Цуцаева В.В., Новак А.В., 1986. Состав гумуса
пойменных почв, загрязненных нефтью.//Рациональное использование почв и по-
чвенного покрова Западной Сибири. Томск: изд-во ТГУ, с.89-97.
Киреева Н.А., 1991. Биологическая активность загрязненного нефтепро-
дуктами чернозема выщелоченного.//Почвы Среднего Поволжья и Урала, теория и
практика их использования и охраны. Казань, с.212-214.
366
Клименко И. А., 1987. Охрана окружающей среды при разведке и освое-
нии нефтяных месторождений. Обзор ВНИИ экономики минерального сырья игео-
логоразведочных работ. ВИЭМС, М., 53 с.
Клубов С.В., Кочетов М.В., Прозоров Л.Л. и др.,1995. Геоэколо-
гическое обоснование освоения ресурсов нефти и газа, экологическое аудирование и
ОВОС.//Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности. М., с.5-6.
Козин В.В., Нестерова С. А., 1992. Классификация антропогенных гео-
морфологических процессов и форм рельефа нефтегазопромысловых районов Тю-
менской области.//Проблемы географии Западной Сибири. Сб.научных статей. Тю-
мень, изд-во ТГУ, 200 с.
Козловский Ф.И., 1988. Современныеёстественные и антропогенные про-
цессы эволюции почв. Автореф. дисс. докт.геогр.наук, 50 с.
Костырев С.М., Лабутина С.Н., Головко А.В., 1991. Геотехничес-
кие факторы техногенеза гидросферы в районах нефтедобычи (на примере Осинско-
го месторождения).//Геол.исслед. и охр.окр.среды на Зап.Урале. Пермский дом на-
уки и техники Союза НИИ СССР. Пермь
Котляков В.М., Кочуров Б.И., Коронкевич Н.И., Антипова А.В.,
1990. Подходы к составлению экологических карт СССР.//Изв. АН СССР, сер.ге-
огр., №4
Кочуров Б.И., 1994. Пространственный анализ экологических ситуаций.
Автореф. дисс.канд.геогр.наук, М.: ИГ РАН, 39 с.
Лукьянчиков В.М., 1990. Закономерности растекания линзы нефтепро-
дуктов по поверхности грунтовых вод.//Изучение загрязнения подземных вод на
опытно-производственных полигонах. М., ВСЕГИНГЕО, с.28-33.
Маковский В.М., 1988. Влияние нефтезагрязнений на состояние болот-
ных экосистем в Сургутском Приобье.//Экология нефтегазового комплекса. М.,
с.203-206.
Мах кам о в М.М., 1990. Загрязнение подземных вод нефтепродуктами в
Ферганской области Узбекской ССРУ/Изучение загрязнения подземных вод нав опыт-
но-производственных полигонах., М., ВСЕГИНГЕО, с.72-73.
Михайлов Н.Н., Кольчицкая Т.Н., Джёмесюк А.В., Семенов -
Н. А., 1993. Физико-геологические проблемы остаточной нефтенасышенности. М.:
Наука, 173 с.
Молдаванов О.И., 1988. Обеспечение экологической безопасности в рай-
онах нефтегазового строительства.//Экология нефтегазового комплекса. М„ с.26-27.
Некрасова Л.С., 1990. Изучение почвенной мезофауны в районе нефтя-
ного загрязнения Среднего Приобья.//Животные в условиях антропоген. ланд-та.
АН СССР, Ур.О, Свердловск7 с.37-48.
Никифорова Е.М., Солнцева Н.П., Кабанова Н.В., 1987. Геохими-
ческая трансформация пахотных дерново-подзолистых почв под воздействием нефти.//
Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука, с.241-253.
Оборин А.А., Калачникова И.Г., Масливец Т.А., 1988. Самоочи-
щение и рекультивация нефтезагрязненных почв Приуралья и Западной Сибири.//
Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, с. 140-158.
Одинцова Т.А., Калачникова И. Г.. 1991. Применение геохимических ме-
тодов для изучения процессов восстановления нефтезагрязненных экосистем.//Про-
367
блемы техногенных изменений геологической среды и охраны недр в горнодобываю-
ших регионах. Тез.докл. регион.совещ., Пермь, с.107-108.
О кор ко в В. В., 1994. Солонцы и их коллоидно-химическая природа. Вла-
димир, 240 с.
Орлов Д.С., Аммосова Я.М., Бочарникова Е.А., Полякова А.А.,
1988. Методы оценки нефтезагрязненных почв.//Тез.докл. “Биотехнологические и
химические методы охраны окружающей среды. Самарканд, с.57-58.
Орлов Д.С., Аммосова Я.М., 1994. Методы контроля почв, загряз-
ненных нефтью и нефтепродуктамиУ/Почвенно-экологический мониторинг. М.: изд-
во Моск.ун-та,
Панов Н.П.,1986. Коллоидно-химическая сущность солонцообразования. //
Успехи почвоведения. М.: Наука, с.217-222.
Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н., 1986. Охрана окружа-
ющей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра,
Перельман А.И., Воробьев, 1995
Пиковский Ю.И., 1993. Природные и техногенные потоки углеводоро-
дов в окружающей среде. М.: изд-во Моск.ун-та, 207 с.
Природа, техника, геотехнические системы (под ред. В.С.Преображенского),
1978. М.: Наука, 151 с.
Рихлинг А., Левандовски В., 1996. Карта использования ландшафта -
основа для оптимального использования природных ресурсовУ/Природные ресур-
сы: рациональное использование и охрана. М., с.6-15.
Садов А.П., 1995. Распределение битуминозных веществ в почвах лесо-
тундры Западной Сибири (на примере Надым-Пурского междуречья).//Геоэколо-
гия в нефтяной и газовой промышленности. М., с.9-19.
Славнина Т.П., Кахаткина М.И., Середина В.П., Изверская Л.А.,
1989. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Основы использования и охраны
почв Западной Сибири. Новосибирск: Наука, с. 186-211.
Солнцева Н.П., 1981. Методика ландшафтно-геохимических исследова-
ний влияния техногенных потоков на средуУ/Техногенные потоки вещества в ланд-
шафтах и состояние экосистем. М.: Наука, с.41-77.
Солнцева Н.П., 1982. Геохимическая устойчивость природных систем к
техногенным нагрузкам (принципы и методы изучения, критерии прогноза).//Добы-
ча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М.:'Наука, с. 181-216.
Солнцева Н.П., Касимов Н.С., 1982. Техногенные потоки и ландшафт-
но-геохимические барьеры.//Иссле дования окр.среды геохимич.методами. М.:
ИМГРЭ, с. 15-24.
Солнцева Н.П., 1988. Общие закономерности трансформации почв в рай-
онах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели).//Восстаноз-
ление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, с.23-42.
Солнцева Н.П., 1995. Влияние добычи нефти на почвы Большеземельс-
кой тундры. Проблемы экологии при разработке нефтяных и газовых месторожде-
ний Крайнего Севера. М.: ВНИИГАЗ
Солнцева Н.П., Гусева О.А., Горячкин С.В'., 1996. Моделирова-
ние процессов миграции нефти и нефтепродуктов в почвах тундры ЕТР. Вести.
Моск.ун-та, сер. почвоведение, № 2, с. 10-17.
368
Стихарев А.Т., 1991. Изучение влияния разработки нефтяных и газовых
месторождений на современные вертикальные движения земной поверхности.//Эко-
логические проблемы Чечено-Ингушетии и сопредельных территорий. Тез.докл.
Сев.-Кавк, регион, конф., Грозный с.37-387
Таргульян В.О., 1986. Общепланетарная модель экзогенеза и педогенез.-В
кн. Успехи почвоведения. М.: Наука, с.101-108.
Телегин Л.Г., Ким Б.И., Зоненко В.И., 1988. Охрана окружающей
среды при строительстве и эксплуатации газонефтепроводов. М.: Недра, 190 с.
Тентюков М.П., 1988. Изменение ландшафтно-геохимической структу-
ры под влиянием геологоразведочных работУ/Влияние геологоразведочных работ
на природную среду Большеземельской тундры. Сыктывкар, с. 12-28.
Халимов Э.М., Левин С.В., Гузев В.С., 1996. Экологические и мик-
робиологические аспекты повреждающего действия нефти на свойства почвы. Вес-
ти. Моск.ун-та, сер.почоведение, №2, с.59-64.
Цадульников В.Г., 1988. Загрязнение пресных подземных вод при освое-
нии нефтегазового комплекса на примере Среднеобского бассейна.//Экология нефте-
газового комплекса. М., с. 135-137.
Шилова И.И., 1988. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных зе-
мель в условиях таежной зоны.//Восстановление нефтезагрязненных почвенныхэко-
систем. М.: Наука, с.159-168.
Штина Э.А., Некрасова К. А., 1988. Водоросли загрязненных нефтью
почв.//Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, с.57-81.
Bartz J. etal., 1969.01 und Benzinversikerungsver-sucheinderOberrheinebene.-
Gas und Wasserfach, Vol. 110, № 22, s.,592-595.
Broun K.W., Donnely K.C., 1983. The influence of soil invironment on
biodegradation of a refinery and petrochemical sluge.//Environ. Pollut. B. Vol. 6, № 2,
p.119-132.
Connel D.W., Miller G.J., 1981. Petroulem hydrocarbens in aquetio
ecosystems behavior and effects of sublethal concetrations Pt 2.//GRC Critt. Rev. Environ.
Contr. Vol. 11, № 2, p. 105-162.
De Jong E., 1980. Reclamation Problems and Procedures for the Oil Industry
on the Canadion Prairies.Z/Reclamation Review, vol 3, p.75-85.
De la Cruz A. A., 1982. Effects of oil on phytoplancton metabolism in natural
and experimental esuarine ponds.//Mar. Environ. Res., Vol 7, № 4, p.257-263.
Engelhardt F.R., 1985. Petroleum Effects in the Arctic Environment-ZZElsevier
Science Publishing CO., London,
Green T., Trett M.W. (Eds),1989. The Fate and Effects of Oil in
Freshwater.ZZElsevier Science Publishity Co, London
Guseva O.A., Solntseva N.P., 1996. Modelling of oil bearing and oil yielding
capacities tundra landscape soils at the European part of Russia (EPR).ZZFourth International
symposium on the Geochemistry of the Earths surface, p.417-420.
Kentzer T., Tukaj Z., 1984. Some biological effects of oil pollution.ZZ
Wiss.Z. Wilhelm-Pieck-Univ. Rostock. Naturwiss.R., Vol.33, № 6, p.31-32.
Kessler A., Rubin H., 1985. On the simulation ofunsaturated oil flow in soil.
Jahs.Publ., № 153, p. 195-205.
369
Kessler A., Rubin H., 1987 Relationships Between Water Infiltration and
Oil-Spill Migration in Sandy Soils./ZJournal of Hydrology, Vol. 91, Iss 3-4, p. 187-204.
Laboratory investigation of residual liquid organics from spills leaks and the
disposal od hazadous wastes in ground water, 1989. New Mexico inst. of mining and
technology, SOCORRO, aug., 285 p.
L i p p о к W., 1966. Model versuche uber das Verhalten von Heizol El im porosen
Medium./ZKoblenz, Deutsche dewasserkundliche Mitteilungen, 10.5, s. 145-157.
Lubas Jan, Martynek Mieczyslaw, 1988. Wybranezagadnieniazdziedziny
ochrony szodowiska w gomictwie naftowyva i gazawnictwie.//Gas, Woda i tehn, sianit,
61, № 7-8, cl45, 146,151-154.
Me Gill W.B., 1977. Soil Restoration Following oill Spills - A Review.//
J.Canad.Petrol., Technol. Vol 16, Ks 2, p.60-67.
Opportunities in basic soil science - Madison, wis, USA: Soil Science Society of
America, 109 p.
Oudot J., 1990. Selective migration of low and medium molecular weight
hydrocarbons in petroleum-contaminated terrestrial environments.//Oil and Chem. Pollut.
vol.6, №4, p.251-261.
Petro Fiber, 1981. Ideal sorbent for oil spills? - Ocean Industry, vol.16,
№4, p.418.
Pimlott D.H., 1977. The development of petroleum Resources in the Canadian
Arctic: Prespective on the evolution of Environmental and Sosial Policies.//!. Arctic
Systems, New. London, p.353-371.
Shu к la O.P., 1990. Biodegradation for environmental manage-ment.//
EverymanB5,b0s Sei., vol. 25, № 2, p.46-50.
Tavenas F., Jean P., Leblond P., Lerouel S., 1984. The Permeability of
Natural Soft Clas. Part II: Pervtability Characteristics./ZCanadian Geoteechnical Journal.,
vol.20, Iss.4, p.645-660. •
Van Sickle Virginia, Groat G.G., 1990. Proc, ist Int. Symp. Oil and Gas
Expor. and Prod. Waste Manag. Proct. New Orleans, p.659-675.
Walker D.A., Webber P.J., Binnian E.F., Everett K.R.,
Ledere N.D., Nordstrand E.A., Walker M.D., 1987. Cumulative impacts of oil
fields on Northern Alaskan landscapes.- Science, vol.238, № 4828m p.757-761.
Woodward D.F., Little E.F., Smith L.M., 1987. Toxicity of five shale
oils to fish and aquatic invertebrates.//Arch. Environ. Contam. and Toxicok, 16, № 2m
p.239-246.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................3
Глава I. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В
РАЙОНАХ ДОБЫЧИ НЕФТИ................................... 5
Глава 2. ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНУЮ
СРЕДУ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ................... 14
2.1. Экологические следствия механических повреждений
природных систем................................... 14
2.2. Экологические следствия геохимических воздействий на
природные системы...................................25
Глава 3. ПОВЕДЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧ-
ВАХ: ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИГРАЦИИ. ТРАНСФОРМАЦИИ
И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПОЛЛЮТАНТОВ..............................61
3.1. Битуминозные вещества в почвах. Модели формирования
ореолов загрязнения в пространстве и времени........62
3.1.1. Битуминозные вещества в почвах разных природных
зон 63
3.1.2. Закономерности миграции и внутрипочвенного ради-
ального распределения нефти................. 70
3.1.3. Закономерности внутрипочвенного латерального
распределения нефти............................. 78
3.1.4. Динамика, механизмы и модели развития битуми-
нозных ореолов загрязнения...................... 81
3.1.5. Закономерности распределения 3,4 бензпирена в
почвах разных природных зон. Модели формирования оре-
олов загрязнения..................................93
3.2. Техногенный галогенез: формы проявлений, процессы,
механизмы, модели.......................... .'....100
3.2.1. Закономерности трансформации солевого состава
почв разных природных зон.................... 101
3.2.2. Модели формирования первичной структуры ореолов
техногенного засоления.............................108
3.2.3. Динамика, механизмы и модели посттехногенной пе-
рестройки структуры ореолов техногенного засоления.. 111
3.2.4. Факторы, осложняющие структуру зональности тех-
ногенных ореолов засоления. Модели гетерогенных орео-
лов 120
3.3. Общие закономерности формирования и последующего
развития ореолов загрязнения в районах добычи нефти..127
Глава 4. ОТВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ ПОЧВ НА ТЕХНОГЕННЫЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ: ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, МЕХАНИЗМЫ,
МОДЕЛИ.............................................. 135
4.1. Техногенно спровоцированное физико-химическое осо-
лонцевание почв...........................................135
4.1.1. Закономерности перестройки поглощающего ком-
плекса почв в разных природных зонах....................136
4.1.2. Радиальная дифференциация свойств поглощающего
комплекса почв. Динамика, механизмы и модели процессов..147
4.1.3. Латеральная дифференциация свойств поглощяюще-
го комплекса почв. Динамика, механизмы и модели.....160
4.1.4. Усложнение пространственной структуры почвенно-
го поглощающего комплекса при сочетании техногенных
нагрузок................................................173
4.2. Ближайшие следствия физико-химической трансформации
дисперсных систем почв....................................177
4.2.1. Закономерности перестройки щелочно-кислотных
условий в почвах разных природных зон. Динамика, ме-
ханизмы, общие модели изменений........................178
4.2.2. Распределение органического углерода в почвах
разных нефтедобывающих районов..........................210
4.3. Отдаленные следствия физико-химической трансформа-
ции твердой фазы почв............................... 219
4.3.1. Физическое состояние почв, переживших стадию
техногенного галогенеза.............................220
4.3.2. Вторичный глеегенез и изменение содержаний
аморфного железа и алюминия........................ 224
4.3.3. Изменение содержаний аморфного кремнезема....233
4.3.4. Изменение валового состава почв..............233
4.4. Специфика "парасолонцового технопедогенеза". Харак-
терные процессы................................... 238
4.5. Диагностика техногенно трансформированных почв и
подходы к их классификации.......................... 248
4.6. Основные закономерности техногенной трансформации
почв. Ландшафтно-геохимические процессы — следствия.......258
Глава 5. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ФОРМ ТЕХ-
НОГЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В
РАЙОНАХ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ И ПРИН-
ЦИПЫ ИХ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ................................263
5.1. Методология мелко- и среднемасштабного прогнозного
картографирования устойчивости и самоочищающих возмож-
ностей ландшафтов................................... 265
5.1.1. Картографическая оценка экологического потенциа-
ла природной среды......................................265
5.1.2. Картографическая оценка изменений состояния при-
родных комплексов. (ответных реакций на техногенные
воздействия)........................................279
5.2. Методология крупномасштабного картографирования
техногенно трансформированных ландшафтов..............280
5.2.1. Техногенные ландшафтно-геохимические системы.
Строение и свойства.................................281
5.2.2. Соотношения исходных природных комплексов и
техногенных ландшафтно-геохимических систем.........286
5.2.3. Систематизация техногенных воздействий и ответ-
ных реакций природных систем...................... 287
5.3. Методика составления крупномасштабных оценочных
карт территорий, трансформированных при добыче углево-
дородного сырья.......................................293
5.3.1. Карты исходных природных комплексов..,.......293
5.3.2. Карты техногенных нагрузок...................297
5.3.3. Комплексные карты инвентаризации состояния при-
родных систем................ .....................299
5.4. Принципы и методы составления карт прогноза развития
трансформированных территорий.......................... 307
5.4.1. Карты техногенных ландшафтно-геохимических сис-
тем .....307
5.4.2. Карты потенциальной нефтеемкости ландшафтов.324
ГЛАВА 6. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ДОБЫЧИ
УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ.................327
6.1. Принципы и методы полевых исследований...........330
6.1.1. Принципы выбора эталонных объектов...........332
6.1.2. Основные ряды эталонных объектов.............337
6.2. Содержание и некоторые методы ландшафтно-геохими-
ческих работ на ключевых эталонах.....................34Г
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................. 4..........354
ЛИТЕРАТУРА...............................................365
CONTENTS
INTRODUCTION........................................................ 3
Chapter 1. MAIN ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN THE
AREAS OF OIL MINING................................................. 5
Chapter 2. TECHNOGENIC IMPACTS ON THE ENVIRONMENT
IN OIL FIELDS..;.....................,.................................14
2.1 Environmental effects of the mechanical deterioration of natu-
ral systems..................,.................................... 14
2.2 Environmental effects of the geochemical influence on natural
systems.............................................................25
Chapter 3. BEHAVIOR OF POLLUTANTS IN SOILS; MIGRA-
TION, TRANSFORMATION AND ACCUMULATION OF POLLU-
TANTS IN SOIL MATTER...................................................61
3.1 Behavior of bituminous substances in soils. Models of infiltra-
tion bodies development in space and time.’....................... 62
3.2. Technogenic halogenesis: processes, mechanisms, models.......100
3.3. Major trends in pollution halo development in the oil fields.127
Chapter 4. SOIL RESPONSE TO TECHNOGENIC IMPACTS IN
OIL FIELDS: PROCESSES, MECHANISMS, MODELS.............................135
4.1. Technogenically induced chemical solonetzification of soils..135
4.2. Immediate consequences of chemical transformation of soils
and sediments.................................................. 177
4.3 Remote consequences of chemical transformation of soil solid
phase.......................................................... 219
4.4. "Para-solonetzic" technopedogenesis, characteristic processes.238
4.5. Approaches to diagnostics and classification of technogeni-
cally transformed soils.......................................... 248
4.6. Technogenic transformation of soils and induced landscape-
geochemical consequences..........................................„258
Chapter 5. SPATIAL FORMS OF THE-TECHNOGENIC TRANS-
FORMATION OF THE ENVIRONMENT IN THE AREAS OF
HYDROCARBONS EXTRACTION AND THE PROBLEMS OF
THEIR MAPPING....;................................................... 263
5,1. Concepts and methods of small- and medium-scale prognostic
mapping of landscape tolerance for oil mining impacts and self-
purification functions of landscapes............................. 265
5.2. Principles of large-scale mapping of technogenically trans-
formed landscapes ............................................... 280
5.3. Methods of large-scale assessment mapping for the territories
transformed by the extraction of hydrocarbons ....................293
5.4. Concepts and methods of mapping the evolution of trans-
formed territories.................................................307
Chapter 6. CONCEPTS AND METHODS OF INVESTIGATING
THE ENVIRONMENT EFFECTS OF HYDROCARBONS EXT-
RACTION................................................327
6.1. Concepts and methods of field research.......330
6.2. Content and specific methods of landscape geochemical re-
search on key sites........................... 341
CONCLUSION......................................... 354
REFERENCES......................................... 365
Научное издание
Солнцева Инна Петровна
ДОБЫЧА. НЕФТИ И ГЕОХИМИЯ
ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТОВ
Зав. редакцией Щехура И.И.
Редактор Савельева Г.С.
Компьютерная верстка Карпачев Е.С.
Художник Гарбузов В.В.
Изд. лиц. К® 040414 от 18.04.97.
Подписано в печать 29.04.98. Формат 60 х 90/16.
Бумага офсетная. № 1. Гарнитура Таймс.
Офсетная печать. Усл. печ. л. 23,5. Уч.-изд. л. 25,57.
Тираж 1000 экз. Заказ шэ . Изд № 6545.
Ордена "Знак Почета" издательство Московского университета.
103009, Москва, ул. Б. Никитская, 5/7.