Влияние нефтезагрязнения на состояние природного фона почв

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Зуева И.Н. 1 Глязнецова Ю.С. 1 Чалая О.Н. 1 Лифшиц С.Х. 1

---

1 ФГБУН «Институт проблем нефти и газа СО РАН» Для оценки современного состояния природного фона и его изменений под действием техногенных факторов выполнены геохимические исследования почв на различных объектах нефтегазового комплекса Якутии. Показано, что при попадании в почву нефть и нефтепродукты сорбируются почвогрунтами и смешиваются с нативным органическим веществом почв, что приводит к изменению природного фона вплоть до формирования аномальных поверхностных геохимических полей техногенного генезиса. Статья в формате PDF 322 KB нефтезагрязнениемерзлотная почваприродный фонорганическое веществоуглеводороды 1. Зуева И.Н., Чалая О.Н., Каширцев В.А., Лифшиц С.Х., Глязнецова Ю.С. Опыт применения ИК-спектроскопии в органо-геохимических исследованиях // Актуальные вопросы геологии нефти и газа Сиб. платформы: Сб. – Якутск. ЯФ изд-во СО РАН, 2004. –С. 168–176. 2. Зуева И.Н., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х., Глязнецова Ю.С. Физико-химические методы исследования загрязнения почв нефтепродуктами // II Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин. 16–20 авг. – Якутск, 2004. – С. 155–163. 3. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. – СПб., 2000 – 250 с. 4. Другов Ю.С., Зенкевич И.Г., Родин А.А. Газохроматографическая идентификация загрязнений воздуха, воды, почвы и биосред: Пpaктическое руководство. – 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 752 с. 5. Зуева И.Н., Лифшиц С.Х., Чалая О.Н., Каширцев В.А., Глязнецова Ю.С. Идентификация нефтяного загрязнения почвогрунтов методами ИК-Фурье спектроскопии и хроматографии // Проблемы устойчивого развития региона: сб. материалы докл. 3 школа-семинар молодых ученых России. 8-12 июня. – Улан-Удэ: БНЦ СО РАН,2004. – С. 158–163.

Обязательными компонентами органического вещества современных и ископаемых осадков являются автохтонные битуминозные вещества – синбитумоиды, которые извлекаются органическими растворителями (хлороформом, спиртобензолом и др.). Синбитумоиды присутствуют пpaктически во всех почвах и породах. Их содержание в породах и почвах изменяется в больших пределах и может достигать аномально высоких значений (более 0,4 %), в сотни раз превышая средние фоновые значения – 0,01–0,03 %. В групповом составе этих битумоидов присутствуют углеводороды, смолы и асфальтены. Содержание углеводородов составляет от единиц до 10–20 %, а в отдельных случаях 50 % и более.

Одной из задач геоэкологических исследований является поиск аналитических методов для дифференцированной оценки вклада природной и техногенной составляющих в битумоидах органического вещества, экстрагированных органическими растворителями из проб почв и грунтов.

Целью данной работы была оценка современного состояния геохимического фона на объектах нефтегазового комплекса Якутии и его отклонения от природного регионального фона. Для этого было проведено сравнительное изучение состава и химической структуры хлороформенных экстpaктов проб почвогрунтов, отобранных в местах разлива и утечек нефти, газоконденсата и различных нефтепродуктов и фоновых проб.

Материалы и методы исследования

Извлечение органических веществ из проб почвогрунтов выполнено методом холодной экстpaкции хлороформом. Полученные экстpaкты, хлороформенные битумоиды (ХБ), исследовали методами ИК-Фурье спектроскопии, жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. Метод инфpaкрасной спектроскопии широко используется в экологических исследованиях для определения нефтяных загрязнений. Идея применения метода основана на том, что органические соединения имеют четко выраженные полосы поглощения в ИК-области, причем каждому классу органических соединений хаpaктерна вполне определенная область поглощения. Как показала пpaктика геоэкологических исследований, применение данного метода позволило обнаруживать наличие нефтезагрязнения в пробах почв на фоне присутствия нативного органического вещества современных осадков [1, 2]. Метод хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) позволяет определять индивидуальный состав углеводородов и по особенностям их распределения идентифицировать тип нефтезагрязнителя [3-5].

Результаты исследования и их обсуждение

Для хаpaктеристики природного фона были изучены пробы почв, отобранные в районе объектов нефтегазового комплекса на значительном расстоянии от источников загрязнения. По данным ИК-Фурье спектроскопии показана идентичность ХБ фоновых проб с битумоидами органического вещества современных осадков. В структурно-групповом составе ХБ фоновых проб кислородсодержащие соединения преобладают над углеводородными структурами, на что указывает доминирование полос поглощения (п.п) карбонильных групп в области 1700–1740 см–1 и поглощение эфирных связей в области 1170 см–1 над п.п. алифатических структур (хаpaктерный дублет 720 и 730 см–1 для длинных метиленовых цепей, 1380 см–1 – для метильных групп, 1460 см–1 – метиленовых групп) и ароматических циклов – 750 и 1600 см–1. В ИК-спектрах нефтезагрязнителей доминируют п.п. углеводородных структур, в отличие от фоновых проб конфигурация ИК-спектров нефтепродуктов определяется исключительно углеводородной составляющей – набором интенсивных п.п. в области 650–1000 см–1, 1380, 1460 и 1600см–1 и пpaктически полным отсутствием п.п. кислородсодержащих групп и связей. Выявленные различия в ИК-спектрах экстpaктов почв фоновых проб, дающих информацию о природном фоне, от нефтепродуктов-загрязнителей были использованы для установления присутствия техногенной составляющей в составе ХБ проб с объектов нефтегазового комплекса.

Хроматограммы углеводных фpaкций нефти (а), ХБ нефтезагрязненной почвы (b), ХБ фоновой пробы (с)

По данным хромато-масс-спектрометрии в индивидуальном составе насыщенных углеводородов масляных фpaкций ХБ максимум распределения н-алканов в фоновых пробах лежит в высокомолекулярной области на нС29, нС31 (рисунок, проба с); в пробах с нефтезагрязненных территорий его положение смещается в низкомолекулярную область на нС15, нС16, нС17, нС19 (рисунок, проба b). Информативным является коэффициент, отражающий соотношение содержания суммы низкомолекулярных н-алканов к высокомолекулярным (Sн.к.-нС20/SнС21-к.к.): так для ХБ фоновых проб его значение 0,30 по сравнению с 1,78-10,18 в ХБ проб с нефтезагрязненных территорий.

Для н-алканов этих проб концентрационное соотношение нечетных и четных н-алканов (коэффициент нч/ч) близок к единице (0,9–1,0), что хаpaктерно для нефтепродуктов и нефтей, в отличие от фоновых проб, в которых коэффициент нч/ч выше 2,0, что присуще незрелому органическому веществу современных осадков. В дальнейшем установленные различия в индивидуальном составе насыщенных углеводородов были использованы для установления техногенного загрязнения почв нефтепродуктами на территориях нефтегазового комплекса.

Заключение

Анализ полученных результатов изучения ХБ проб с территории различных объектов нефтегазового комплекса показал, что с ростом выхода ХБ вид ИК-спектров приобретает более «углеводородный» – техногенный хаpaктер, обнаруживая растущее сходство со спектрами нефтезагрязнителей. Картину изменения природного геохимического фона в направлении преобразования в техногенные ландшафты наглядно демонстрируют результаты ГХ/МС исследований насыщенных углеводородов ХБ почв.

Установлено, что попадание нефтепродуктов в почвогрунты вызывает изменение природного фона, сопровождающееся формированием аномальных поверхностных техногенных геохимических полей на объектах нефтегазового комплекса.

---