Роль трансформации нефтяного загрязнения в изменении свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания

Глава 1. Современное состояние вопроса о проблеме загрязнения нефтью и нефтепродуктами грунтов слоя сезонного оттаивания (промерзания).

Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями природной среды в местах ее добычи, транспортировки, хранения и переработки. В числе отраслей современного производства нефтяная промышленность по опасности воздействия на окружающую среду занимает одно из первых мест. При крупных разливах полную рекультивацию нефтезагрязненных земель осуществить практически невозможно. Причем, наряду со старыми, 10-20-летней давности, выявляется огромное количество новых разливов нефти, образовавшихся в последние 2-3 года. Это свидетельствует о наличии в местах разливов нефти почв и грунтов с различной давностью загрязнения и стадией ее трансформации.

Рассматривать влияние углеводородного загрязнения на динамику мощности многолетнемерзлых пород и слоя сезонного промерзания (протаивания) крайне сложно без представления о влияния такого загрязнения на их состав, свойства и происходящие в них процессы.

Строение и свойства талых дисперсных пород, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, а также процессы миграции и трансформации техногенных потоков нефти и их количественный анализ достаточно хорошо отражены в работах Е.Н. Андреевой, В.Ж. Аренcа, В.Л. Воронина, М.Ю. Гилязова, М.А. Глазовской, О.А. Гусевой, В.А. Королева, И.Н. Модина, А.А. Оборина, Ю.И. Пиковского, А.П. Садова, Р.Н. Ситдикова, Н.П. Солнцевой, А.Д. Фролова, В.А. Шевнина, K.W. Broun, Ch.M. Collins, K.C. Donnely, и др.

Нефть и нефтепродукты сильно различаются по фракционному и групповому составу, содержанию неуглеводородных компонентов, физическим и физико-химическим свойствам. Попадая в грунт, нефть претерпевает количественное и качественное изменение в результате испарения, вымывания водой, ультрафиолетового разложения, химического и микробиологического окисления. При физико-химической деструкции нефти вне зависимости от ее состава и почвенно-климатических условий, в которых протекают процессы трансформации, происходит разрушение и удаление метановых УВ и увеличивается доля более плотных смол и асфальтенов. Рядом специалистов (Ю.И. Пиковский, Н.П. Солнцева, М.А. Глазовская, Н.М. Исмаилов и др.) были проведены полевые экспериментальные исследования миграции и трансформации нефти в различных природно-климатических зонах. Однако более долгосрочные наблюдения проводились в регионах вне зоны многолетнемерзлых пород (Татарстан, Аджария, Пермь и др.). Поэтому имеющиеся данные по изменению содержания нефти на экспериментальных площадках в районах криолитозоны носят единичный и краткосрочный характер.

Процесс загрязнения грунта, так или иначе, меняет его исходный компонентный состав. От того, как нефть и нефтепродукты располагаются в поровом пространстве, зависит их влияние на свойства и строение грунтов. Жидкие загрязнители в дисперсных грунтах могут располагаться в виде манжет на стыках частиц, в виде пoвepxнocтныx пленок, в виде капель или эмульсии несмешивающихся жидкостей или полностью насыщать поры. Нефтяное загрязнение влияет и на микроагрегатный состав грунтов: тяжелые фракции нефти (смолы и асфальтены) обладают выраженным агрегирующим эффектом.

Изучением комплекса геокриологических и геоэкологических проблем, связанных, в том числе, с поведением органических загрязнителей в мерзлых и промерзающих породах и его влияния на состав и свойства грунтов посвящены работы таких отечественных и зарубежных авторов, как Г.В. Ананьева, С.Е. Гречищев, О.В. Гречищева, Э.Д. Ершов, И.И. Журавлев, Ю.Д. Зыков, А. Инстанес, Е.Козлова, Е.С. Микляева, Р.Г. Мотенко, Н.С. Налетова, А.В. Павлов, В.Г. Чеверев, Е.М. Чувилин, Ю.Б. Шешин, О.П. Шешина, K.W. Biggar, D. Chenaf, Ch.M. Collins, I.P. Coutard, W. Marchand, J.C.R. Neufeld, A. Sextone, T.L. White, P.J. Williams и др.

Однако, большинство исследований свойств мерзлых грунтов, в том числе и теплофизических свойств, проводилось на грунтах нарушенного сложения.

К настоящему времени накоплено много данных по изучению альбедо зачерненных поверхностей (Э.Д. Ершов, Н.Г. Москаленко, А.В. Павлов, А.А. Федоров, Ю.Л. Шур, K. Yoshikawa, W.R. Bolton, V.E. Romanovsky, M. Fukuda, L.D. Hinzman); работ по исследованию влияния углеводородного загрязнения на альбедо поверхности мерзлых пород на момент начала исследований не выявлено.

Результаты исследований изменения глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов под влиянием нефтяного загрязнения наиболее широко отражены в работах американских исследователей, таких, как J. Brown, Ch.M. Collins, F.J. Deneke, M. Dickman, K.R. Everett, W. Freedman, T.C. Hutchinson, D.E. Lawson, D. Mackay, J.D. Mckendrick, D.A. Walker и др. Полевые эксперименты проводились на севере Канады и Аляске. Хотя многие из этих экспериментов проводились для оценки воздействия сырой нефти на биологические компоненты, попутно были проведены также измерения температуры и глубины оттаивания грунтов для оценки потенциального воздействия проникновения нефти в вечномерзлые породы. Полученные данные указывают на довольно сложное влияние нефти на слой сезонного протаивания.