Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Загрязнение почв

3.1.4. Поведение и трансформация нефти и нефтепродуктов в почве

Несмотря на значительное количество работ, закономерности поведения нефти и нефтепродуктов в почвах изучены недостаточно.

Как указывает Н.П. Солнцева (1998), почвы и грунты считаются загрязненными, если концентрации нефтепродуктов достигают величин, при которых в природных комплексах возникают негативные экологические сдвиги, и они не могут вообще (или достаточно длительный промежуток времени) сами справиться с загрязнением.

Свойства нефти как гетерогенной системы определяют характер ее фракционирования в почвах: частичная дифференциация вещества по плотности, вязкости, активности взаимодействия с почвенной массой и др. Почвы при этом играют роль хроматографической колонки, в которой происходит расслоение самого нефтяного потока: на нефтяные компоненты, задерживающиеся в верхних почвенных горизонтах, и минерализованные воды, которые, будучи более тяжелыми и менее вязкими, быстрее проникают в нижние горизонты (Пиковский, 1993). С течением времени дифференциация вещества углубляется, в частности, при движении нефтяных компонентов но почвенному разрезу вниз происходит сорбция асфальтово-смолистых компонентов нефти. В нижних горизонтах почвенного профиля уменьшается как количество, гак и молекулярный вес нефтяных компонентов.

Первоначальный сложный рисунок распределения нефтяных веществ в почвенном профиле зависит главным образом от механизма миграции нефти в почве и наличия в ней почвенно- геохимических барьеров. Как показали полевые наблюдения над морфологическими особенностями загрязненных почв разного типа, для верхних горизонтов характерно в основном фронтальное просачивание нефти, которая полностью насыщает массу этих горизонтов, не создавая существенных различий между отдельными почвенными блоками. Концентрация нефти в подстилке и горизонте А при сплошном потоке достигает 10-20% от массы почвы.

Основным механизмом проникновения нефти в более глубокие горизонты является гравитационное сгекание по ослабленным зонам - каналам миграции, что сопровождается насыщением нефтью объемов магистральных каналов, активным всасыванием в меж- педные плоскости и диффузией в межтрещинную массу.

Вертикальное продвижение нефти вдоль почвенного профиля создает хроматографический эффект, приводящий к дифференциации состава нефти: в верхнем гумусовом горизонте сорбируются высокомолекулярные компоненты нефти, содержащие много смо- листо-асфальтеновых веществ и циклических соединений; в нижние горизонты проникают в основном низкомолекулярные соединения, имеющие более высокую растворимость в воде, более высокую диффузионную способность, чем высокомолекулярные компоненты. Легкие углеводороды, как правило, высокотоксичны и трудно усваиваются микроорганизмами, поэтому долго сохраняются в нижних частях почвенного профиля в анаэробной обстановке. В песчаных почвах создается сплошной фронт продвижения нефти. В тяжелых суглинках нефть проникает но трещинам, вдоль корневых систем растений, сорбируется в отдельных горизонтах, определяя мозаичную, пятнистую картину загрязнения почвенного профиля. Создаются своеобразные «нефтяные макротекстуры» почвенного профиля: равномерная, трещинно-корневая, селективно-насыщенная и др.

Анализ содержаний битуминозных веществ (БВ) в вертикальном профиле загрязненных почв свидетельствует о сложном перераспределении нефти (и нефтепродуктов) по генетическим горизонтам. При этом эмпирические и экспериментальные исследования свидетельствуют о неодинаковом характере распределения поллютантов в разных типах почв, что обусловлено своеобразием характерных соотношений фавигационно-капиллярных и диффузных сил, действующих во всех направлениях. Закономерности радиального накопления - выноса БВ тесно связаны с нефгеемкостью - нефте- нроницаемостью почвенной массы, а также наличием и структурой внутриночвенных геохимических барьеров (ГХБ), где происходит аккумуляция или временная задержка загрязнителей (Солнцева, 1998; Глазовская, 2012; Середина, Непотребный, 2013).

Миграция, накопление нефти и нефтепродуктов в почвах зависят от уровня их влажности. Чем сильнее увлажнена почва, тем меньше возможность внутриночвенного закрепления нефти и тем выше активность ее радиального и латерального перемещения (включая поверхностный смыв).

Нефтепроницаемость почв обусловлена размерами и формой пор, расположением частиц грунта, а также наличием и размерами капилляров, трещин и корневых ходов. В верхних горизонтах почв из-за значительного объема свободного поровогрещинного пространства происходит главным образом фронтальное просачивание нефти, которая может почти полностью насыщать массу этих горизонтов (Солнцева, Никифорова, 1988). Для этой части профиля характерны наиболее высокие концентрации БВ и минимальные различия их между отдельными почвенными блоками (морфонами и (или) группами морфонов) (Пиковский, 1993).

Наличие в почвах геохимических барьеров с различной емкостью определяет сложный радиальный профиль распределения за- фязнителя. С течением времени вторичные концетрации вещества на внутриночвенных барьерах в ряде случаев могут превысить содержание зафязнителя на верхнем барьере. Содержание БВ в нижней частя профиля почв может стать в 3-4 раза выше, чем в верхней, что характерно для первично очень сильно загрязненных почв с однородными субстратами. Основным механизмом смещения загрязнителей из верхних горизонтов в нижние является вымывание («выдавливание») части БВ атмосферными осадками. Вторичное вымывание нефти из рыхлых горизонтов почв выше, чем из плотных, из-за увеличения уровня капиллярной защемленное™ остаточной нефти в более плотных субс тра тах и более высокой вероятности сохранения нефти в тупиковых норах, что обусловлено структурой (геометрией) внутринорового пространства (рис. 3.1).

Формы инфильтрационных тел в песчаных субстратах и почвах (Солнцева Н.П., 1998). Распространение мазута

Рис. 3.1. Формы инфильтрационных тел в песчаных субстратах и почвах (Солнцева Н.П., 1998). Распространение мазута: А - в слое хорошо проницаемых песков; В - в торфяно-перегнойно-глееватых почвах в капиллярной кайме над уровнем почвенно-грунтовых вод

Существование предельных размеров пор и капилляров, при которых молекулы БВ не могут в них проникать, приводит к формированию «истинных» геохимических и механических барьеров («экранов»), в качестве которых выступают глеевые и мерзлотные горизонты почв (окислительно-восстановительные и криогенные низкотемпературные барьеры), глинистые иллювиальные и иллювиально-глеевые горизонты (минерально-сорбционные) и т.д. Такие горизонты, особенно во влажном состоянии, практически не пропускают органические поллютанты.

Роль своеобразного барьера выполняют и грунтовые воды, переводящие движение нефти и нефтепродуктов в вертикальном профиле почв в латеральный почвенно-грунтовый сток.

Однако абсолютно непроницаемых природных барьеров не существует. Их устойчивость (непроницаемость) зависит ог потенциальной принимающей способности почвенной массы, длительности взаимодействия с поллютантами, реальных механизмов их поступления в почвы. Именно механизмы миграции - концентрации БВ определяют «рисунок» их радиального распределения в профиле почв (рис. 3.2).

Форма инфильтрационного тела в почве (Солнцева, 1998)

Рис. 3.2. Форма инфильтрационного тела в почве (Солнцева, 1998)

Нельзя не сказать о латеральном распределении нефтепродуктов в почвах, поскольку такой тип миграции загрязнителей является весьма специфическим для различных типов почв. Горизонтальное растекание загрязнителей осуществляется при встрече нефтяного потока с грунтами различной проницаемости, что показано экспериментально (рис. 3.1, 3.2) и существует в реальных условиях. При этом внутри почвенное загрязнение может быть более контрастным, чем поверхностное. Активизация латерального стока и расширение площади ореолов загрязнения происходит и в однородных грунтах при достижении поллютантами почвенно-грунтовых вод, интенсивно «растягивающих» и н ф и л ьтра цион мое тело.

Строгая первичная латеральная зональность ореолов БВ осложняется не только геохимическими барьерами, но и дополнительными воздействиями на загрязненные почвы. В частности, такие нарушения происходят при рыхлении почв для улучшения аэрации 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 почвенного материала, где концентрации поллютанта остаются очень высокими.

С течением времени нефть и нефтепродукты, концентрирующиеся на поверхности почв, могут вызывать «спекание» почвенной массы верхних горизонтов, что приводит к образованию прочно сцементированных кусочков (в том числе торфа), между которыми возникают зоны повышенной филь трации жидкости. Подобные изменения морфологических свойств почв способствуют усилению как радиального внутрипочвенного сброса зафязнигеля, так и его миграции в почвы, находящиеся гипсометрически ниже. Барьерная роль таких горизонтов становится практически равной нулю.

Таким образом, закономерности формирования профиля битуминозных веществ на момент загрязнения обусловлены строением почвенного профиля - системой почвенно-геохимических барьеров и их свойствами, количеством и формой почвенной влаги.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы