Влияние нефтяного загрязнения на морфологическое строение и водно-физические свойства почв

Разработка месторождений горючих полезных ископаемых создает мощное техногенное воздействие на окружающую среду, в некоторых случаях приводящее к полному уничтожению естественных природных комплексов. Увеличение площадей техногенных ландшафтов оказывает многостороннее негативное влияние не только непосредственно на территориях разрабатываемых месторождений, но и далеко за их пределами. Загрязнение природной среды нефтью вызывает ответные реакции во всех компонентах экосистем, в том числе и в почве. При попадании нефти и нефтепродуктов в почву происходят глубокие и часто необратимые изменения морфологических, физических, физико-химических и других свойств, а иногда и существенная перестройка всего почвенного профиля (Середина, Непотребный, Садыков, 2010; Аветов, 2011).

Морфологический облик и гранулометрический состав техногенно загрязненных почв

Состав и свойства почвы как гетерогенной системы во многом определяют фракционирование и трансформацию такого комплексного загрязнителя, как нефть. Известно, что в сырой нефти кроме собственно органических соединений присутствует некоторое количество высокоминерализованных пластовых вод, различных химических элементов, в том числе тяжелых металлов. При попадании в почву расслоение нефтяного потока на компоненты происходит в зависимости от их удельного веса, вязкости, активности взаимодействия с почвенной массой. Характер распределения нефтяных компонентов зависит от ряда факторов, основными из которых являются физические и физико-химические свойства конкретных почв, положение в системе геохимически сопряженных элементарных ландшафтов (Бегесйпа, 8асПкоу, 2011). При эксплуатации месторождений и транспорте нефти техногенному загрязнению подвергаются почвы как элювиальных, гак и аккумулятивных ландшафтов. В связи с этим рассмотрим изменение морфологических характеристик и гранулометрического состава сопряженных фоновых и загрязненных почв.

Как было показано нами ранее (Славнина и др., 1989; Середина и др., 2006), элювиальные ландшафты на территории месторождений углеводородного сырья сложены преимущественно почвами подзолистого типа почвообразования. Поэтому в качестве примера трансформации морфологических свойств и гранулометрического состава под влиянием загрязнения нефтью приведем описание сопряженных разрезов фоновой (р. 12) и загрязненной нефтью (р. 12а) поверхностно-подзолистой элювиально-глеевой почвы.

Фоновая поверхностно-подзолистая элювиально-глеевая почва (р. 12). Выровненный участок в елово-иихговом лесу с примесью березы и осины (Первомайское месторождение углеводородного сырья, Западная Сибирь).

В качестве загрязненного нефтью аналога приводится морфологическое описание р. 12а, заложенного в 100 м от факела, на месте порыва нефтепровода, в 200 м от фоновой почвы (р. 12).

Под влиянием нефтяного загрязнения окраска подзолистого горизонта становится более темной с преобладанием сероватого и темно-бурого оттенков. При этом изменяется характер границ между горизонтами: возникает волнистость, языковатосгь, при сильном загрязнении границы могут быть размыты, ослабевает типичная для подзолистых почв элювиально-иллювиальная дифференциация профиля. Под воздействием агрессивного загрязнителя наблюдается некоторое утяжеление гранулометрического состава пропитанного нефтью подзолистого горизонта поверхностно-подзолистой элювиально-глеевой почвы (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Гранулометрический состав подзолистых почв

Полевые исследования показали, что изменение морфологических признаков определяется глубиной просачивания нефти и в основном приурочено к верхней части профиля. В верхних горизонтах минеральных почв загрязнение нефтью в некоторых случаях приводит к образованию на поверхности плотного бигуминизи- рованного слоя. Глубина просачивания поллютанта но почвенному профилю различна и зависит в основном от гранулометрического состава почв. Определённой защитой от проникновения основной массы нефти в самые нижние части почвенного профиля являются геохимические барьеры - органогенные и иллювиальные горизонты. В глинистых почвах объем норового пространства невелик, поэтому загрязнитель может частично адсорбироваться мелкодисперсными частицами почвы, что затрудняет его миграцию.

В почвах собственно элювиальных ландшафтов активность радиальной миграции нефти в начальный период после загрязнения выше, чем в почвах трансэлювиальных ландшафтов. Основным механизмом проникновения нефти в более глубокие горизонты явля- егся гравитационное стекание по ослабленным зонам - каналам миграции (Пиковский, Солнцева, 1981). При нефтяном загрязнении происходит заполнение норового пространства почвы, вытеснение почвенного воздуха, нарушается естественная аэрация, что способствует возникновению или усилению процессов оглеения.

Нефтяному загрязнению на исследуемой территории подвергаются не только почвы водораздельных пространств, но и почвы пойменных ландшафтов. Аллювиальные луговые и аллювиальные лугово-болотные почвы занимают пониженные участки поймы, поэтому концентрируют в себе дополнительное количество различных химических соединений, в том числе и загрязняющих веществ, поступающих с повышенных участков рельефа. Следует отметить, что в трансэлювиальных и сунераквальных ландшафтах усиливаются латеральные миграционные потоки веществ за счет внутриночвенного стока, поэтому закономерности распределения и влияния нефти на почву намного сложнее.

Особенности морфологического строения аллювиальных луговых почв, подверженных нефтяному загрязнению, рассмотрим на примере фоновой (р. 14) и загрязненной нефтью (р. 14а) почв.

Фоновая аллювиальная луговая почва (р. 14). Центральная часть поймы р. Пасол. Растительность: лапчатка, кровохлебка, полевица, осока.

В качестве загрязненного нефтью аналога приводится описание р. 14а, заложенного в 10 м от потухшего факела ив 100 м от р. 14. Весь участок был залит нефтью, растительность отсутствует.

Фоновая аллювиальная лугово-болотная почва (р. 15). Разрез заложен в пойме р. Махня. Сильно увлажненное микрононижение. В растительном покрове преобладают осоки, мятлик.

Загрязненная нефтью аллювиальная лугово-болотная почва (р. 15а). Разрез заложен на месте разлива нефти в 200 м от фоновой почвы (р. 15).

Как следует из морфологического описания, верхние горизонты загрязненных аллювиальных почв полностью пропитываются нефтью, что приводит к изменению их окраски на более тёмную. Визуально в полевых условиях отмечается проникновение нефти в нижележащие горизонты, однако сплошного пропитывания почвенной массы не наблюдается, поэтому но сравнению с гумусовым горизонтом их окраска не претерпевает' столь значительных изменений. В этих горизонтах происходит усиление сегрегации вещесгв и процессов оглеения, увеличение потечности глинисто- органической массы. В горизонте ВС^ (34-54 см) загрязненной аллювиальной лугово-болотной почвы наблюдается изменение характера ожелезнения, заключающееся в увеличении количества охристых участков. В качестве причины повышения ожелезнения, вероятно, можно назвать дополнительное поступление железа из нефтяной эмульсии, а также изменение в почве окислительновосстановительных условий. Н.П. Солнцева (1982) объясняет увеличение в загрязненной нефтью почве охристых участков (сравнительно с фоном) вторичным окислением железа. Незагрязненная аллювиальная луговая почва (р. 14) в верхнем горизонте имеет легкосуглинистый гранулометрический состав с преобладанием крупной пыли и мелкого песка (табл. 3.4).

Таблица 3.4

Гранулометрический состав аллювиальных почв

Нефть, легко просочившись через гумусовый горизонт, замедляет скорость миграции в иллювиальном горизонте, обогащенном илистыми и пылеватыми частицами. Длительное воздействие нефти на почву в восстановительных условиях среды способствует разрушению крупных частиц, что проявляется в уменьшении песчаных фракций и крупной ныли и увеличении количества гонко- дисперсных частиц в загрязненных почвах (р. 14а).

Фоновая аллювиальная лугово-болотная почва (р. 15) характеризуется тяжелосуглинистым гранулометрическим составом с преобладанием фракций крупной ныли и ила но всему профилю (табл. 3.4). Иллювиальный г оризонт Вр_е8 загрязненной нефтью аллювиальной лугово-болотной почвы глинистый и бесструктурный в отличие от аналогичного горизонта фоновой почвы, имеющего непрочно-комковатую структуру.

В заболоченных пойменных почвах нефть пропитывает все горизонты, попадая в грунтовые воды. В результате подпора загрязненных нефтью грунтовых вод может происходить вторичное загрязнение почв, поэтому очевидно, что почвы аккумулятивных пойменных ландшафтов несут дополнительную опасность загрязнения сопредельных территорий. В почвах легкого гранулометрического состава глубина просачивания нефти достигает 70 см и более, в почвах тяжелого состава - 45 см, в торфянистых болотных почвах нефть проникает на глубину 20-30 см, растекаясь в горизонтальном направлении на значительные расстояния. В торфянисто-подзолистых глеевых почвах просачивание идет только до глубины залегания иодзолисто-глеевого горизонта (до 20 см).

Таким образом, морфологическое описание ряда сопряженных разрезов (фоновых - загрязненных) позволяет диагностировать нефтяное загрязнение по совокупности морфологических признаков. Имея информацию о гранулометрическом составе фоновых почв, особенностях профильной организации и положении их в ландшафте, можно прогнозировать направление и глубину миграции нефти (Середина, Непотребный, 2009).