параллакс фон

Уровни концентраций загрязняющих веществ в придонной морской среде штокмановского газоконденсатного месторождения.

Печорское море. Системные исследования
Печорское море. Системные исследования
15.03.2003
Журнал ОКЕАНОЛОГИЯ РАН
Элементный состав аэрозолей в приводном слое атмосферы над морем Лаптевых в июле-сентябре 1995 г.
17.03.2004
Доклады Академии Наук РАН
2003 г., том 390, № 04, стр. 1–7

Штокмановское газоконденсатное месторождение (ГКМ) одно из крупнейших в мире. С началом его освоения, оно становится важнейшим объектом комплексного народнохозяйственного использования, что в значительной степени увеличит техногенный пресс на придонную среду Баренцева моря. В связи с чем очевидна актуальность проведения геоэкологических исследований шельфа, которая усугубляется особой хрупкостью арктической природной среды /1/.


Г.И. Иванов

УДК [ 550.8:528 ]:551.462.32: 577.4 (268.45)
 

Ш токмановское газоконденсатное месторождение (ГКМ) одно из крупнейших в мире. С началом его освоения, оно становится важнейшим объектом комплексного народнохозяйственного использования, что в значительной степени увеличит техногенный пресс на придонную среду Баренцева моря. В связи с чем очевидна актуальность проведения геоэкологических исследований шельфа, которая усугубляется особой хрупкостью арктической природной среды /1/.

С целью анализа вариабельности физико-химических свойств водной толщи и литолого-минералогических характеристик донных осадков на сравнительно небольшом детальном участке были выполнены полигонные исследования на Штокмановском ГКМ. На полигоне размером 15х15 км, (расстояние между станциями около 4 км) были выполнены 36 станций комплексных исследований, которые включали в себя гидрофизическое зондирование, опробование различных горизонтов водной толщи, донных осадков и бентоса (рис. 1). Целевым назначением исследований являлась комплексная оценка антропогенного воздействия на основные составляющие природной среды - поверхностные донные осадки, придонные воды и биоту. Экспедиционные работы выполнялись на научно-исследовательском судне "Геолог Ферсман" /2/.

Для оценки состояния природной среды помимо методов биологического картирования и биотестирования, были использованы и экогеохимические критерии /3/. При этом, важным является выбор оценочных параметров. Ввиду отсутствия в настоящее время нормативно-регламентирующих показателей степени загрязнения придонной среды нами предложено использование фоновых концентраций. Для всех типов загрязняющих веществ (ЗВ), для каждого элемента геоэкосистемы (вода, взвесь, донные осадки) Штокмановской площади были рассчитаны фоновые концентрации.

Для экологических исследований использовались следующие средства донного пробоотбора: коробчатый пробоотборник с фотокамерой ГФК-10, дночерпатель "Океан - 0.25" с фотокамерой ГФК-10, драга малая (трал Сигсби), с шириной захвата 1,1 м. Гидрофизические наблюдения проводились с помощью зондирующего комплекса "NEIL BROWN". Отбор проб воды осуществлялся при гидрофизическом зондировании с помощью винипластового батометра ИОАН объемом 7 л и батометров типа "Нискин" объемом 3,5 л /2/.

Набортные гидрохимические исследования по консервации, концентрированию и последующему анализу основных групп ЗВ выполнялись по утвержденным Роскомприроды и Роскомгидрометом методикам /4/ сотрудниками РГЦ "Мониторинг Арктики".

Комплексное литолого-геохимическое опробование проводилось ВНИИОкеангеология по стандартной методике, принятой при мелкомасштабной геологической съемке шельфа и геоэкологическом картировании регионального уровня масштаба 1:1 000 000 /5/. Анализ основных групп поллютантов в донных осадках выполнялся по методикам утвержденным в Роскомгидромете и Минэкологии.

В таблице 1 приведены данные по концентрации ЗВ в придонном слое воды Штокмановского ГКМ. Анализ концентраций основных групп поллютантов в придонных водах Штокмановского ГКМ показывает, что на большей части акватории фиксируются относительно низкие содержания, значительно более низкие, чем предельно допустимые концентрации (ПДК), принятые в Минрыбхозе и Минводхозе России.

Отличительной особенностью придонных вод Штокмановской структуры по сравнению с Баренцевоморскими водами /6/ является их относительная обогащенность нефтяными углеводородами (НУ) и полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), с одной стороны, и обедненность фенолами, с другой (табл. 1).

Концентрации всех групп хлорорганических соединений (альфа и гамма изомеры ГХЦГ , пестициды (ДДТ, ДДД, ДДЕ), полихлорбифенилы (ПХБ) ниже предела чувствительности используемых методик. Эти данные хорошо согласуются с фоновыми по Баренцеву морю \6\, что свидетельствует об отсутствии заметного техногенного загрязнения хлорорганическими соединениями придонных вод.

Для тяжелых металлов (ТМ) в воде Штокмановского ГКМ характерны повышенные значения содержаний практически всех элементов, за исключением Pb. При этом, необходимо отметить, что для большинства элементов отличия являются статистически значимыми. Концентрации ТМ в водах полигона по содержанию железа, свинца, цинка, марганца и хрома превышают концентрации металлов в океанских водах в 40, 8, 4 и 3.5 раза соответственно. Существенные различия отмечаются и при сопоставлении с кларками для вод Баренцева моря. При этом, максимальные различия наблюдаются для никеля (в 10 раз), железа (в 7 раз), марганца, кобальта и цинка (в 2 раза). Однако, следует отметить, что воды полигона содержат значительно меньшие концентрации ТМ по сравнению с водами Черного моря /7/, характеризующегося высокой техногенной нагрузкой. Существенные различия характерны для марганца и железа (4-6 раз), в меньшей степени - для никеля и цинка (2-3 раза).

Сопоставление с кларками концентраций ЗВ в придонной среде Печорского моря /8/ показало, что содержания НУ на Штокмановской площади значимо ниже (<3 S) и напротив, значения ПАУ значимо выше (табл. 1). Данный факт подтверждает, сделанное ранее предположение об эндогенном источнике углеводородов /8/.

Сопоставление средних значений, рассчитанных для поверхностных (табл.2) и придонных вод, показывает, что основные различия отмечаются для фосфора, нитратного и нитритного азота. При этом, концентрации фосфора и нитратного азота от минимальных значений в поверхностном слое воды (12.7 мкг/л и 3.05 мкг/л) увеличиваются по направлению к нижележащим горизонтам до максимальных значений - 35.1 и 88 мкг/л, в то время как для NO2 отмечается обратная тенденция. Схожая картина наблюдается и для НУ. В поверхностном слое их концентрация статистически значимо отличается от придонного горизонта. И напротив, уровни загрязнения ПАУ для придонных и поверхностных вод Штокмановского ГКМ сопоставимы, но их значения очень высоки.

Уровни содержания ТМ в воде придонного и поверхностного горизонтов близки, за исключением Pb, значения которого значимо более высокие в поверхностном слое. Для структуры корреляционных связей химических элементов характерна тесная корреляционная зависимость практически между всеми элементами.

В таблице 3 приведены фоновые содержания тяжелых металлов во взвеси поверхностного и придонного горизонтов воды. Исследования взвеси Штокмановского ГКМ на детальном уровне (в масштабе 1:10 000) выполнены впервые.

Сопоставление средних концентраций ТМ взвесей поверхностного и придонного слоя свидетельствует об обогащенности последних Co, Mn, Ni и в меньшей степени Cd. При этом различия являются статистически значимыми. В тоже время, при переходе к придонному слою происходит закономерное уменьшение концентраций Cr, Pb, Zn и незначительное изменение – для Fe и Cu.

Сопоставление средних концентраций ТМ во взвесях полигона с данными приводимыми Ю.Е Саетом с соавторами /9/, для взвесей вод фоновых речных водотоков указывает на обогащенность их Co, Mn, Ni, Pb и в меньшей степени Zn. Причем, максимальные различия характерны для придонного слоя. В целом, следует отметить увеличение значений коэффициентов вариации практически для всех элементов при переходе от взвесей поверхностных вод к взвесям придонных вод.

Анализ соотношения растворенных и взвешенных форм (табл. 1-3) показал, что для большинства элементов растворенная форма преобладает над взвешенной. Это хорошо согласуется с данными по Баренцевому морю. Ряд подвижности элементов, полученный после ранжирования средних значений отношений содержаний элементов в растворенной форме к взвешенной, выглядит следующим образом:

В % приведена доля растворенной формы элемента в общем балансе.

Ряды подвижности близки к описанному ранее для придонных вод Баренцева моря. Различия между придонными и поверхностными водами минимальны. Наиболее подвижными элементами является Ni и Cr, содержание которых в растворенной, наиболее подвижной форме, составляет более 80%, далее с относительно близкими значениями 74-75% - для поверхностного слоя и от 81-82% - для придонного слоя, располагаются Pb, Zn. Затем, с резким уменьшением доли растворенной формы, следуют – Co и Mn и замыкает ряд - Fe. Причем, если для первой группы элементов различия практически отсутствуют, то для Co и Mn доля растворенной формы в придонном горизонте воды уменьшается практически в два раза. Изменчивость соотношения для Fe меняется незначительно.

Статистические параметры распределения концентраций основных групп ЗВ в донных осадках Штокмановского ГКМ приведены в таблице 4.

Активности Cs-137 в донных осадках полигона сопоставимы с баренцевоморскими и печороморскими осадками. Значения активностей естественных природных радионуклидов значительно выше баренцевоморских и печороморских осадков, что учитывая их более тонкозернистый состав, вероятнее всего обусловлено минералогическим составом. Данные по содержанию практически всех основных групп хлорорганических соединений, так же как и для водной толщи, находятся ниже предела обнаружения или близки к нему (табл. 4).

Как уже отмечалось, исследования состава и распределения углеводородов, проводились в соответствии с методическими указаниями Роскомгидромета. При этом под НУ понимается сумма углеводородов, извлекаемая из осадка посредством прямой холодной экстракции неполярным растворителем и включают широкий спектр алифатических соединений.

Концентрации НУ (части алифатических углеводородов, извлекаемых гексаном и в последующем, анализируемых ИК-спектроскопией, см. методику) в донных осадках Штокмановского ГКМ ниже средних значений для Баренцева моря (табл. 4). Однако концентрации ПАУ в донных осадках полигона значительно превышают таковые для баренцевоморских осадков (на 2 порядка). Данный факт находится в соответствии с высказанным ранее предположением о вовлечение ароматических углеводородов, в процессы вертикальной миграции газового флюидного потока, обусловленного газоконденсатной природой месторождения /10/.

Вероятно, мигрирующие из нижележащей залежи легкие углеводороды, извлекает из осадков ПАУ и переносят их на границу вода-осадок, где они частично накапливаются, образуя столь высокие концентрации, а частично переходят в водную среду, где также наблюдается повышение содержания ПАУ, ввиду его повышенной растворимости.

В районе полигона отмечены и повышенные содержания фенолов, как по сравнению с Баренцевым морем в целом, так и Печорским морем /6, 8/.

Вариации содержаний ТМ в донных осадках объясняются гранулометрическим и минеральным составом более глубоководных и удаленных от источников сноса осадочных образований полигона.


Заключение

Проведенные исследования впервые позволили получить, статистически обоснованные, фоновые концентрации основных групп загрязняющих веществ для придонной воды, взвеси и донных осадков в районе Штокмановской структуры, одного из наиболее важных, с точки зрения освоения минерально-сырьевых ресурсов, обьектов на арктическом шельфе России.

Они показали реальную природную изменчивость содержаний поллютантов на сравнительно небольшом по площади участке и доминирующее влияние на их вариабельность гидрологических характеристик и флюидного газового подтока из подстилающих донных отложений.

Предполагается глубинный эндогенный источник поступления углеводородов в придонную среду в районе исследованного участка Штокмановской площади. Сопоставление с подобным эндогенным источником в районе Приразломного месторождения, где зафиксированы аномально высокие содержания НУ /9/, показало, что на данном участке доминирует поставка ПАУ. Данный факт, вероятнее всего, объясняется различной природой мигрирующий флюидных потоков.

Состояние природной среды Штокмановской площади относительно благополучное /10/. Биологические исследования, выполненные в нашем рейсе (на макро-, мейо- и микро уровнях) не выявили каких-либо значимых изменений как видового разнообразия бентоса, так их размерно-весовых и трофических характеристик /11/.

Приведенные данные могут быть использованы для оценки состояния природной среды в районах предполагаемого освоения нефтяных и газовых месторождений, а также для организации мониторинга и разработки нормативной документации по рациональному природопользованию.

Список литературы

  1. Грамберг И.С., Иванов В.Л., Иванов Г.И. Региональные геоэкологические исследования в западной части арктического шельфа комплексом геолого-геофизических методов. В кн.: Геофизика и современный мир., М., 1993, с.62-64
  2. Иванов Г.И., Леонова Е.М., Бордуков Ю.К., Тушев С.И. Геоэкологическая оценка состояния природной среды в районе Штокмановского ГКМ и Приразломного НМ. В кн. Геология морей и океанов, М., ИО РАН, 1994, т.1, с. 110-112
  3. Иванов Г.И., Грамберг И.С., Пономаренко Т.В. Геоэкология арктического шельфа: методология. Разведка и охрана недр, 1996, N12 , с. 31-39.
  4. Перечень аттестованных и временно допущенных к использованию (до 1995 года) методик определения содержания компонентов в природных и сточных водах. М., Роскомгидромет, 1990, 126 с.
  5. Временные методические рекомендации по ландшафтно-экологическому картированию при геологической съемке шельфа. Л., ПГО "Севморгеология", 1989, 41с.
  6. Иванов Г.И., Грамберг И.С., Крюков В.Д. Уровни концентраций загрязняющих веществ в придонной морской среде западно-арктического шельфа. ДАН РАН, 1997, т.355, N 3, с.365-368.
  7. Комплексные исследования техногенного загрязнения в прибрежной зоне Кавказского шельфа Черного моря. М.В. Кочетков (гл. редактор). Геленджик, ГП НИПИОкеангеофизика, 1994, 226 с.
  8. Иванов Г.И., Грамберг И.С., Пономаренко Т.В. Уровни концентраций загрязняющих веществ в придонной морской среде Печорского моря. ДАН РАН, 1999, т. 365, N 5, с. 689-693.
  9. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е..П. Геохимия окружающей среды. М., 1990. 335 с.
  10. Иванов Г.И., Леонова Е.М., Бордуков Ю.К., Криницкий П.И., Нещеретов А.В. Геоэкологическая оценка состояния природой среды в районе Штокмановского газоконденсатного месторождения. В кн.: Освоение шельфа арктических морей России., СПб, 1995, с.319- 321.
  11. Кийко О.А., Погребов В.Б. Бентос района Штокмановского газоконденсатного месторождения: оценка состояния в целях экологического мониторинга // Освоение шельфа арктических морей России, СПб, 1995. С. 369-370.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *