Основные факторы загрязнения

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Экология»

«Защита окружающей среды от разливов нефтепродуктов»

 

 

Выполнил: студент 2 курса гр. ДБЖ-11

Шестопалова М.М

Проверил: Барковская Ю.Н.

 

 

Электросталь 2011 г.

Содержание

1.Введение.

2.Нефть и её состав. Основные факторы загрязнения.

3.Почва.

4. Естественная трансформация нефти в почве.

5. Восстановление загрязнённых почв.

 

Введение.

Добыча полезных ископаемых, их переработка и транспортировка тяжело

сказываются на состоянии и плодородии почвенного покрова Земли. Общеизвестно,

что хорошие почвы - это обильное плодородие, также в почвенном покрове Земли и её гумусовой оболочке сосредоточена основная доля живого вещества суши и его биогенной энергии. Отсюда экологическая система “ почва - организмы “ оказывается одним из главнейших механизмов формирования всей биосферы, её стабильности и продуктивности в целом.

Мы привыкли наслаждаться мыслью о необозримости наших просторов. Действительно, страна у нас огромная! Её территория 2227, 6 млн. га. Но важнейшие

сельскохозяйственные угодья - пашни, сенокосы, пастбища - на этих просторах

занимают примерно лишь одну четверть, а три четверти приходиться на тундру,

тайгу, пустыни. Превратить их в плодородные земли дело немыслимое. Не говоря

уже о том, что человечество ежегодно теряет около 50 - 70 тыс. км² земельных ресурсов.

Охватить весь комплекс проблем, связанных с загрязнением почвенных биоценозов, задача очень сложная и многообразная. В почве, населённой

миллиардами организмов, - от бактерий до млекопитающих, включительно, -

процессы обмена столь многообразны и сложны, что мы ещё только подходим к их

пониманию.

В связи с этим, проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами очень актуальна. Не секрет, что энергетическая программа России на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи “чёрного золота”, а это, в свою очередь, ведёт к расширению сети трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти и нефтепродуктов.

Для того чтобы рассматривать любую экологическую проблему, необходимо прежде

всего знать “ участников “ этой проблемы. В нашем случае “ участниками “ этой

проблемы являются: нефть и почва.

Нефть и её состав.

Основные факторы загрязнения.

Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий из большого числа

углеводородов (УВ) разнообразного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Главные элементы: С - 83-87%, Н - 12-14%, N, S, O - 1-2%, реже 3-6% за счет S. Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы.

В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти приняты

содержание легкой фракции (начало кипения 200⁰С), метановых УВ (включая твердые парафины), циклических УВ, смол, асфальтенов и сернистых соединений.

Легкая фракция нефти

Включает низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые)

и ароматические УВ - наиболее подвижная часть нефти.

Большую часть легкой фракции составляют метановые УВ (алканы с С₅-С₁₁ - пентан, гексан...). Метановые УВ, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы.

Многие исследователи отмечают сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения. С уменьшением содержания легкой фракции токсичность нефти снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40% легких фракций.

Метановые УВ

В нефтях, богатых легкой фракцией, существенную роль играют более

высокомолекулярные метановые УВ (С₁₂-С₂₇), состоящие из

нормальных алканов и изоалканов в соотношении 3:1.

Содержание твердых метановых УВ (парафинов) в нефти - важная характеристика

при изучении нефтяных разливов на почвах. Парафины не токсичны для живых

организмов и в условиях земной поверхности переходят в твердое состояние,

лишая нефть подвижности.

Алканы ассимилируются многими микроорганизмами (дрожжи, грибы, бактерии).

Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он

надолго может “запечатать” все поры почвенного покрова, лишив почву

возможности свободного влагообмена и дыхания. Это, в первую очередь, приводит

к полной деградации биоценоза.

Циклические УВ

К ним в нефти относятся нафтеновые и ароматические УВ.

Нафтеновые УВ составляют от 35 до 60 %

О токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Вместе с тем имеются данные

о нафтенах как о стимулирующих веществах при действии на живой организм.

Биологически активным фактором этой нефти служат полициклические нафтеновые структуры. Основные продукты окисления нафтеновых УВ - кислоты и оксикислоты.

К ароматическим УВ (аренам) относятся как собственно ароматические структуры

- 6-ти членные кольца из радикалов -СН-, так и “гибридные” структуры,

состоящие из ароматических и нафтеновых колец. Содержание в нефти

ароматических УВ от 5 до 15 %, чаще всего от 20 до 40 %. Основная масса

ароматических структур составляют моноядерные УВ - гомологи бензола.

Полициклические ароматические УВ (ПАУ) с двумя и более ароматическими

кольцами содержатся в нефти от 1 до 4 %. Среди голоядерных ПАУ большое

внимание обычно уделяется 3,4-бензпирену как наиболее распространенному

представителю канцерогенных веществ.

Ароматические УВ - наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего

1 % в воде они убивают все водные растения. Нефть содержащая от 30 до 40 %

ароматических УВ значительно угнетает рост высших растений. Моноядерные УВ -

бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое воздействие на

организмы чем ПАУ так как ПАУ медленнее проникают через мембраны клеток.

Однако, в целом, ПАУ действуют более длительное время, являясь хроническими

токсикантами.

Ароматические УВ трудно поддаются разрушению. Экспериментально показано, что

главным фактором деградации ПАУ в окружающей среде, в особенности в воде и

воздухе, является фотолиз, инициированный ультрафиолетовым излучением. В почве этот процесс может происходить только на ее поверхности.

Смолы и асфальтены

Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные компоненты

нефти. Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые, нерастворимые

в низкомолекулярных УВ. По содержанию смол и асфальтенов нефти подразделяются

на:

малосмолистые (от 1 - 2 до 10 % смол и асфальтенов)

смолистые (10 - 20 %)

высокосмолистые (23 - 40 %)

Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе

почти все металлы.

Вредное экологическое влияние смолисто - асфальтеновых компонентов на

почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в

значительном изменении водно - физических свойств почв. Если нефть

просачивается сверху, ее смолисто - асфальтеновые компоненты сорбируются в

основном в верхнем, гумусовом горизонте иногда прочно цементируя его. При

этом уменьшается поровое пространство почв.

Смолисто - асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений,

они резко ухудшают поступление к ним влаги в результате чего растения

погибают. Эти вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет очень медленно, иногда десятки лет. В целом при окислительной деградации

нефти в почвах, независимо от того, происходит механическое вымывание

загрязняющих веществ или нет, идет накопление смолисто - асфальтеновых веществ.

Разрушение и вынос компонентов УВ фракции происходят гораздо быстрее.

Почва.

Почва - это связующее звено между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами и играет важную роль в процессах обмена веществами и энергией между компонентами биосферы. Почва – это средоточие жизни, среда обитания многих живых организмов. “Дыхание” почвы существенно изменяет состав приземного слоя атмосферы. Почвенная влага, формируясь из атмосферных осадков, в дальнейшем определяет химический состав грунтовых, речных, озёрных и в значительной мере морских вод. В почве постоянно и одновременно протекают химические, физические и биологические процессы. Немаловажную роль здесь играют процессы ферментативного и каталитического окисления, восстановления и гидролиза. В

результате почва обогащается необходимыми неорганическими и органическими

веществами, происходит химический круговорот веществ - сущность развития

почвы, её плодородия.

Под плодородием понимают свойство почвы удовлетворять потребности

растений в элементах питания и воде, снабжать корневые системы необходимым

количеством воздуха и теплоты, обеспечивая тем самым нормальную

жизнедеятельность растений.

Важное значение для осуществления почвенных процессов имеет структура почвы.

Любую почву можно рассматривать как гетерогенную, многофазную систему,

состоящую из твёрдой (минеральный “скелет”, органический и биологический

компоненты), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз. Почва представляет собой биоминеральную (биокосную) динамическую

систему, находящуюся в материальном и энергетическом взаимодействии с внешней

средой и частично замкнутую через биологический круговорот веществ.

Минеральный состав почв складывается в основном из кварца (SiO₂) и

алюмосиликатов (SiO₂ ^. Al₂O₃ ^. H₂O) в различных соотношениях.

Гумусообразование происходит в результате превращения органических остатков,

Биологическая составляющая почвенных экосистем представлена зелеными

растениями, микроорганизмами и животными. При воздействии организмов на почву

в процессе их жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования - синтез и разрушение органического вещества, избирательное

концентрирование биологически важных микроэлементов, разрушение и

новообразование минералов и аккумуляции веществ.

Основная почвообразующая роль принадлежит лесной растительности. Остатки растительности поступают на поверхность почвы в основном в виде опада. На втором месте по биомассе почвообразующих зелёных растений – травянистая растительность. При этом биомасса корней обычно превышает биомассу наземной части травянистой растительности. В формировании плодородия почв принадлежит почвенным микроорганизмам. Здесь обитают в большом количестве бактерии, микроскопические грибы и водоросли. Особенно важную роль в почвенном круговороте веществ играют бактерии.

Гетеротрофные бактерии разлагают органические остатки до простых минеральных

соединений. Афтотрофные бактерии осуществляют в почве процессы

окисления минеральных соединений - продуктов жизнедеятельности гетеротрофов.

При участии железоокисляющих бактерий, наиболее распространенных в заболоченных почвах, происходит окисление солей Fe (II). В почве содержится много бактерий - азотфиксаторов: свободно живущих и клубеньковых. На отмирающих органических остатках живут сапрофитные гетеротрофные бактерии и грибы. Микроскопические грибы (плесневые, актиномицеты) в аэробных условиях

могут разлагать клетчатку, лигнин и другие стойкие органические соединения,

участвуют в минерализации гумуса.

Наряду с бактериями и грибами в почве присутствует большое

количество водорослей, в основном в поверхностном слое и на растениях.

Плодородие почвы определяется содержанием в ней гумусовых веществ. Эти

вещества химически и микробиологически устойчивы. Они являются промежуточными продуктами в процессе образования угля. Зрелые гумусовые почвенные горизонты формируются за сотни лет, а минеральные - за тысячи и миллионы лет.

Потери почвенного покрова во всем мире велики. Общая площадь почв, разрушенных

за всю историю человечества, достигла 20 млн. км², что намного превышает площадь всей пахотной земли, используемой в настоящее время. В результате застройки, производства горных работ, опустынивания и засоления почв мировое сельское хозяйство ежегодно теряет около 50 - 70 тыс. км².