Источники и пути поступления нефти и её производных в море

ВВЕДЕНИЕ





Актуальность проблемы. Нефтяные углеводороды (НУ) являются одними из основных загрязняющих веществ Мирового океана [72]. По разным оценкам общее количество нефтепродуктов, поступающих в морскую среду из различных источников, составляет 1,7 - 8 млн. т·год-1 [9]. Исключение не составляет и Черное море, а соответственно Севастопольские бухты, которые по своей специфике (развитое судоходство и наличие морского флота)  систематически подвергаются нефтяному загрязнению, что впоследствии приводит к перестройке бентосных сообществ. 

Поступившая в поверхностные воды нефть вступает в общую цепь сложных и мало исследованных по длительности процессов (испарение, растворение, эмульгирование, биодеградация, химическое окисление, соединение с минеральными веществами и др.). В результате этих процессов нефть теряет плавучесть, осаждается на дно и накапливается в донных осадках, где происходит дальнейшее преобразование нефти с участием донной биоты. К составляющим этого процесса относятся: накопление, выведение и передача НУ по пищевой цепи. Однако литературных данных о степени накопления НУ в бентосных моллюсках недостаточно и они весьма отрывочны, а по корреляции между уровнем накопления в моллюсках и загрязнением среды их обитания практически отсутствуют. Поэтому несомненный интерес представляет определение количества НУ в донных осадках и населяющих их моллюсках, анализ степени влияния данных загрязнителей как на сообщества гидробионтов в целом, так и на отдельные их виды; а также оценка потоков НУ, передающихся по трофической цепи: детрит – микроорганизмы - детритофаг (Abra segmentum) - потребитель детритофагов (Nassarius reticulatus). Данные виды моллюсков были выбраны как доминирующие в бентосных сообществах на илистых грунтах исследуемых районов. 

Кроме того, донные осадки, являясь конечным этапом в процессах осаждения/накопления всех загрязнителей водной толщи, в виду определенной химической консервативности, надолго сохраняют "память" о произошедших воздействиях, многообразие которых дает возможность широкого выбора показателей, как для характеристики состояния среды, так и для оценки ее самоочищающего потенциала. Таким образом, анализ донных осадков любого водоема может служить надежным индикатором регионального загрязнения, в том числе и нефтепродуктами. К сожалению, официально узаконенных нормативов оценки негативного загрязнения морских донных отложений на территории Украины до сих пор не существует, что вызывает затруднения достоверного расчета рыбохозяйственного ущерба при аварийных разливах нефти.

Связь   работы   с   научными    программами,   планами,  темами.

Работа выполнена в отделе морской санитарной гидробиологии Института биологии южных морей Национальной академии наук Украины в период обучения в аспирантуре в 2006-2009 гг. в рамках фундаментальных исследований по госбюджетным темам Национальной академии наук Украины «Изучение биогеохимических закономерностей формирования потоков радиоактивных, минеральных, органических веществ природного и техногенного происхождения, обусловленного ими экологического риска для популяций критических видов в Чёрном море»: «Потоки нефтяных углеводородов и органических веществ основных классов в акватории контактной зоны «суша-море» (№0103U001050, 2003-2007 гг.), «Изучение потоков углеводородов аллохтонного происхождения через морские организмы и их сообщества как основа оценки самоочищения морской среды от нефтяного загрязнения» (№ 0107U012026, 2008-2012 гг.), а также при поддержке гранта НАН Украины для молодых ученых «Процессы самоочищения на поверхности гидротехнических сооружений в прибрежной 





зоне Чёрного моря» (№0109U006073, 2009-2010 гг.), совместного украино-болгарского проекта научно-технического сотрудничества «Порівняльний аналіз екологічного статусу берегових зон України і Болгарії - необхідність відповідних заходів по відновленню» (2009-2010 рр.), гранта НАН Украины для молодых ученых «Нефтяное загрязнение Керченского пролива после аварии судов 11.11.2007 г.» (№0111U008515, 2011-2012 гг.), гранта Президента Украины для одарённой молодёжи (распоряжение Президента Украины от 14.12.2012 г. № 218/2012-рп).

Цель и задачи исследования.  Цель данной работы: изучить качественный и количественный состав нефтяных углеводородов в донных осадках и массовых видах бентосных моллюсков Севастопольских бухт и определить их участие в трансформации нефтяных углеводородов.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

		определить концентрации и групповой состав НУ в донных осадках и моллюсках Abra segmentum, Nassarius reticulatus; идентифицировать источники их загрязнения по соотношению аллохтонных и автохтонных углеводородов;

		отработать методику выделения нефтяных углеводородов из бентосного материала, зафиксированного спиртом;

		определить количество общих углеводородов, липидов и нефтепродуктов в отдельных видах бентосной фауны, выявить влияние загрязнённой среды обитания на уровне накопления углеводородов в тканях моллюсков;

		изучить процессы накопления и выведения НУ исследуемыми бентосными моллюсками Abra segmentum и Nassarius reticulatus в экспериментальных условиях;

		определить качественный и количественный состав НУ в донных осадках и моллюсках Abra segmentum, Nassarius reticulatus и изучить процесс переноса НУ по цепи: донные осадки – Abra segmentum - Nassarius reticulatus с оценкой роли микроорганизмов.

		Объект исследования – нефтяные углеводороды в бентосных моллюсках севастопольских бухт, в частности, в моллюсках Abra segmentum, Nassarius reticulatus, а также среде их обитания – донных осадках.

	Предмет исследования – закономерности процессов накопления, выведения НУ моллюсками и передачи их по пищевой цепи.

	Методы исследования. Определение количества углеводородов и липидов в бентосных организмах проводилось с помощью метода тонкослойной хроматографии. Качественный и количественный состав НУ в донных осадках и моллюсках определялся методом ИК-спектрометрии и газовой хроматографии, количество гетеротрофных и нефтеокисляющих бактерий – методом предельных разведений. Для статистической обработки материала использовался корреляционный анализ и таблица Мак-Креди. 

	Научная новизна результатов исследования. Впервые получены данные о количественном составе НУ в черноморских моллюсках Abra segmentum и Nassarius reticulatus и оценена степень загрязнённости гидробионтов нефтяными углеводородами по отношению к уровню загрязнения донных осадков. Впервые определён фракционный состав НУ в Abra segmentum и Nassarius reticulatus, отобранных в одной из Севастопольских бухт. Показана возможность количественного определения НУ в пробах макрозообентоса, зафиксированных спиртом. Проведён анализ микробиологической составляющей мантийной жидкости A. segmentum (общее количество нефтеокисляющих и гетеротрофных бактерий). Оценены потоки НУ, передающихся по цепи: донные осадки – 
A. segmentum (детритофаг) – N. reticulatus (хищник). 

Практическая ценность работы. Результаты наших исследований донных осадков акватории Севастополя дают возможность оценить уровень загрязнённости бухт НУ, а анализ степени накопления и скорости выведения НУ из моллюсков необходим для оценки способности акватории к самоочищению и разработки комплексных мероприятий по очищению прибрежной зоны моря от загрязнения нефтяными углеводородами. Полученный качественный анализ НУ в моллюсках A. segmentum, N. reticulatus позволяет судить об относительном времени попадания нефтепродуктов в среду их обитания. Оценка потоков НУ, передающихся по цепи: донные осадки - A. segmentum - N. reticulatus даёт возможность оценить степень воздействия нефти на последующее звено в данной пищевой цепи.

	Личный вклад соискателя. Постановка научных задач, выбор методов исследования, сбор и обработка проб, статистическая обработка, анализ и обобщение полученных данных выполнены автором самостоятельно. 

	Апробация результатов. Материалы исследования докладывались и обсуждались на II Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения выдающегося украинского лихенолога М. Ф. Макаревич (Одесса, 2007 г.), Международной конференции молодых учёных (г. Севастополь, п. Кацивели, 2007, 2011 гг.), V, VI, VII Всеукраинских научно-практических конференциях молодых учёных по проблемам водных экосистем «Понт Эвксинский – 2007, 2009, 2011» (Севастополь, 2007, 2009, 2011 гг.), IV Міжнародної наукової конференції студентів і аспірантів (м. Львів, 2008 р.), I міжнародної наукової конференції студентів, аспірантів та молодих учених “Фундаментальні та прикладні дослідження в біології” (Донецьк, 2009), Научной конференции «Ломоносовские чтения» 2009-2012 гг. и Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2009-2012» (Филиал МГУ в г. Севастополе, 2009-2012), VI Международной конференции молодых ученых «Биология: от молекулы до биосферы» (г. Харьков, 2011 г.), III Международной научной конференции «Современные проблемы гидроэкологии. Перспективы, пути и методы решений» (г. Херсон, 2012 г.), Международной научной конференции «Моллюски: результаты, проблемы и перспективы исследований» (г. Житомир, 2010, 2012 гг.).

	Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ (17 из них без соавторов), в том числе в передовых изданиях Украины, – 8 статей, 1 подраздел коллективной монографии, в материалах международных и региональных конференций – 17. Из статей, опубликованных в соавторстве, в диссертации использованы только данные, полученные диссертантом. Права соавторов публикаций не нарушены.

	Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов, списка использованных источников, включающего  179 наименований, из которых 50 - зарубежные. Общий объём рукописи 126 страниц. Работа содержит 21 рисунок и 17 таблиц.

	Благодарности. Соискатель выражает глубокую благодарность руководителю, доктору биологических наук, профессору Миронову Олегу Глебовичу за всестороннюю помощь и поддержку при выполнении работы, коллективу отдела морской санитарной гидробиологии, ведущему инженеру Шадриной Т.В. и инженеру-химику Алёмовой Т. Е. за помощь в лабораторной обработке проб. Особую благодарность автор выражает доктору биологических наук, профессору А. В. Гаевской за ценные советы и рекомендации.

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	РАЗДЕЛ 1

	

	НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ МОРСКОЙ СРЕДЫ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭКОСИСТЕМУ (ОБЗОР)

	

	

	Ежегодно в результате аварий танкеров, морских трубопроводов, аварийных ситуаций при буровых работах в Мировой океан попадает около 150 тыс. т нефтепродуктов. Это вчетверо меньше количества нефти, попадающего в океан естественным путём – в результате просачивания из залегающих под морским дном нефтеносных пластов и примерно вдесятеро меньше того, что привносится в океан в результате повседневной деятельности человека.

	Каждая нефтяная утечка, спровоцированная человеком, является серьёзной катастрофой, так как ущерб от крупного разлива в тысячи раз больший, чем от того же количества нефти, но поступившего в океан из естественных источников. Дело в том, что нефть, попавшая в океан вследствие протечек из месторождений, почти не вредит экосистеме. Места и мощность этих утечек довольно стабильны, и на этих участках постоянно обитают нефтеокисляющие бактерии, успешно превращающие опасное вещество в биомассу, включаемую в дальнейшем в морские организмы.

	В случае же аварии в море попадает сразу огромное количество жидких углеводородов. Все они легче воды и практически в ней не растворяются. Поэтому первое, что происходит при любом масштабном разливе, – это распространение нефтепродуктов по поверхности моря. Растекание 100 м3 нефти занимает около 7 ч, и к концу этого срока (если место бедствия ничем не ограничено) пятно становится размером чуть меньше 2 км2. 

	Нефтяная плёнка нарушает тепло и газообмен между водой и воздухом и губит все живые организмы, обитающие на поверхности моря. Последствия подобных катастроф весьма плачевны и долго ещё напоминают о себе. Время, необходимое морским и береговым экосистемам на восстановление, зависит от температуры моря и воздуха, от погодных условий, а также от состава нефти. Например, Персидский залив отличается постоянно тёплым морем и большим количеством солнечных дней, что содействует интенсивному испарению и окислению углеводородов. В Арктике же процессы естественного распада нефтяных пятен замедлены, и на возвращение природы к нормальным условиям уходят годы [96].

	

	

	1.1. Источники и пути поступления нефти и её производных в море

	

	

	В настоящее время выделяют следующие источники и причины загрязнения гидросферы нефтью и ее производными [10, 12, 20]: 

	- аварийные ситуации при судоходстве, транспортировке нефти; 

	- повреждения трубопроводов; 

	- выбросы и прорывы нефти при авариях на разведочных и эксплуатационных морских буровых; 

	- повреждения нефтехранилищ; 

	- слив остатков нефти из танкеров и отстойников морских судов; 

	- сброс неочищенных сточных вод промышленными предприятиями; 

	- хозяйственно-бытовые стоки города; 

	- сброс сточных вод предприятиями железнодорожного транспорта; 

	- стоки автотранспортных предприятий. 

	Кратко охарактеризуем их. К числу наиболее масштабных загрязнений гидросферы нефтепродуктами большой по площади акватории следует отнести аварии крупнотоннажных танкеров, объёмы которых от всего мирового загрязнения НУ, по некоторым данным, составляют  0,95 – 2,62 млн. т [14, 33]. Их история восходит к 1967 г., когда после аварии танкера «Тори Каньон» в море попало 120 тыс. т сырой нефти.  С тех пор разливы нефти при авариях судов происходят довольно часто. 

В Чёрном море за всю историю наблюдений крупных катастрофических разливов нефти не регистрировалось, однако возможность явлений подобного рода прогнозировалась, особенно в последние годы, учитывая техническую изношенность танкерного флота в странах региона, навигационную обстановку в основных проливах и отсутствие чёткого разграничения ответственности в зонах спорной юрисдикции. В частности, 11 ноября 2007 г. в Керченском проливе во время экстремального шторма потерпели аварию несколько судов, в том числе танкер «Волгонефть-139» с 5000 т мазута. В результате его раскола в воды пролива вылилось около 1300 т мазута [105, 121]. 

Не менее серьёзную опасность представляют аварии на нефтепромыслах, которые могут сопровождаться открытым фонтанированием газа и выбросами газоконденсата. Известно, что при откачке 1 т нефти на современных морских нефтепромыслах теряется в среднем 1-10 г [95, 96, 135, 139, 170, 177]. В случае длительного (в течение недель, месяцев) фонтанирования аварийной скважины возможен разнос попавших в воду углеводородов на десятки и сотни километров, что наглядно демонстрирует ситуация с аварией на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в апреле 2010 г. При аварийных разливах с судов и буровых установок образуются сплошные поля загрязненных веществ, слики, пленки, эмульсии, чаще всего обратные («вода в масле») или множественные.

	В акваториях портов основные потери нефти и нефтепродуктов происходят при погрузке - выгрузке, случайных утечках топлива из переполненных танкеров, разрывах шлангов и других аварийных ситуациях. Наибольшее количество разливов (до 90%) происходит в портах или при подходе к ним и 80% из них составляют разливы сырой нефти [38, 89, 106, 68]. В таких случаях наиболее вероятно образование слика плёнок на водной поверхности, тогда как наличие эмульгированной пространственной формы в первый период выброса весьма ограничено [66, 106, 95, 135]. 

		Не менее важным источником загрязнения является слив промывочных и балластных вод из танкеров и отстойников морских судов. 

Поступление нефти и нефтепродуктов в окружающую среду происходит и со сточными водами предприятий железнодорожного транспорта, в результате мытья смотровых канав, отопительных систем вагонов, цистерн. Железнодорожные аварии также приводят к загрязнению среды нефтепродуктами [84, 86, 129, 178].

		Все вышеперечисленные источники загрязнения Мирового океана нефтью и ее производными являются результатом антропогенной деятельности. Вместе с тем существует и естественный источник загрязнения, который следует учитывать в общем балансе загрязнения - это естественные выбросы нефти по разломам геологических структур 
[74, 76, 150, 131]. 

Значительное загрязнение морской среды происходит при сбросе пластовых вод, которые имеют повышенную минерализацию, характеризуются многокомпонентностью и сильной изменчивостью состава, а также присутствием НУ (0,6 млн. т·год-1) [82, 96]. Весомое поступление НУ в морскую среду происходит при естественном просачивании со дна, по разным источникам оно может составлять от 0,025 до 2,5 млн. т 
[33, 53, 125, 74].

Акватория Чёрного моря, как часть Мирового океана, в настоящее время также подвержена нефтяному загрязнению. Значительный антропогенный прессинг испытывают в течение длительного времени и Севастопольские бухты. Нефть в акваторию бухт поступает из различных источников, таких как топливные причалы, морской транспорт, ливневые стоки и т.д. Систематически поступающие в морскую воду НУ, со временем осаждаются на дно, где оказывают негативное воздействие на донную биоту. 

	

	1.2. Изменение форм нефти и нефтепродуктов в водной среде 

	

	

	Судьба разлитой в водной среде нефти определяется суммой следующих процессов: испарение, растворение, эмульгирование, окисление, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация [24]. Попадая в водную среду, нефть разливается на поверхности воды тонким мономолекулярным слоем, образуя нефтяное пятно, захватывающее в зависимости от масштабов выброса пространство в десятки, сотни и тысячи квадратных километров. Нефть формирует слики, пленки различной мощности, уничтожающие капиллярные волны и подавляющие мелкие гравитационные волны [164, 164, 139, 131]. Затем наступает процесс испарения летучих компонентов, протекающий наиболее интенсивно в первые часы: за 12 ч улетучивается до 25% легких фракций нефти. Затем процесс испарения замедляется. Подобное особенно характерно для сырых нефтей, в которых летучие компоненты составляют от 20 до 50% состава. Сырые нефти за указанный промежуток времени могут отдать в атмосферу до 50% своих компонентов, дизельное топливо - до 75%, тяжелые нефтепродукты - до 10% и нефтеостатки - менее 10%. Ускоряют этот процесс сильные ветры, волнение и повышение температуры. При температуре выше 15°С все углеводороды до d5 испаряются за 10 сут. Испарение нефти приводит не только к потере низкокипящих компонентов. Уже в первые часы поступления нефти в воду идет утилизация алканов от 50 до 90%. Через несколько дней количество оставшейся нефти соответствует количеству содержащихся в ней компонентов, имеющих температуру кипения выше 370°С. Весьма интенсивно за счет испарения идет удаление бензиновых и керосиновых фракций, дизельного топлива и других более низкотемпературных соединений нефти. Однако вынос легких фракций нефтей нельзя принимать за самоочищение водной среды. Кроме испарения, идет процесс растворения разлитой нефти (до 5%). Растворимость углеводородов уменьшается с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Ароматические углеводороды растворяются быстрее, чем парафины с открытыми цепями [25, 52, 59]. 

	Эмульгированию нефти в водной среде способствуют гидролитические процессы. Основная масса нефтяных загрязняющих веществ содержит большое количество нефтяных ПАВ и природных эмульгаторов (смол, асфальтенов, карбенов, высокодисперсных механических примесей), что способствует самоэмульгированию загрязняющих веществ в объеме воды. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсии двух типов: прямые («нефть в воде») и обратные («вода в нефти»). Прямые эмульсии, составленные капельками нефти до 0,5 мкм, менее устойчивы и особенно характерны для нефти, содержащей ПАВ. После удаления летучих и растворимых фракций, нефть часто образует вязкие обратные эмульсии, которые стабилизируются высокомолекулярными соединениями типа смол и асфальтенов, и содержит 50 - 70% воды, так называемый «шоколадный мусс» [106]. 

	Под влиянием абиотических факторов вязкость «мусса» повышается и начинается процесс слияния в агрегаты, или смоляные образования — нефтяные комочки размерами от 1 мм до 10 см (чаще 1 - 20 мм). Агрегаты представляют собой смесь высокомолекулярных парафинонафтеновых и ароматических углеводородов, смол и асфальтенов. Потери нефти при формировании агрегатов составляют 5-10%. Высоковязкие образования — «шоколадный мусс» и нефтяные комочки - могут длительное время сохраняться на водной поверхности, переноситься течениями, выбрасываться на берег, загрязняя побережья, пляжи, портовые сооружения, и оседать на дно [7]. 

	Источники и механизмы накопления нефтяных загрязняющих веществ в донных осадках различные. Прежде всего, это процесс седиментации смоляных образований. Глубина проникновения нефтяных углеводородов в донные отложения зависит от структурно-грунтового состава нефтяных загрязняющих веществ и осадков, солености воды, гидрометеорологических процессов, геоморфологических и других факторов [50, 55]. 

	Все вышеупомянутые изменения, происходящие с нефтью при попадании в водную среду, видоизменяют и перераспределяют первоначальные нефтепродукты, а химическое и микробное окисление приводит к их разложению. Соединения, образующиеся в процессе химического окисления под действием солнечного света, обладают большей растворимостью по сравнению с исходными. Однако некоторые нефти при определенных условиях в процессе химического окисления образуют непрозрачные полимеры, что может тормозить дальнейшее разложение. Кроме того, скорость химического разложения нефти значительно меньше биологического разложения [26, 83, 113]. 

	Биохимическое разложение основной массы разлитой нефти протекает медленно, так как в природе не существует какого-либо определенного вида микроорганизмов, способного разложить все компоненты нефти. Бактериальное воздействие на них отличается высокой селективностью. Полное разложение нефти требует воздействия многочисленных бактерий разных видов, причем для разрушения образующихся промежуточных продуктов требуются «свои» определенные микроорганизмы. Быстрее всего протекает микробиологическое разложение парафинов. Более стойкие циклопарафины и углеводороды сохраняются в водной среде гораздо дольше [52, 114, 19]. 

	Скорость биодеградации зависит как от состава нефти, так и от условий окружающей среды - температуры, наличия доступных соединений азота и фосфора, а также доступа кислорода, солености воды, питательных веществ, содержащихся в водной среде, то есть от тех факторов, которые определяют ее микробиологическую активность [45].

	

	

1.3. Участие биоты в преобразовании нефти и нефтепродуктов





Основная роль в деструкции нефтепродуктов в воде принадлежит биогенному фактору, и, в первую очередь, микроорганизмам-деструкторам. Как отмечают И.А. Кузнецова и А.Н. Дзюбан [49], бактериальные сообщества четко выявляют «концентрационную границу» нефтяного загрязнения, ниже которой микробиальные ценозы вода-грунт еще справляются с поступающими в донные отложения углеводородами и стабилизируют ситуацию – 40…60 мг·кг-1 сухого грунта. При избыточном нефтяном загрязнении возрастают численность и биомасса бактерий, однако снижается их общая активность. Накапливаются токсичные продукты анаэробного распада [45].

За летний период микроорганизмами поверхностных вод в 1 л может быть окислено от 1,2 до 2,5 мг нефтяных углеводородов. Однако данная закономерность прослежена  на  легко  доступных  для  микроорганизмов углеводородах, скорость деструкции углеводородов других классов более низкая [35]. В связи с активной трансформацией и деградацией нефтепродуктов изменяется их структура, получаются все более и более устойчивые к биологической переработке вещества либо токсичные продукты [103].

Кроме нефтеокисляющих бактерий, в преобразовании нефтепродуктов участвуют микромицеты, которые также способны усваивать нефтяные углеводороды в качестве единственного источника вещества и энергии. Их активность по разрушению нефти может превышать бактериальную. Так, некоторые культуры грибов могут практически полностью окислять нормальные парафины и изопреноидные алканы (iC13 - iC21). Рост микромицетов происходил и на ароматических соединениях [71].

Следующим после микроорганизмов звеном в трансформации нефтяных углеводородов, возможно, являются простейшие. Передача НУ в перифитоне представляется следующим образом: нефть ? нефтеокисляющие бактерии (нефтеокисляющие дрожжи) ? нефтяные глобулы ? простейшие (инфузории) ? многоклеточные организмы. Известно [71], что инфузории могут заглатывать мельчайшие капли нефти, тем самым, возможно, они косвенно участвуют в трансформации нефти, стимулируя (путём выедания) рост численности нефтеокисляющих бактерий.

О роли фитопланктона в трансформации нефтяных углеводородов в море практически ничего не известно, несмотря на обширную литературу, посвященную влиянию нефти на микроводоросли. Имеется лишь косвенное предположение, что в ряде случаев причиной гибели зоопланктона стало его питание загрязненным фитопланктоном [31]. Трудно сказать, был ли в данном случае загрязненный нефтью фитопланктон причиной гибели зоопланктона, поскольку зоопланктон сам способен заглатывать мельчайшие капли нефти. По [29, 30], зоопланктон захватывает мелкодисперсные частицы нефти, в результате чего их содержание в фекалиях копепод доходит до 70 %. Копеподы, находившиеся в суспензии кувейтской нефти, заглатывали ее капельки, которые были хорошо видны в их теле под флуоресцентным микроскопом. При концентрации нефти в воде 10 мг·л-1 ее содержание в фекалиях копепод составляло почти 50 %. Копеподами может отфильтровываться до 20 % взвешенных в воде частиц нефти. После аварии танкера «Амоко Кадис» в полости желудка или фекалиях копепод наблюдались капельки нефти, причем в некоторых случаях их количество доходило до 175 мкг·г-1 сухой массы. Все пробы планктона содержали замещенные нафталины, часто в том же количестве, что и основной углеводородный компонент нефти [31]. Факт поглощения зоопланктоном нефтяных частиц свидетельствует об определенной роли этих организмов в вертикальном и горизонтальном переносе нефти в море. При высокой фильтрационной активности некоторых видов, доходящей до 15 л·сут-1 на одну особь, такой перенос может быть весьма значительным [31].

В преобразовании нефти в донных осадках участвуют также донные организмы. Многие исследователи уже давно отмечали, что донные животные способны накапливать  в  своем  организме  нефтепродукты и даже перерабатывать их. Полихеты, к примеру, способствуют преобразованию нефти в донных осадках. Экспериментально показано, что ароматические структуры органического вещества фекалий нереисов из опыта приобретали иной характер, чем исходные.  Полихеты  перерабатывали  нефтепродукты, а именно – тяжелые фракции [18].

В Черном море значительную роль в трансформации нефтяного потока играет массовый моллюск – мидия, которая, как выяснилось, может нормально функционировать в морской воде с нефтью, концентрация которой в десятки раз превышает ПДК [127]. Проходя с током воды через фильтрационный аппарат моллюска, часть нефти связывается в псевдофекалиях, а часть попадает в желудочно-кишечный тракт, а затем выводится с фекалиями.

Накопление углеводородов мидиями зависит от нескольких факторов: степени их исходного загрязнения углеводородами нефти; физиологического состояния, связанного с отсутствием (недостатком) питательных веществ; химического спектра углеводородов в нефтях и нефтепродуктах. Моллюски способны продолжительное время сохранять в своём теле нефть [40, 127].  

Таким образом, макрозообентос является одним из узловых звеньев преобразования нефти и нефтепродуктов в прибрежных экосистемах. Однако работ, в которых был бы показан весь путь трансформации нефтяного потока – от попавшей в донные осадки нефти до населяющих их моллюсков с учётом микробиологической составляющей данного потока, а также передачу НУ через представителей макрозообентоса различных трофических уровней на Черном море фактически нет.







1.4. Влияние нефти и нефтепродуктов на состояние макрозообентоса





Многие структурные характеристики макрозообентоса – видовое разнообразие, численность, биомасса, зависят как от физических свойств грунта и количества преобразованного бактериями легкоусвояемого органического вещества в нем, так и от качества донных отложений. Для грунтов с признаками нефтяного загрязнения характерна бедность видового состава при высокой численности и биомассе выносливых к загрязнению форм, а при сильном хроническом загрязнении наблюдается угнетение всего сообщества, включая устойчивые формы [11, 36, 43, 75]. При загрязнении ароматическими углеводородами снижаются значения численности бентоса, типичные реофильные виды донных беспозвоночных заменяются высокотолерантными к этим загрязнителям видам [97, 134]. Относительная токсичность нефти для морских организмов прямо коррелирует с содержанием в ней ароматических углеводородов [17].

Л.С. Кравцовой с соавт. [47] исследовалось влияние водорастворимых битумов в донных отложениях на распределение гидробионтов. Максимальные значения численности и биомассы олигохет, хирономид и моллюсков отмечались при содержании  водорастворимых  битумов  
40  мг·кг-1  грунта. При более высоких концентрациях (82 мг·кг-1) происходило уменьшение количественных показателей, как отдельных групп, так и зообентоса в целом. Однако влияние водорастворимых битумов на группы зообентоса было неоднозначным. Так, концентрация битумов 
40 мг·кг-1, видимо, создавала оптимальные условия для развития микрофлоры, повышающей пищевую ценность детрита, что способствовало обилию гидробионтов. При дальнейшем росте содержания водорастворимых битумов наблюдалось снижение численности как моллюсков, так и хирономид; у олигохет эта тенденция выражена слабо. Аналогичные закономерности прослежены и другими исследователями [39]. При загрязнении донных  отложений  дизельным  топливом  смертность личинок хирономид Chironomus riparins была достоверно выше контрольной при содержании нефтепродуктов от 220 до 320 мг·кг-1 [120].

Таким образом, несмотря на многочисленные исследования влияния нефти и нефтепродуктов на гидробионтов, комплексное изучение качественного и количественного состава НУ в бентосных моллюсках и среде их обитания – донных осадках отсутствует. Кроме того, мало изучен перенос НУ по трофическим цепям от жертвы – детритофага (Abra segmentum) -  к хищникам (Nassarius reticulatus). Недостаточно данных по степени влияния и реакции бентосных моллюсков на наличие нефтепродуктов, которые накопились за многие годы в донных осадках. Для некоторых гидробионтов неизвестны также летальные концентрации НУ в донных осадках, т.к. до настоящего времени не разработаны критерии оценки предельно-допустимых концентраций в донных отложениях. Все эти вопросы и были поставлены перед нами при выполнении настоящей работы.



В данной главе использовалась информация из статьи автора: Предварительные результаты оценки нефтяного загрязнения Керченского пролива после аварии судов 11 ноября 2007 г. / В.Н. Еремеев, О.Г. Миронов, С.В. Алёмов, Н.В. Бурдиян, Е.А. Тихонова, Т.В. Шадрина, Н.Г. Волков, М.И. Истомина // Морск. экол. журн. – 2008. – №3, Т.VII. – С.15  -24.



















РАЗДЕЛ 2



МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ





В настоящее время  одним из превалирующих видов загрязнения Севастопольских бухт является нефтяное. По данным, полученным отделом морской санитарной гидробиологии ИнБЮМ, например, в 2009 г., наибольшее содержание хлороформенного битумоида и НУ отмечено в центральной части бухты – соответственно 2680 и 1369,5 мг·100 г-1 донного осадка (д. о.). По уровню загрязнения донных отложений бухты региона можно расположить в следующей последовательности (от наиболее загрязненной до наименее): Севастопольская, Стрелецкая (среднее содержание НУ в донных осадках 700-1300 мг·100 г-1 д. о.), Камышовая, Карантинная (60-80 мг·100 г-1 д. о.), Казачья (около 40 мг·100 г-1 д. о.) и Круглая (следовые количества). Кроме того, Севастопольская и Стрелецкая бухты представлены достаточно высокими значениями биомассы, численности и видового разнообразия макрозообентоса (соответственно 63 и 43 вида) [70]. Все эти показатели легли в основу выбора этих бухт в качестве полигона для нашего исследования (рис. 2.1). 

Севастопольская бухта – самая крупная в прибрежной акватории региона (рис. 2. 1). Общая длина бухты составляет порядка 8 км, диапазон глубин от 4-5 м в вершинной части и до 20 м в центральной части и при входе. В границах основной (большой) акватории выделяется более десяти малых полузамкнутых бухт-лиманов, каждая из которых имеет собственную функциональную (хозяйственно-экономическую) специфику. 

Гидродинамической особенностью Севастопольской бухты является наличие двух встречных потоков водных масс – одного с востока на запад и второго со стороны открытого моря, что способствует формированию в центральной части своеобразной буферной зоны, на которой как бы замыкаются разнонаправленные потоки, в том числе и «обогащенные» загрязнением [8]. Искусственное сужение входного пролива бухты за счет сооружения защитных северного и южного молов в конце 70-х снизило величину водообмена с сопредельной открытой частью моря на 40-70% в год, что, в свою очередь, сказалось на времени «полного» обмена вод, увеличившегося почти вдвое [3]. Все эти факторы в совокупности, а именно,  наложение антропогенной нагрузки на специфические функциональные и физические условия, способствуют формированию зон «экологического риска» в отдельных участках.





		

Рис. 2.1 Расположение исследованных бухт: I – Севастопольская, II – Стрелецкая



В вершине Севастопольской бухты у северного берега находится акватория нефтегавани, которая частично отгорожена от остальной акватории молом. 

Бухта Стрелецкая располагается в юго-западном районе Севастополя (рис. 2.1) и, как и большая часть Севастопольских бухт, глубоко вдается в береговую территорию. Общая протяжённость бухты составляет 2,2 км, ширина на выходе – 420 м. Общая эксплуатационная емкость данной бухты, в сравнении с центральной, Севастопольской, невелика, что подтверждают и данные по содержанию нефтяных углеводородов в донных осадках. 

Для сравнения дополнительно анализировали пробы донных осадков с  двух станций условно чистой акватории, расположенной вблизи пляжа Учкуевка в открытом море (ст. 45, 46). 





2.1. Сбор материала и объёмы проб





Материалом для исследования послужили пробы макрозообентоса, бентосных моллюсков абра -  Abra segmentum (R?cluz, 1843) и нассариус -  Nassarius reticulatus (Linnaeus, 1758), а также донных осадков, отобранные в Севастопольской и Стрелецкой бухтах в период с 2006 по 2008 гг. (.......................