4628-1 (Воздействие нефти на гидросферу Земли)

Воздействие нефти на гидросферу Земли

Курсовая работа по дисциплине «Общая экология» студентки 4 курса заочного отделения специальности «Охрана окружающей среды» группы № 5 О.П. Султановой

Пермский государственный университет

Кафедра охраны природы и окружающей среды

Пермь 2002

Введение

Сырая нефть впервые была добыта в значительных количествах в 1880 г. С тех пор ее добыча росла экспоненциально и сейчас превышает 3,2-10¹² л ежегодно (в мире). Очищенные нефтяные продукты постоянно расходуются на удовлетворение более 60% мировых энергетических потребностей. В связи с этим практически невозможно применять продукты в таких количествах без некоторых потерь. Количество таких потерь, предусмотренных или случайных, постоянно растет, и загрязнение моря, как сырой нефтью, так и продуктами ее переработки сейчас является предметом серьезного беспокойства.

Основная цель моей работы – исследовать характер влияния нефти и нефтепродуктов на гидросферу Земли и оценить последствия этого влияния на водные организмы.

Так как, в настоящее время, нефтепродукты являются одним из важнейших энергоносителей для Человечества, и тенденция продлится, как минимум, на ближайшие 20 лет, проблема попадание нефти в гидросферу Земли остается достаточно актуальной.

Загрязнение континентальных и океанических вод углеводородами является в настоящее время одним из основных видов загрязнения гидросферы современным цивилизованным обществом. Тот факт, что существуют районы моря, где нефтеналивным судам разрешено сбрасывать воду после промывки танков, попирает все основы океанографии. Эта проблема стоит особенно остро в зонах эстуариев, где, несмотря на обилие рыбы, ее невозможно употреблять в пищу из-за неприятного вкуса, который придает ей нефть. Кроме того, действие углеводородов нарушает экологическое равновесие замкнутых морей.

Углеводородное загрязнение возникает в результате многих факторов, связанных с добычей нефти, ее транспортировкой танкерами и использованием нефтепродуктов топлива и смазочных материалов.

Загрязняется ли масса воды, когда на нее непосредственно воздействует человек, или ее следует классифицировать как загрязненную только тогда, когда впервые нарушается экологическая структура? Гидросфера является динамической системой, в которой поддерживается биохимическое равновесие, и в нормально функционирующей водной системе, несомненно, имеются большие резервы для ассимилирования отходов. Однако во многих местах эти резервы настолько исчерпаны или истощены, что ряд водных систем чрезмерно загрязнен. До того, как это загрязнение становится легко обнаруживаемым, равновесие уже нарушено и экологическая структура может быть серьезно повреждена. Примерами таких водных систем, где загрязнение стало заметным или становится все более заметным, являются Адриатическое, Балтийское и Средиземное моря, реки Темза, Рейн и Сена, а также Великие озера в США и Канаде. Но динамические системы обладают замечательной способностью регенерации и при осторожном и продуманном планировании даже наиболее сильно загрязненные водные системы могут быть возвращены вновь к активному и полному их использованию. Примером регенерации речного режима в крупном масштабе является успешное восстановление устья Темзы.

В специфическом случае, каким является прибрежная экологическая система, одним из важнейших факторов, который учитывается при составлении различных прогнозов, становится влияние загрязнения на жизнь моря. Известно, что подавляющее большинство рыб и других, вылавливаемых для продажи организмов, размножаются и проводят начальный период развития на мелководье: в устьях рек, заливах и в прибрежной водной системе. Некоторые глубоководные рыбы, например атлантический лосось, мигрируют из соленой воды в пресноводные реки метать икру. Многие ракообразные и им подобные размножаются в приливных зонах и проводят свою жизнь на мелководье. Таким образом, беспорядочная свалка отходов наибольшее влияние оказывает на продуктивность этих жизненно важных районов.

Эти районы сравнительно невелики и связаны с существованием геологических структур, называемых континентальными шельфами. Последние занимают 7,5% площади океанов, приблизительно 18% всей земной поверхности и содержат около 0,2% всего количества воды. В настоящее время исследовано менее 15% площади шельфов и изучено менее 10% течений циркулирующих прибрежных вод. Однако, несмотря на это такие районы интенсивно используются для сброса отходов, в том числе содержащие и нефтепродукты.

Для достижения цели моей работы необходимо решить ряд задач:

Дать характеристику нефти, как химического соединения различных углеводородов.

Проранжировать основные источники попадание нефти в гидросферу и оценить степень их влияния.

Описать процесс превращения и распада нефти и нефтепродуктов в воде.

Охарактеризовать влияние нефти и нефтепродуктов на водные организмы.

Изученность проблемы влияния нефти и нефтепродуктов на гидросферу увеличивается пропорционально количеству углеводородов попадающих в Мировой океан, так как исследование свершившихся фактов позволяет оценить реальность данного влияния.

Данная тема описывается практически в любой литературе по экологии (Ф. Рамад, «Основы прикладной экологии»; А.М. Владимиров, «Охрана окружающей среды»), но достаточно глубоко описаны процессы, происходящие в воде с нефтью людьми, специально занимающимися этой проблемой (И.А. Шалыгин и др., «Исследование процессов при сбросе отходов в море»).

Раздел I. Нефть и источники попадания ее в водоемы

1. 1. Химический состав нефти

Прежде, чем говорить о влиянии нефтепродуктов на окружающую среду, логично рассмотреть химический состав нефти, так как и ее миграция в окружающей среде, и результирующее воздействие ее на флору и фауну зависят от природы индивидуальных химических компонентов.

Сырая нефть является смесью химических веществ, содержащей сотни компонентов. Сложность химического состава совпадает с нашими представлениями об образовании нефти. Установлено, что нефть образовалась в результате длительного теплового, бактериологического и химического воздействия на органические остатки растительных и животных организмов. Разумно ожидать, что нефть будет обладать, по крайней мере, частично, сложной химической природой тех материалов, из которых она образовалась. Более 75%, общего состава нефти приходится на углеводороды; кроме них в нефти в наибольших количествах содержатся сера, азот и кислород: до 4% серы, 1 % азота и несколько меньше кислорода. Эти добавочные элементы обычно входят в состав молекул углеводорода.

Основное различие между нефтью, добытой в различных географических районах, обусловлено не химическим составом, а содержанием отдельных компонентов; последнее и влияет на химические и физические свойства сырой нефти. Некоторые нефтепродукты почти бесцветны, в то время как другие имеют черную, янтарную, коричневую и зеленую окраску. Некоторые нефтепродукты имеют приятный запах, похожий на запах эфира, скипидара и камфоры. Некоторые нефтепродукт имеют очень неприятный запах, обычно вызываемый присутствием серосодержащих компонентов. Биологические и химические свойства различных углеводородов существенно различаются, поэтому, при оценке влияния компонентов нефти на окружающую среду необходимо знать состав определенного нефтепродукта.

Состав нефти обычно определяется количественным содержанием углеводородов, которые делятся па парафины, циклопарафииы, ароматические и нафтеноароматические углеводороды.

Сырая нефть содержит 25% парафинов, их обнаруживают главным образом во фракциях с низкой температурой кипения (40 - 230°С). Содержание парафинов в различных сырых нефтепродуктах колеблется в широких пределах. Некоторые нефтепродукты состоят главным образом из парафинов нормального строения, в то время как другие содержат лишь, следы этих соединении.

Циклопарафипы, которые называют также нафтенами, составляют 30 - 60% общего состава сырой нефти. Большинство из них являются моноциклическими. Однако во фракциях, кипящих при высоких температурах, обнаружены соединения, содержащие 6 и более колец. Наиболее часто можно обнаружить циклопентан и циклогексан.

Ароматические углеводороды по свойствам сильно отличаются от циклопарафинов. Эти различия определяются характером связей. Бензол - простейший ароматический углеводород и его производные преобладают в легкокипящих нефтяных фракциях; в высококипящих фракциях содержатся полициклические ароматические углеводороды.

Ароматические углеводороды менее распространены в нефти. Чаще всего в ее состав входят углеводороды сложной структуры, включающей остатки парафиновых, циклопарафиновых и ароматических углеводородов.

Остаточные фракции содержат углеводороды, кипящие при высоких температурах. Несмотря на то, что их состав не известен, можно утверждать, что они содержат кислород, серу, азот и примеси металлов, их молекулярная структура состоит из слоев сконденсированных гетероциклических колец, соединенных короткими н-парафиновыми; цепочками имеются также гетероциклические остатки.

1.2. Источники загрязнения гидросферы нефтяными углеводородами

В последние годы серьезное беспокойство вызывало загрязнение океанов нефтью в результате крушения танкеров и выбросов нефти на буровых скважинах, расположенных в открытом море. Такие примеры очень серьезны, однако загрязнения, вызванные ими, составляют лишь небольшую долю от общего количества загрязнений нефтяными углеводородами акватории мирового океана. Большинство нефтяных загрязнений океана не являются результатами несчастных случаев, привлекающих к себе так много внимания.

Таблица № 1. Распределение вклада в загрязнение мирового океана нефтью различных источников.

Так сколько же нефти ежегодно попадает в Мировой океан из различных источников в результате деятельности человека? Несмотря на ненадежность существующих оценок, большинство авторов придерживается мнения, что количество этой нефти равно 5 млн. т. Однако некоторые эксперты оценивают его в 10 млн. т. Поскольку 1 тонна нефти, растекаясь по поверхности океана, занимает площадь 12 км², Мировой океан, вероятно, уже давно покрыт тонкой поверхностной пленкой углеводородов. [2].

Детальные статистические данные, взятые из отчета Национальной Академии Наук в Вашингтоне [1], приведены ниже в Таблице №1.

1.2.1. Обычные транспортные перевозки

Данные, приведенные выше, указывают на то, что основная доля загрязнений приходится на транспортирование нефти. Это и неудивительно, так как основные нефтедобывающие районы расположены на значительном расстоянии от многочисленных районов потребления и переработки нефти и, следовательно, нефть необходимо транспортировать в океанских танкерах. В настоящее время по морю ежегодно транспортируется более 1 млрд. тонн нефти. Часть этой нефти (от 0,1 до 0,5 %) выбрасывается в океан более или менее легально: речь идет не о непредвиденном, а в некотором смысле сознательном загрязнении в результате практики сброса промывочных, и балластных вод в открытое море.