В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 86
Текст из файла (страница 86)
время, Ь = Ри Ро Ри р и рв - плотность воды и нефти соответственно. В гравитационно-вязком режиме растекания 1, 12'3 12'4 1/12 ~ 6 где и — коэффициент кинематичсской вязкости воды, Сз = 1,5, Наконец, в режиме поверхностного натяжения имеем 1/2 13/4 =С о где Св = 2,3. Величина 1т является суммарной величиной поверхностного натяжения пленки на воде: 2Г = О., — ΠΠ— 1топ, ГДЕ Оннн 11„Ш О„В СООтВЕтетВЕННО КОЭффИЦИЕНтЫ ПОВЕРХНОСтного натяжения на границах раздела вода — воздух, вода — нефть, воздух †неф. Приведенное разделение режимов растекания нефти является первым приближением к изучаемому процессу.
Исследования показывают, что вязкость нефти влияет на коэффициент сопротивления между слоями нефти и воды и скорость растекания нефти в гравитационно-инерционном режиме. Продолжительность режимов растекания зависит от первоначального объема нефти. Причиной прекращения растекания нефти является уменьшение и изменение знака коэффициента поверхностного натяжения пленки на воде. Однако определение этой границы является очень сложной задачей ввиду того, что в состав нефти входит много органических веществ, влияк1щих на величину коэффициента поверхностного натяжения.
Перемещение 1дрейф) нефтяной пленки как целого в отличие от растекания определяется внешними силами: ветром, течениями, поверхностными волнами. Если дрейф пленки нефти происходит под действием ветра и течений, не вызванных прямым Гл. 19. Загрязнения природной среды действием ветра, скорость дрейфа равна арифметической сумме скоростей: с=и +Оббив,, где ~У„скорость ветрового дрейфа, ~Ус скорость дрейфа, вызванного течениями. Определяющую роль в дрейфе пленки играет ветровой дрейф.
Скорость ветрового дрейфа составляет около 3% от скорости ветра. Под действием силы Корнолиса направление дрейфа отклоняется от направления скорости ветра, угол отклонения составляет от 0 до 100'. После прекращения растекания дальнейший рост площади нефтяного загрязнения будет происходить под действием турбулентной диффузии. Диффузия нефтяных загрязнений отличается от диффузии консервативных пассивных примесей.
Неконсервативность нефтяной пленки обусловлена испарением, растворением нефти и биодеградацией, в процессе диффузии происходит изменение химического состава пленки. Поэтому необходимо подходить с осторожностью к перенесению результатов опытов по горизонтальной турбулентной диффузии с различными красителями на диффузию нефтяного пятна. Следует отметить, что в случае нефтяной пленки имеет место горизонтальная диффузия, а для нефти в диспергированном состоянии диффузия будет трехмерной.
Поверхностные волны оказывают значительное влияние на нефтяные загрязнения. Волны являются причиной волнового дрейфа, вызывают перемешивание нефти при обрушении волн, изменяют толщину нефтяного глика над различными участками волны. Волновое движение создает в приповерхностном слое волновое течение, обу1ловленное нелинейными эффектами.
Скорость течения определяется формулой Стокса. Исследование дрейфа нефти под воздействием волн и прн совместном воздействии волн и ветра проводилось пока только в лабораторных работах. Оказалось., что в этом случае скорость волнового дрейфа превышает значение скорости Стокса. Скорость волнового дрейфа во всех случаях составляет менее 20% от скорости ветрового дрейфа. Отметим, что эти результаты получены в лабораторных условиях при малых разгонах. Соотношение между скоростью чисто ветрового дрейфа и скоростью волнового течения зависит не только от скорости ветра, но и от стадии развития волнения. Поверхность океана при определенных ветровых условиях покрыта значительным числом обрушивающихся волн, которые 1"л.
19. Заерленения природной среды влияют на перемешивание нефти и расплывание нефтяных сликов. В свою очередь нефтяные слики уменыпают частоту обрушения волн. Разрушение волны на нефтяном слике приводит к перемешиванию нефти в водяном столбе, плавучесть частиц нефти вызывает подъем ее частиц на поверхность. Баланс сил, приводящих к заглублению и к подъему нефти, определяет время нахождения ее частиц в воде.
Непосредственно влияние загрязняющих веществ, в частности нефти, на обрушение волн сохраняется до тех пор, пока не нарушена целостность поверхностных пленок. При сильных ветрах поверхностный слик разрушается, в слое ветрового перемешивания образуется эмульсия нефти в воде, влияние которой на обрушение волн незначительно. Увеличение вязкости в приповерхностном слое из-за образования эмульсии приводит к незначительному ослаблению высокочастотных составляющих спектра волн. Проникновение нефти в глубину сопровождается пространственной дифференциацией частиц нефти по размерам и нефтяных углеводородов по химическому составу.
Волны способны изменять толщину нефтяного слика над ними. Измерения толщины слоя нефти над волновой поверхностью (если толщина слоя более 1 мм) в лабораторных и натурных условиях показали, что слой нефти становится более толстым над гребнями волн и уменьшается над впадинами. Этот эффект был установлен в случае волн без ветра. Исследования показывают, что напряжение трения и давления в ветровом потоке могут приводить к перераспределению слоя нефти над волновой поверхностью.
Слик., имеющий большие пространственные размеры, приводит к изменению характеристик пограничного приводного слоя: изменяется шероховатость водной поверхности, коэффициент сопротивления, скорость трения, скорость ветра в приводном слое. В результате изменяется поступление энергии от ветра к поверхностным волнам и течениям, нарушаются газообмеп и влагообмен пограничных слоев. Использование в сельском хозяйстве ПАВ для уменьшения испарения с водоемов небольших размеров — хорошо известный факт. Таким образом пленочные загрязнения значительных акваторий морей могут существенно нарушить механизмы взаимодействия атмосферы и океана.
Экологические последствия морских геолого-геофизических исрследовоиий Современные морские геолого-геофизические исследования проводятся с палубы судна, а также с помощью подводных М В.И Трунин и ар 4йО Гл. 19. Загрязнении природной среды обитаемых и необитаемых аппаратов. Они включают в себя геоморфологические, геомагнитные, гравиметрические, сейсмические, ссйсмологичсские, геотермические электромагнитные исследования, драгирование коренных пород дна, сбор образцов донных осадков, глубоководное бурение дна океана. В последнем случае проводятся, как правило, и внутрискважинные геофизические исследования.
Сам процесс исследований проходит с той или иной степенью вмешательства в природную среду. Вопрос о количественной оценке загрязнения природной среды процессом геолого-геофизических исследований в настоящее время еще находится па уровне постановки проблемы (А. А. Шрейдер, Ал. А. Шрейдер, 2000). Экологические последствия геоморфологических, гравиметрических и геомагнитных исследований, проводимых по ходу судна, не намного превышают те, что имеют место при обычном движении судна. Сейсмические исследования предполагают буксировку за кормой судна источников сигналов и буксировку гирлянды приемных датчиков (сейсмических кос). Длина кос при различных модификациях сейсмических исследований меняется от 200 — 500 м до 2 — 6 км.
Экологические последствия такой буксировки для водной массы несколько превышают те, что наблюдаются при буксировке гондол магнитометра. Источниками сейсмических сигналов в море первоначально служили глубинные бомбы (иногда сбрасывавшиеся даже с вертолетов), тротиловые шашки, электрические разряды большой мощности и т.и. Использование такого рода источников приводило к неисчислимым бедствиям на поверхности и в глубинах моря для его обитателей. Прямой экологический вред и потенциальная опасность для любых живых организмов (известны случаи прямой гибели людей при производстве морских сейсмических исследований) заставили отказаться от использования вышеуказанных источников сейсмических сигналов и привели к разработке менее опасных способов возбуждения сигналов.
Среди них наибольшее распространение в настоящее время получили воздушные пушки разных объемов, «стреляющие» сжатым воздухом. Степень сжатия воздуха и объем пушки обусловливают ее тротиловый эквивалент, иногда достигающий нескольких сотен или даже тысяч грамм. К числу наиболее губительных для подводного мира последствий относится гидродинамический удар, 1'л.19.
Загрноненин природной среды 451 сила которого и радиус действия определяется тротиловым эквивалентом. Степень такого вреда определяется количеством особей рыб, оказавшихся в радиусе действия (до нескольких сотен метров) гидродинамического удара. В меньшей степени изучено влияние удара па планктонные сообщества. Совершенно не изучен вопрос о степони опасности частотного состава колебаний частиц воздушной и водной масс при пушечном выстреле.
Современная техника сейсмических импульсов, испускаемых каждые несколько десятков секунд гирляндами нз многих пневмо-гидропушек (каждая пушка при этом может создавать эффект гидроудара с давлением до 100-.150 атм), представляет угрозу для морской биоты, в том числе для промысловых ее видов. Масштабы таких действий весьма значительны. За летний сезон геофизической сьемки одно сейсморазведочное судно с буксируемым шлейфом тросов, кабелей, пушек, гидрофонов, протягивающихся на несколько сотен метров или километров проходит маршрут около 10()00 км, а количество пневмовзрывов составляет не менее 3 млн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
