CC BY
37
МИГРАЦИОННЫЕ ПОТОКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ЭКОЛОГО-ЛАНДШАФТНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ КАЗАХСТАНСКОГО ПРИКАСПИЯ
© Ахметжанова З.Х.*
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Республика Казахстан, г. Алматы
Представлены результаты исследований характера миграции загрязнителей в ландшафтно-геохимических системах Прикаспийской физико-географической провинции. Установлены режимы миграции загрязнителей. Приведен качественный состав потоков миграций.
Ключевые слова: ландшафтно-геохимические системы, миграционные потоки, качественный состав миграционных потоков.
Источником большой экологической опасности для почвогрунтов Прикаспийской физико-географической провинции Казахстана являются поля испарения и попадающие на поверхность земли пластовые воды после бурения, без биологической очистки. Не задействованы очистные сооружения в п.городского типа Кульсары и вахтовом поселке Тенгиз. Так, фактический объем сброса сточных вод ТШО составлял 534,7 тыс. м3 в год [1]. В связи с высокой проницаемостью грунтов и защитных дамб, построенных из местного грунта, эти сбросы представляют серьезную угрозу для обитателей Каспийского моря. Здесь имеют место временами нагонные затопления прибрежных территорий. В связи с ростом техногенной нагрузки на побережье Каспийского моря загрязняются грунтовые воды, концентрация вредных веществ в силу малых скоростей движения и отсутствия разбавления становится в них, выше фоновых, морских.
Загрязняющие вещества в ландшафтах Казахстанского Прикаспия имеют следующий характер миграции:
- потоки миграции загрязнителей с гидрохимическим стоком, зависящие от характера водоносных горизонтов;
- потоки миграции загрязнителей, аккумулирующиеся почво-грунта-ми вблизи источников локального промышленного загрязнения.
Появление техногенных водных потоков в типичной аридной зоне связано с прорывами трубопроводов, по которым пластовая жидкость поступает от скважин на сборные пункты и установки первичной подготовки нефти. Пластовые воды по своему химическому составу чаще всего представляют собой высокоминерализованные рассолы (до 50 г/л) с большим содержанием растворенных хлоридных солей, карбонатов щелочных металлов и бикарбонатов щелочей, щелочноземельных элементов и высоким содержани-
* Доцент кафедры Географии, землеустройства и кадастра, д.г.н.
ем йода, брома, железа, сероводорода, увеличением плотности (до 1,2 г/см3) и вязкости (до 1,9 мПа/с). «Жаикнефть» на поля испарения ежегодно сбрасывало на протяжении 1998-2004 годов до 8,5 млн. м3 минерализованных пластовых вод [2]. Для повышения эффективности естественного режима залежи и обеспечения наиболее рациональной ее разработки широко применяется система поддержания пластового давления, при которой в продуктивный пласт через специально пробуренные нагнетательные скважины закачивается вода в объемах, обеспечивающих сохранение первоначальной пластовой энергии.
Для закачивания бралась морская, термальная, вода и их смеси, обладающие высокой нефть вытесняющей способностью. На месторождениях Прикаспийской провинции закачивается именно таким образом в пласт 98100 млн. м3 воды. На нефтепромыслах Искине, Байшонас, Макат, Кульсары до 95 % извлекаемой на поверхность жидкости представляют собой пластовые воды и только 5 % - нефть, причем, нефть в пластовой жидкости содержит растворенный газ, поэтому системы сбора и подготовки нефти являются также одновременно источником техногенных газовых потоков. Отсутствие на нефтепромыслах эффективной системы утилизации сточных вод приводило к образованию на территории промыслов обширных безжизненных водоемов, содержащих рассольные воды и токсичные химические соединения. Сейчас на промыслах Доссор, Байшонас, Каратон и многих других образованы водоемы, площадью в несколько гектар. Содержание химических элементов в пластовых водах на месторождении Озен-Жетыбайского комплекса Ман-гистауской провинции колеблется от 20 до 135 мг/л, местами - до 300 мг/л. На месторождении «Карамандыбас» минерализация достигает значения 193,1 мг/л с превышением содержания никеля - в 2 раза, бора - в 18 раз, бария - в 96 раз [3].
Основной механизм распространения техногенных водных потоков гравитационный. Потоки являются полиингредиентным полютантом, обладающим высокой геохимической активностью и токсичностью, поэтому они не только засоляют и загрязняют почвы и грунтовые воды, но и способствуют развитию в подземных пластах сульфатвосстанавливающих бактерий, генерирующих сероводород и разрушающих технологическое оборудование. В составе этих вод присутствуют нефтепродукты, разнообразные соли, и агрессивные органические и бактериальные примеси. Поглощаясь почвой и поступая в грунтовые воды, они изменяют их химические и физико-химические свойства, и конечным счетом - почвенную структуру, поэтому особенностью этих потоков являются их внутрипочвенное движение и дренирование в водоемы или водотоки. Наибольшей миграционной способностью в компонентах буровых жидкостей обладает соленая вода и нефтяная эмульсия. Нагрузку от этих потоков принимают на себя почвы, грунтовые воды и поверхностные воды, а также биоценозы. В зависимости от того, в какую
ландшафтно-геохимическую обстановку попали продукты техногенеза, они могут или долго сохраняться и накапливаться в количествах, превышающих устойчивость геосистемы, или те же самые продукты техногенеза легко «перерабатываются» природными ландшафтами. Во втором случае ландшафты легко «самоочищаются» и, следовательно, имеют значительную устойчивость к техногенезу.
Геохимическая устойчивость ландшафта связана, прежде всего, с совместимостью техногенного и природного потоков вещества. Наибольшей разрушающей способностью обладают техногенные потоки, существенно отличающиеся своими свойствами от природных систем. Устойчивость природных комплексов зависит не только от их способности нейтрализовать загрязняющие вещества, но и от возможности выноса продуктов техногенеза. По М.А. Глазовской [4] уровень геохимической устойчивости ландшафтов по отношению к техногенезу зависит от следующих факторов:
- скорости или интенсивности химических превращений органических и минеральных веществ в данной природной обстановке;
- характера химических превращений веществ и связанных с ними фазовых процессов;
- интенсивности выноса продуктов техногенеза за пределы ландшафт-но-геохимической системы и рассеяния их с поверхностным, внут-рипочвенным и подземным стоком, а также с воздушными массами.
Для ландшафтов Казахстанского Прикаспия и характерных для него аридных условий наиболее важными из приведенных является последний фактор. В исследуемых полупустынных и пустынных ландшафтах много бессточных природных систем и ландшафтов-аккумуляторов. Геохимическим ландшафтам Казахстанского Прикаспия, в основном, характерно наличие замкнутых систем с конечным сбросом загрязняющих веществ в бессточные впадины, поэтому вынос продуктов техногенеза за пределы ландшафтно-геохимических систем происходит в основном с воздушными массами.
К открытым геохимическим ландшафтам можно отнести только ландшафты по руслу р.Урал, с конечным сбросом загрязняющих веществ в Каспийское море. Традиционно изучение геохимических ландшафтов начинается с его элементарной единицы и мы рассматриваем элементарные ландшафт-но-геохимические системы на примере Прикаспийской физико-географической провинции (административно ныне являющейся Атырауской областью Казахстана). Естественно, что во всех блоках: атмосфере, в природных водах, в почвах, и в донных отложениях присутствует «живое вещество», которое состоит из химических элементов, поскольку мало подвижные элементы слабо или вовсю не захватываются организмами. Если в один из блоков элементарной системы поступают техногенные, токсичные вещества, то в силу взаимосвязанности всех блоков, они попадут и в живое вещество. Из всех элементов для живой фазы характерно максимальное накопление серы
(100 п), где п - коэффициент биологического поглощения. Как раз для ландшафтов Прикаспийской провинции наблюдается повсеместное превышение над фоновым значением ингредиента серы.
В глубоких водоносных горизонтах энергично развивается десульфари-зация, на поверхности нефтеносных и битуминозных породах имеются суль-фатредуцирующие бактерии. В результате 804-2 уменьшается и воды приобретают хлоридный состав.
Всего в Прикаспийской физико -географической провинции имеют место две замкнутые 1-я и 2-я ландшафтно-геохимические системы (ЛГС) и одна открытая (3-я ЛГС) - куда входит полностью русло реки Жаик от северной границы Атырауской области до Каспия и территория северного побережья Каспийского моря, находящаяся в этой же области. В открытой 3-й ЛГС господствующим режимом миграции загрязняющих веществ является транзит. А в замкнутых ЛГС, режим миграции - кумулятивный. К замкнутой первой ЛГС, нами отнесена территория к западу от правобережья р. Жаик. К замкнутой второй ЛГС, отнесена территория к востоку от левобережья р. Жаик. В первой ЛГС находился военный полигон подземных испытаний Азгир, во второй ЛГС - Тайсойган, полигон наземных испытаний баллистических ракет, на территории характерных песчаных равнин с некоторой пятнистостью. Почвы здесь водопроницаемы. Несмотря на то, что водный режим непромывной и коэффициент увлажнения меньше 1, грунтовые воды могут быть здесь локально загрязнены.
На основании установленных ЛГС нами получен качественный состав миграционных потоки. Загрязнение грунтовых вод в 1-й ЛГС связано с проникновением веществ сквозь толщу почв. В качестве основного местного загрязнения в районе Азгир служат радиоактивные вещества (Яа226, Сб137, 8Г90), источниками которых явились подземные ядерные взрывы, производимые ранее с 22.01.66 г. по 19.10.94 г., так как период полураспада их еще не закончился. В силу того, что пласты соли в районе полигона имеют вертикальную структуру и соли «молодые», в куполе отмечается активная деятельность, из-за того, что в геологическом отношении они неустойчивы, в результате появляются трещины, через которые происходит вынос загрязняющих веществ на поверхность и в подземные стоки.
Ранее по данным [5], 1,5 км от поселка Азгир отмечалось повышенное содержание стронция-90, цезия-137 и изотопов плутония. Верхняя граница значений содержания плутония в пробах почв Азгирского полигона больше чем в 2 раза превышает фоновые.
Нефтехимическая отрасль во 2-й ЛГС выражена потоками миграции загрязнителей аккумулирующиеся почво-грунтами вблизи источников локального промышленного загрязнения. Основными источниками загрязнения являются почво-грунты, аккумулирующие канцерогенные полициклические углеводороды (нафталаны, аценафталаны, флюорены, пирены, бенз(а)пире-ны и др.) вблизи нефтяных месторождений. Глубина нефтехимического за-
грязнения почв изменяется от 22 до 82 см и достигает на старейших промыслах (Доссор, Макат, Искине и др.) - 5-10 м. Такие значительные глубины проникновения объясняются наличием постоянных аварий. За счет просачивания в песчаниках Эмбы из-за этих разливов обнаруживается Sr90 в концентрациях 0,09 % в виде ванадатов стронция. Коэффициент водной миграции колеблется от 10п до 100п. В области аккумуляции в грунтовых водах видовой состав солей характеризуется следующим неравенством: №С1 > MgC12 > > CaSO4. В области транзита - №С1 > >
MgC12 > CaSO4. При сравнении этих неравенств в порядке расположения гипотетических солей прослеживается, что вместо токсичной соли MgC12 занимает более токсичная соль Na2SO4. В результате возрастает токсичность солей в грунтовой воде.
Нами не рассматривались газовые потоки, хотя они формируются из природного газа, ушедшего в воздух в результате утечек, а также продуктов его сгорания, образующихся при сжигании не утилизированного газа. В их составе периодически появляются продукты неполного сгорания, среди которых наиболее вредными являются полициклические ароматические углеводороды - 3,4-бенз(а)пирен.
Таким образом, загрязнения, связанные с нефтехимией образуют:
- газовые потоки: с содержанием SO2, NO, NO2, H2S, СпНт в количестве, превышающим нормативные;
- одные потоки: с содержанием - фенолы, аммиак, канцерогенные полициклические углеводороды (нафталаны, аценафталаны, флюоре-ны, пирены, и т.д.). Глубина загрязнения почв составляет 22-82 см, на старых нефтепромыслах (Доссор, Макат, Искине) - 5-10 м;
- в грунтовых водах - увеличением минерализации от 100 г/л до 300 г/л и хлоридно-сульфатным типом засоления, местами натриево-хлор-ным с концентрацией 20 г/л.
Загрязнения, связанные с деятельностью военных полигонов вовлекают в потоки: тяжелые металлы - N1, РЪ,2п, Сг, с превышениями над нормативными значениями: 33; 4; 200; 80; в районе Тайсойган, соответственно; радионуклиды Яа226 (превышение ПДК в 4-15 раз), также Сб137, Sr90;
Качественный состав миграционных потоков в блоках ЭЛГ приведен на рис. 1. Прикаспийскую провинцию с очагами нефтепромыслов, можно мо-дельно отнести к каскадной ландшафтно-геохимической системе, где часть техногенных (привнесенных) веществ задерживается в отдельных блоках (почва, поверхностные и грунтовые воды), и выходит за ее пределы, связывая одну территорию с другой. Каскадные ландшафтные геохимические системы Прикаспийской низменности, являясь замкнутыми, создают опасность того, что судьба поступающих в ее пределы техногенных веществ имеет характер аккумуляции подвижных токсичных веществ в конечных областях стока.
Таким образом, нами изучались ландшафтно-геохимические системы Прикаспийской провинции, где имеют место две замкнутые и одна откры-
тая. В открытой ландшафтно-геохимической системе господствующим режимом миграции загрязняющих веществ является транзит, а в замкнутых ландшафтно-геохимических системах - режим миграции - кумулятивный. Получен качественный состав миграционных потоков загрязнителей на основании изучения элементарных ландшафтно-геохимических систем Казахстанского Прикаспия.
< SO2, N0, о,^, H2S >, N 6 мг/л
[Ra226,CS137,Sr90] <№,Р,В,Ъп,Сг,Р,Си,Со> < М& С1, MgSO4>
(4-15)Ra226Th232
У - жидкая X -газовая Ъ - твердая В - живая
1 - блок атмосферы; 2 - блок поверхностных вод; 3 - почвенный блок; 4 - блок подземных вод; 5 - литосфера; < > - 1-я ЛГС; [] - 2-я ЛГС;
Рис. 1. Качественный состав миграционных потоков в блоках элементарных ландшафтно-геохимических систем Прикаспийской физико-географической провинции Казахстанского Прикаспия
В
1
3
2
В
В
4
5
В
Список литературы:
1. Статистический ежегодник Казахстана:Статистический сборник / Под ред. К.С. Абдиева. - Алматы: Агенство республики Казахстан по статистике, 2008. - 502 с.
2. Фаизов К.Ш., Раимжанова М.М., Алимбеков Ж.С. Экология Мангышлак - Прикаспийского нефтегазового региона. - Алматы, 2003. - 236 с.
3. Ахметжанова З.Х. Закономерности и техногенные трансформации природных комплексов Прикаспийского региона: монография. - Алматы: ЖТ-Сотрапу», 2010. - 210 с.
4. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические системы и их устойчивость к техногенезу // В кн: Биогеохимические циклы. - М.: Наука, 1976. -118 с.
5. Тлеубергенов С.Т. Полигоны Казахстана. - Алматы: Fалым, 1997. -745 с.
