Размеры нефтяного загрязнения почвы во многом определяются объемом разлива и характером загрязнения. Это объясняется тем, что типы нефти существенно отличаются по своим физическим и химическим свойствам, степени токсичности.
Характер воздействия обусловлен воздушной диффузией, водной миграцией с грунтовыми и талыми водами. После завершения буровых работ, даже после рекультивации, замазученные почвы и грунты зоны аэрации становятся источниками вторичного загрязнения поверхностных и грунтовых вод. Область техногенного нефтезагрязнения прослеживается на расстоянии 100 — 150 м от устья скважин, а концентрация нефтепродуктов резко снижается до фоновых величин на расстоянии 30 — 50 м от обваловки скважин.
Понимание трансформации нефти, попавшей в почву в результате разливов или утечек в местах хранения или транспортировки, необходимо для прогнозирования процессов самоочищения и восстановления почв, нарушенных техногенезом. Знание стадий трансформации нефти позволяет определить давность загрязнения и сроки восстановления почв, повысить эффективность контроля за загрязнением среды нефтью и нефтепродуктами. Выделяются следующие этапы трансформации нефти:
- Физико-химическое и частично микробиологическое разрушение алифатических углеводородов.
- Микробиологическое разрушение низкомолекулярных структур разных классов, новообразование смолистых веществ.
- Трансформация высокомолекулярных соединений — смол, асфальтенов, полициклических углеводородов.
Нефть деградирует в почве очень медленно, процессы окисления одних структур ингибируются другими структурами, трансформация отдельных соединений идет по пути приобретения форм, трудноокисляемых в дальнейшем. На земной поверхности нефть оказывается в другой обстановке — в аэрируемой среде. Основной механизм окисления УВ разных классов в аэробной среде следующий: внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыва (С-С, С-Н) связями с большой энергией, следовательно, процесс протекает самопроизвольно.
Главный абиотический фактор трансформации — ультрафиолетовое излучение. Фотохимические процессы могут разлагать даже наиболее стойкие полициклические УВ за несколько часов.
Деградация нефтяного загрязнения происходит в результате:
- испарения легких фракций нефти;
- физического выноса водными потоками;
- лимификации (превращения в нерастворимые в нейтральных органических растворителях продукты микробиологического метаболизма).
Соотношение этих факторов зависит от почвенно — климатических условий, состава и свойств самой нефти и глубины ее проникновения в почву.
Конечными продуктами метаболизма нефти являются:
- углекислота, которая может связываться в карбонаты, и вода;
- кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля;
- твердые корочки высокоминеральных компонентов нефти (нефтепродуктов) на поверхности почвы (киры).
Степень нарушения природных экологических систем обусловлена как самим загрязнителем, так и биологическими особенностями района.
Устойчивость ландшафтов к загрязнению нефтью и нефтепродуктами определяется:
- аккумулирующей способностью почв (способность накапливать и переводить в связанные нетоксичные формы, поступающие в нее вещества);
- устойчивостью растительности к химическому загрязнению, определяющейся особенностями растений, входящих в сообщества.
- твердые нерастворимые продукты метаболизма — результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо-минеральные комплексы;
Нефтяное загрязнение вызывает опасные экологические последствия. Разрушается структура почвы, изменяются ее физико-химические свойства. В результате резко снижается водопроницаемость, увеличивается соотношение между углеродом и азотом (за счет углерода нефти), что приводит к ухудшению азотного режима почв, нарушает корневое питание растений.
При попадании нефти в почву нарушаются биологические (особенно микробиологические), химические и физические процессы, что приводит к разрушению структуры почвы и нарушению водно-воздушного режима, прекращению нормального роста растений в течение ряда лет. Срок восстановления (саморекультивации) почв, загрязненных нефтью, составляет от 1-2 до 10-15 и более лет.
Первоначальное относительно слабое загрязнение почвы нефтью снижает количество микроорганизмов и образующегося углекислого газа. Восстановление численности микроорганизмов наблюдается через 6 мес. В это время компоненты нефти используются микроорганизмами в качестве продуктов питания, оказывают стимулирующее воздействие на их размножение.
Однако интенсивный рост микроорганизмов обедняет почву соединениями азота и фосфора и в дальнейшем может сыграть роль лимитирующего фактора, если учесть, что в почвах, загрязненных нефтью, с самого начала отмечается дефицит азота.