Обязательными компонентами органического вещества современных и ископаемых осадков являются автохтонные битуминозные вещества – синбитумоиды, которые извлекаются органическими растворителями (хлороформом, спиртобензолом и др.). Синбитумоиды присутствуют практически во всех почвах и породах. Их содержание в породах и почвах изменяется в больших пределах и может достигать аномально высоких значений (более 0,4 %), в сотни раз превышая средние фоновые значения – 0,01–0,03 %. В групповом составе этих битумоидов присутствуют углеводороды, смолы и асфальтены. Содержание углеводородов составляет от единиц до 10–20 %, а в отдельных случаях 50 % и более.
Одной из задач геоэкологических исследований является поиск аналитических методов для дифференцированной оценки вклада природной и техногенной составляющих в битумоидах органического вещества, экстрагированных органическими растворителями из проб почв и грунтов.
Целью данной работы была оценка современного состояния геохимического фона на объектах нефтегазового комплекса Якутии и его отклонения от природного регионального фона. Для этого было проведено сравнительное изучение состава и химической структуры хлороформенных экстрактов проб почвогрунтов, отобранных в местах разлива и утечек нефти, газоконденсата и различных нефтепродуктов и фоновых проб.
Материалы и методы исследования
Извлечение органических веществ из проб почвогрунтов выполнено методом холодной экстракции хлороформом. Полученные экстракты, хлороформенные битумоиды (ХБ), исследовали методами ИК-Фурье спектроскопии, жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. Метод инфракрасной спектроскопии широко используется в экологических исследованиях для определения нефтяных загрязнений. Идея применения метода основана на том, что органические соединения имеют четко выраженные полосы поглощения в ИК-области, причем каждому классу органических соединений характерна вполне определенная область поглощения. Как показала практика геоэкологических исследований, применение данного метода позволило обнаруживать наличие нефтезагрязнения в пробах почв на фоне присутствия нативного органического вещества современных осадков [1, 2]. Метод хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) позволяет определять индивидуальный состав углеводородов и по особенностям их распределения идентифицировать тип нефтезагрязнителя [3-5].
Результаты исследования и их обсуждение
Для характеристики природного фона были изучены пробы почв, отобранные в районе объектов нефтегазового комплекса на значительном расстоянии от источников загрязнения. По данным ИК-Фурье спектроскопии показана идентичность ХБ фоновых проб с битумоидами органического вещества современных осадков. В структурно-групповом составе ХБ фоновых проб кислородсодержащие соединения преобладают над углеводородными структурами, на что указывает доминирование полос поглощения (п.п) карбонильных групп в области 1700–1740 см–1 и поглощение эфирных связей в области 1170 см–1 над п.п. алифатических структур (характерный дублет 720 и 730 см–1 для длинных метиленовых цепей, 1380 см–1 – для метильных групп, 1460 см–1 – метиленовых групп) и ароматических циклов – 750 и 1600 см–1. В ИК-спектрах нефтезагрязнителей доминируют п.п. углеводородных структур, в отличие от фоновых проб конфигурация ИК-спектров нефтепродуктов определяется исключительно углеводородной составляющей – набором интенсивных п.п. в области 650–1000 см–1, 1380, 1460 и 1600см–1 и практически полным отсутствием п.п. кислородсодержащих групп и связей. Выявленные различия в ИК-спектрах экстрактов почв фоновых проб, дающих информацию о природном фоне, от нефтепродуктов-загрязнителей были использованы для установления присутствия техногенной составляющей в составе ХБ проб с объектов нефтегазового комплекса.
Хроматограммы углеводных фракций нефти (а), ХБ нефтезагрязненной почвы (b), ХБ фоновой пробы (с)
По данным хромато-масс-спектрометрии в индивидуальном составе насыщенных углеводородов масляных фракций ХБ максимум распределения н-алканов в фоновых пробах лежит в высокомолекулярной области на нС29, нС31 (рисунок, проба с); в пробах с нефтезагрязненных территорий его положение смещается в низкомолекулярную область на нС15, нС16, нС17, нС19 (рисунок, проба b). Информативным является коэффициент, отражающий соотношение содержания суммы низкомолекулярных н-алканов к высокомолекулярным (Sн.к.-нС20/SнС21-к.к.): так для ХБ фоновых проб его значение 0,30 по сравнению с 1,78-10,18 в ХБ проб с нефтезагрязненных территорий.
Для н-алканов этих проб концентрационное соотношение нечетных и четных н-алканов (коэффициент нч/ч) близок к единице (0,9–1,0), что характерно для нефтепродуктов и нефтей, в отличие от фоновых проб, в которых коэффициент нч/ч выше 2,0, что присуще незрелому органическому веществу современных осадков. В дальнейшем установленные различия в индивидуальном составе насыщенных углеводородов были использованы для установления техногенного загрязнения почв нефтепродуктами на территориях нефтегазового комплекса.
Заключение
Анализ полученных результатов изучения ХБ проб с территории различных объектов нефтегазового комплекса показал, что с ростом выхода ХБ вид ИК-спектров приобретает более «углеводородный» – техногенный характер, обнаруживая растущее сходство со спектрами нефтезагрязнителей. Картину изменения природного геохимического фона в направлении преобразования в техногенные ландшафты наглядно демонстрируют результаты ГХ/МС исследований насыщенных углеводородов ХБ почв.
Установлено, что попадание нефтепродуктов в почвогрунты вызывает изменение природного фона, сопровождающееся формированием аномальных поверхностных техногенных геохимических полей на объектах нефтегазового комплекса.
Библиографическая ссылка
Зуева И.Н., Глязнецова Ю.С., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х. Влияние нефтезагрязнения на состояние природного фона почв // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 11-1. – С. 89-91;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=31038 (дата обращения: 19.04.2024).