Печорским морем, согласно Постановлению ЦИК СССР «О единых географических наименованиях частей Северного Ледовитого океана, прилегающих к территории СССР» (1935 г.), называется часть юго-востока Баренцева моря. Его западная граница проходит по линии от мыса Святой Нос (Тиманский) до западной оконечности Плоских Кошек на юго-восточном побережье о. Колгуев и далее от северной оконечности Колгуева до мыса Черный у входа в пролив Костин Шар на Новой Земле. Южные районы моря располагаются на территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, где хозяйственная деятельность по поиску, добыче и транспортировке (перевалке) углеводородного сырья в последние десятилетия получила интенсивное развитие. С другой стороны, для данных районов характерно высокое биоразнообразие водной флоры и фауны, включая охраняемые виды.
В настоящее время наибольшее техногенное воздействие в Печорском море фиксируется на акватории около острова Варандей. Здесь с 2000 г. производятся танкерные перевалки нефти и располагается поселок Варандей с инфраструктурой для проведения операций по транспортировке и хранению нефти, ГСМ и других грузов. Кроме этого, сюда поступают воды ряда малых рек, на водосборах которых ведется разведка и добыча углеводородного сырья. Приток загрязняющих веществ в Печорское море в последние десятилетия также мог возрастать за счет разрушения многолетнемерзлых тундровых грунтов на фоне наблюдаемого потепления климата. При этом загрязняющие вещества, накопленные в почвенном покрове и надмерзлотных таликовых водах в зонах хозяйственной деятельности, за счет увеличения их дренирования начинают поступать в поверхностные водотоки и в конечном счете попадают в прибрежные районы Печорского моря.
Целью проведенных исследований являлась оценка уровня современного загрязнения воды и донных отложений Печорского моря в районе Варандейского терминала на основе статистического анализа результатов мониторинговых наблюдений.
Материалы и методы исследования
Для решения рассматриваемой проблемы был проведен анализ статистических характеристик загрязнения экосистемы Печорского моря в районе стационарного морского ледостойкого причала и подводного нефтепровода Варандейского терминала в 2011–2014 гг. Данные по загрязнению морской среды были получены при выполнении мониторинговых наблюдений за содержанием тяжелых металлов, нефтяных углеводородов и бенз(а)пирена в воде и донных отложениях на 14 станциях, координаты которых указаны в таблице 1 [1]. Учитывая сохраняющиеся в рассматриваемом районе в последние 10 лет объемы добычи нефти и технологии её транспортировки, эти данные можно использовать и для ориентировочной оценки современного состояния его загрязнения.
В качестве статистических характеристик загрязнения морской среды использовались общепринятые параметры – среднее значение и среднеквадратичное (стандартное) отклонение, а также робастные (помехоустойчивые) статистики. При наличии ярко выраженного техногенного воздействия в законе статистического распределения появляется «хвост», формируемый высокими концентрациями редкой повторяемости, и наблюдается потеря симметричности в распределении исследуемых величин. При этом среднее значение и среднеквадратичное отклонение резко теряют свою эффективность, т.к. начинают сильно зависеть от количества значений в исследуемой выборке данных. Для решения данной проблемы применяются так называемые робастные (помехоустойчивые) статистики, которые не зависят от закона статистического распределения исследуемых данных.
Таблица 1
Координаты станций отбора проб воды и донных отложений Печорского моря в районе поселка Варандей
|
Номер станции |
Северная широта |
Восточная долгота |
|
1т |
69 °10' |
58 °04' |
|
2т |
69 °06' |
58 °05' |
|
3т |
69 °01' |
58 °07' |
|
4т |
68 °56' |
58 °08' |
|
5т |
68 °53' |
58 °12' |
|
6т |
68 °57' |
58 °11' |
|
7т |
69 °01' |
58 °10' |
|
8т |
69 °06' |
58 °08' |
|
9т |
69 °09' |
58 °07' |
|
10т |
69 °13' |
58 °05' |
|
11т |
69 °11' |
58 °09' |
|
12т |
69 °06' |
58 °11' |
|
13т |
69 °02' |
58 °12' |
|
14т |
68 °57' |
58 °14' |
Наиболее детально использование относительно простых, но вместе с тем высокоэффективных робастных статистик рассмотрено в работах [2; 3]. В них в качестве оценки центра распределения обычно рекомендуется использовать медиану и трехсреднее значение Тьюки (центральное среднее), а в качестве оценки масштаба распределения – интерквартильный размах. Для нормального распределения среднее значение, медиана и трехсреднее значение совпадают друг с другом.
Трехсреднее значение находится по вы- ражению
Ст = 0,25 (С0,25 + 2 См + С0,75), (1)
где С0,25 и С0,75 – квартили или, другими словами, медианы для половинок выборки. Интерквартильный размах определяется по формуле Н = С0,75 – С0,25. Квартили, как границы ядра статистического распределения концентраций взвеси в исследуемой выборке данных, позволяют межквартильный интервал значений, заключенный между верхним квартилем (75 % точкой) и нижним квартилем (25 % точкой), в первом приближении, считать характерным диапазоном их изменчивости. Если медиана оказывается заметно меньше среднего значения, то можно предположить наличие определенного техногенного влияния. И при попадании концентраций поллютанта в межквартильный интервал можно утверждать о наличии систематического загрязнения исследуемого элемента морской экосистемы.
Результаты исследования и их обсуждение
Рассматриваемая акватория находится под влиянием самой крупной реки Баренцевоморского региона – реки Печоры, и для неё типично значительное распреснение морских вод в весенний период [4]. Согласно модели маргинального фильтра, разработанной академиком А.П. Лисициным [5], в устье р. Печоры геохимические процессы по мере возрастания солености формируют три последовательные зоны: мутьевую, химическую и биологическую «пробки» [6]. В рассматриваемом районе Печорского моря располагается биологическая «пробка», в которой наблюдается повышенная биопродуктивность морских вод. В нем, в частности, отмечаются большие нагульные скопления наваги и высокая биомасса промысловых двустворчатых моллюсков. Через него проходят массовые миграции сёмги и омуля. В данной ситуации оценка возможного влияния хозяйственной деятельности по поиску, добыче и транспортировке углеводородного сырья на экосистему района приобретает особую актуальность.
В статье [7], использующей данные наблюдений в районе п. Варандей в период с 1999 по 2006 г., показано наличие негативного влияния загрязнения морской среды нефтяными углеводородами на сообщества зообентоса. Этот вид загрязняющих веществ, учитывая специфику хозяйственной деятельности на территории Ненецкого автономного округа (НАО), по всей вероятности, ранее давал наибольший вклад в загрязнение прибрежных экосистем Печорского моря [8]. Ситуация с негативным влиянием тяжелых металлов на морскую среду рассматриваемого района изучена сравнительно слабо. Их негативное воздействие на морскую среду не так очевидно, учитывая широкий диапазон их природной изменчивости. Результаты соответствующих расчетов показаны в табл. 1–2. Их анализ показал следующее.
Таблица 2
Статистическая характеристика содержания тяжелых металлов и углеводородов (мг/л) в водах Печорского моря в районе поселка Варандей в 2011–2014 гг.
|
Статистики |
Fe |
Сd |
Сu |
Zn |
Рb |
НУ |
БП |
|
Поверхностный горизонт |
|||||||
|
Сср. |
0,114 |
0 |
0,001 |
0,008 |
0,002 |
0,0049 |
≤ 0,005 |
|
Ϭ |
0,099 |
0 |
0,004 |
0,027 |
0,005 |
0,0038 |
≤ 0,005 |
|
См |
0,094 |
0 |
0,001 |
0,001 |
0,001 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
Ст |
0,089 |
0 |
0,001 |
0,001 |
0,001 |
0,0044 |
≤ 0,005 |
|
С0,25 |
0,030 |
0 |
0 |
0,001 |
0 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
С0,75 |
0,141 |
0 |
0,002 |
0,003 |
0,003 |
0,0100 |
≤ 0,005 |
|
Н |
0,111 |
0 |
0,001 |
0,002 |
0,002 |
0,0075 |
≤ 0,005 |
|
Смакс. |
0,390 |
0,001 |
0,027 |
0,183 |
0,030 |
0,0170 |
≤ 0,005 |
|
Смин. |
0,012 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
N |
42 |
56 |
56 |
56 |
56 |
56 |
56 |
|
ПДК |
0,01 |
0,01 |
0,005 |
0,005 |
0,01 |
0,05 |
- |
|
Р, % |
45,2 |
0 |
1,8 |
17,8 |
0 |
0 |
- |
|
Окончание табл. 2 |
|||||||
|
Статистики |
Fe |
Сd |
Сu |
Zn |
Рb |
НУ |
БП |
|
Придонный горизонт |
|||||||
|
Сср. |
0,157 |
0 |
0,002 |
0,013 |
0,003 |
0,0200 |
≤ 0,005 |
|
Ϭ |
0,180 |
0 |
0,004 |
0,042 |
0,007 |
0,0348 |
≤ 0,005 |
|
См |
0,090 |
0 |
0 |
0,002 |
0 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
Ст |
0,098 |
0 |
0,001 |
0,002 |
0,001 |
0,0069 |
≤ 0,005 |
|
С0,25 |
0,040 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
С0,75 |
0,171 |
0 |
0,002 |
0,002 |
0,003 |
0,0200 |
≤ 0,005 |
|
Н |
0,131 |
0 |
0,002 |
0,002 |
0,003 |
0,0175 |
≤ 0,005 |
|
Смакс. |
0,680 |
0,001 |
0,027 |
0,280 |
0,0400 |
0,1500 |
≤ 0,005 |
|
Смин. |
0,010 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0025 |
≤ 0,005 |
|
N |
42 |
56 |
56 |
56 |
56 |
56 |
56 |
|
ПДК |
0,01 |
0,01 |
0,005 |
0,005 |
0,01 |
0,05 |
- |
|
Р, % |
47,6 |
0 |
1,8 |
7,1 |
0 |
7,1 |
- |
Примечания: НУ – нефтяные углеводороды, БП – бенз(а)пирен, Сср. – среднее значение, Ϭ – среднеквадратичное (стандартное) отклонение, См – медиана, Ст – трехсреднее значение, Н – интеквартильный размах, Ст – нижний квартиль, С0,75 – верхний квартиль, Смакс. – максимальное значение, Смин. – минимальное значение, N – количество наблюдений, Р – повторяемость концентраций больше ПДК.
Наиболее высокий уровень загрязнения морских вод отмечается для растворенных форм железа. Однако наблюдаемая ситуация с этим металлом, вероятнее всего, обусловлена доминирующим влиянием природных факторов, учитывая высокое фоновое содержание железа в реках северотаежной и тундровой зон с обилием болот. Можно ожидать, что гидробионты Печорского моря эволюционно адаптированы к подобному повышенному содержанию железа в его распресняемых водах.
Для кадмия и свинца превышение уровня ПДК в морских водах не отмечалось. Содержание меди в рассматриваемом районе Печорского моря следует также считать низким. Зафиксированную при этом для нее повторяемость сверхнормативных концентраций (1,8 %) можно не принимать во внимание, т.к. она не входит в интервал концентраций 95 % обеспеченности. Единственным из исследуемых металлов, для которого можно говорить о наличии техногенного воздействия, является цинк.
Трехсредняя концентрация цинка не превышает нормативный уровень, но повторяемость его величин выше ПДК колеблется в диапазоне 7,1–17,8 %. При этом наблюдаются резкие различия между средними концентрациями цинка и его робастными аналогами (медианой и трехсредним значением). Вероятность появления его сверхнормативных величин в поверхностных более распресненных водах заметно превышает аналогичный параметр в придонных слоях моря, что указывает на речные воды как на источник появления подобных концентраций.
Содержание нефтяных углеводородов в морской воде рассматриваемого района было сравнительно незначительным, и их средние и трехсредние концентрации не превышали уровень ПДК. Сверхнормативные концентрации нефтяных углеводородов (до 3 ПДК) наблюдались в придонных слоях моря, но их повторяемость была незначительной (7,1 %). Необходимо отметить, что в 80-х годах прошлого века подобная повторяемость здесь достигала 10–15 %. Концентрации бенз(а)пирена были низкими и не превышали чувствительность применяемого метода анализа проб воды.
Содержание тяжелых металлов и углеводородов в морских донных отложениях на территории РФ в настоящее время не нормируется. Для оценки техногенного влияния на накопление металлов в донных отложениях воспользуемся анализом статистической структуры их распределения. Для них характерно присутствие заметных отличий средних значений от трехсредних значений и медианы, что позволяет предположить техногенное происхождение зафиксированных их максимальных концентраций. Вместе с тем диапазон колебаний концентраций рассматриваемых металлов не выходит за рамки их природной изменчивости в донных отложениях прибрежных районов Печорского моря.
Для содержания нефтяных углеводородов и бенз(а)пирена в морских донных отложениях в качестве норматива можно использовать экологически толерантный порог (ЭТП) [9]. По данным исследований, проведенных в СевПИНРО [10], на Баренцевом море ЭТП для нефтяных углеводородов равен 161 мг/кг, для бенз(а)пирена – 0,021 мг/кг.
Если ориентироваться на этот параметр, то сверхнормативное загрязнение донных отложений рассматриваемого района углеводородами практически отсутствует. Лишь 1 концентрация нефтяных углеводородов в 68 пробах грунта превысила ЭТП.
Сравнение рассчитанных концентраций углеводородов в донных отложениях с величинами, вычисленными ранее для периода с 1997–2008 г. [3], указывает на наличие тенденции к снижению уровня их загрязнения. Так, медианное содержание нефтяных углеводородов в данный период составило 9,5 мг/кг, бенз(а)пирена – 0,16 мг/кг. Эти значения на порядок выше медианных концентраций, указанных в табл. 3 для 2011–2014 гг.
Таблица 3
Статистическая характеристика содержания тяжелых металлов и углеводородов (мг/кг) в донных отложениях Печорского моря в районе поселка Варандей в 2011–2014 гг.
|
Статистики |
Fe |
Сd |
Сu |
Zn |
Рb |
НУ |
БП |
|
Сср. |
3016,7 |
0,076 |
2,314 |
5,38 |
1,616 |
21,83 |
≤ 0,0025 |
|
Ϭ |
3149,5 |
0,199 |
3,431 |
6,85 |
2,601 |
49,73 |
≤ 0,0025 |
|
См |
2147,0 |
0,018 |
0,830 |
3,16 |
0,910 |
0,35 |
≤ 0,0025 |
|
Ст |
2521,1 |
0,021 |
1,190 |
3,62 |
0,955 |
1,76 |
≤ 0,0025 |
|
С0,25 |
0,45 |
0,010 |
0,250 |
0,89 |
0,200 |
0,02 |
≤ 0,0025 |
|
С0,75 |
5790,0 |
0,040 |
2,850 |
7,28 |
1,800 |
6,30 |
≤ 0,0025 |
|
Н |
5789,6 |
0,030 |
2,600 |
6,39 |
1,600 |
6,28 |
≤ 0,0025 |
|
Смакс. |
7790,0 |
1,400 |
22,20 |
36,00 |
18,00 |
207,00 |
≤ 0,0025 |
|
Смин. |
0,012 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
N |
28 |
112 |
111 |
124 |
110 |
98 |
28 |
|
ЭТП |
- |
- |
- |
- |
- |
161 |
0,021 |
|
Р, % |
- |
- |
- |
- |
- |
1,0 |
0 |
По другим поллютантам ситуации со значительным загрязнением экосистемы Печорского моря в рассматриваемый период не наблюдались [11].
Выводы
Таким образом, следует предположить, что техногенные факторы, связанные с хозяйственной деятельностью в районе Варандейского терминала, в 2011–2014 гг. очень слабо влияли на механизм функционирования биологической ступени маргинального фильтра устья р. Печоры. Геоэкологическую ситуацию, наблюдаемую в рассматриваемом районе Печорского моря во втором десятилетии XXI века, можно в целом признать удовлетворительной.
Исследования проведены в ходе выполнения государственного задания по теме «Современные и древние донные осадки и взвесь Мирового океана – геологическая летопись изменений среды и климата: рассеянное осадочное вещество и донные осадки морей России, Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов – литологические, геохимические и микропалеонтологические исследования; изучение загрязнений, палеообстановок и процессов в маргинальных фильтрах рек» № 0128-2021-0006.