В статье показаны актуальность, научная новизна и учебно-методическая целесообразность нового учебного пособия Ю.И. Пиковского, Н.М. Исмаилова, М.Ф. Дороховой «Основы нефтегазовой геоэкологии». Книга посвящена новой быстроразвивающейся области знаний о роли углеводородов в биосфере, об изменении, защите и восстановлении компонентов окружающей среды, нарушенных воздействием потоков нефти, углеводородного газа, нефтепродуктов, сопутствующих им веществ и явлений, - нефтегазовой геоэкологии.
геоэкология, нефть и газ, охрана окружающей среды, воздействие на окружающую среду, техногенез, биосфера, почва, гидросфера, атмосфера, биоценоз.
В издательстве «Инфра-М» вышла книга «Основы нефтегазовой геоэкологии», допущенная Учебно-методическим объединением по классическому университетскому образованию Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Экология и природопользование» [2]. Это первое учебное пособие, систематически освещающее все основные стороны воздействия природных и техногенных потоков углеводородов на компоненты окружающей среды - атмосферу, гидросферу, почву, биоценоз, включая устойчивость этих сред к воздействию нефтегазового производства и научные основы их восстановления. Пособие стало закономерным продолжением научной деятельности его авторов [1; 3-7 и др.]. Авторы - Ю.И. Пиковский, Н.М. Исмаилов и М.Ф. Дороховой - работают на географическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и в Институте микробиологии Национальной Академии наук Республики Азербайджан, имеют большой опыт экологических исследований в разных регионах. Пособие должно служить материалом по базовым дисциплинам бакалавриата "Охрана окружающей среды" и "Оценка воздействия на окружающую среду". Оно может быть использовано и для других базовых и вариативных дисциплин направления. Книга рассчитана также на специалистов экологических организаций, в первую очередь нефтегазовой отрасли, а также на широкий круг читателей, интересующихся вопросами экологической роли нефти и газа в окружающей среде и в обществе.
Нефть, газ и нефтепродукты - это главные топливно-энергетические и сырьевые ресурсы человеческой цивилизации и одновременно глобальные геоэкологические факторы, оказывающие большое влияние на окружающую среду. Особенность углеводородов как факторов окружающей природной среды и биосферы в целом состоит в их глобальном, повсеместном распространении. Нефть и природный газ добывают, перерабатывают и транспортируют на всех континентах и обрамляющих их морских шельфах (кроме Антарктиды), во всех природных зонах - от Арктики и высоких южных широт до приэкваториальных саванн, а на территории России - от арктической тундры до сухих степей и полупустынь. В мире ежегодно из земных недр на поверхность поднимается более 4 млрд тонн нефти и 3 трлн м3 газа. Ежегодно в мире производится около 4 млрд тонн нефтепродуктов, которые расходуются на работу транспорта, другие производственные и бытовые нужды. Продукты нефтепереработки и нефтехимии используются повсюду, где происходит хозяйственная деятельность человека. Еще с глубокой древности люди сталкивались с многочисленными природными выходами углеводородов на поверхность Земли и старались их использовать для своих нужд. Нет на земной поверхности, в атмосфере, в водах Мирового океана участка, где бы отсутствовали углеводороды природного или техногенного происхождения. И где бы экологи ни осуществляли свою деятельность по охране окружающей среды, им неизбежно придется сталкиваться с воздействием углеводородов.
Нефтегазовая геоэкология - это новая быстроразвивающаяся область знаний о роли углеводородов в биосфере, об
изменении, защите и восстановлении компонентов окружающей среды, нарушенных воздействием потоков нефти, углеводородного газа, нефтепродуктов, сопутствующих им веществ и явлений. Ежегодно в мире публикуются тысячи научных работ по этим проблемам. Постепенно нефтегазовая геоэкология становится самостоятельной отраслью науки XXI в. Глобальность распространения углеводородов на Земле позволяет рассматривать нефтегазовую геоэкологию как самостоятельное научное направление. Задача учебного пособия - обозначить основные проблемы и методы этой науки
Главная задача нефтегазовой геоэкологии - исследование воздействия на окружающую среду и биосферу в целом нефтегазового производства - разведки, добычи, транспортировки и переработки нефти и газа, получения и потребления нефтепродуктов. Возникающая при этом совокупность геохимических процессов составляет нефтегазовый техногенез - мощный фактор изменения биосферы. Как в самой биосфере, так и в окружающем ее пространстве - Космосе - и внутренних оболочках Земли циркулируют и природные потоки углеводородов. Их нельзя рассматривать как нечто чуждое или вредное для биосферы. Изучение реальной роли природных углеводородов в жизни биосферы помогает понять экологическое значение техногенных веществ аналогичного состава. Поэтому нефтегазовая геоэкология не может обойти вниманием естественные источники нефти, газа и других форм углеродистых веществ в биосфере. Изучение природных углеродистых веществ не менее важно, чем изучение их техногенных аналогов - продуктов промышленной переработки нефти и природного газа (нефтепродуктов). Не менее важно изучать геохимические спутники нефти и газа - минерализованные воды и рассолы с высокой концентрацией хлоридов, сероводорода, ртути, некоторых редких и рассеянных элементов, радионуклидов, а также входящих в состав нефти тяжелых металлов. Эти вещества в местах добычи нефти бывают более опасными для живой природы, чем сами углеводороды.
Биосфера обладает мощным потенциалом самовосстановления нарушенных наземных и морских ландшафтов, приповерхностной геологической среды. Задача нефтегазовой геоэкологии - понять механизмы самовосстановления компонентов окружающей среды (почвы, биоценоза, поверхностных и подземных вод, загрязненных и нарушенных нефтегазовым производством) и использовать эти механизмы для ликвидации негативных последствий нарушения и восстановления нормальных функций экосистем. Объект исследования нефтегазовой геоэкологии - вся биосфера в целом, включая континенты суши и Мировой океан.
Цель книги - осветить основные принципиальные научные положения и фундаментальные понятия нефтегазовой геоэкологии. В учебном пособии использованы результаты собственных многолетних исследований и разработок авторов, их коллег по работе и других исследователей, опубликовавших свои труды за последние 40 лет.
В первой части книги рассмотрены особенности состава и токсикологии природных и техногенных углеродистых веществ, циркулирующих в биосфере, и их основные источники как очаги воздействия на окружающую среду. Нефть в целом нетоксичный продукт. В определенных условиях и дозах она благоприятно влияет на живые организмы. Токсичными могут быть отдельные компоненты состава нефти, например ароматические углеводороды, сернистые соединения, некоторые металлы, находящиеся в достаточно высокой концентрации в нефтяном растворе. Токсичны многие природные спутники нефти и газа - ртуть, сероводород, радионуклиды, высокоминерализованные пластовые воды. Изучение состава нефти и ее спутников в районах добычи и распространения - одна из основных задач нефтегазовой геоэкологии.
Во второй части книги показан характер изменения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, морской среды и биоценоза под влиянием нефтегазового производства. Нефтегазовый техногенез оказывает негативное воздействие на почву, растительность, поверхностные и подземные воды, водные экосистемы Мирового океана. Специфика этого воздействия зависит от типа производства, состава продуктов техногенеза и природных условий. Добыча нефти и газа из литосферы уже не ограничивается дискретными залежами. В настоящее время эксплуатируются площадные источники нефти и газа, диспергированные в сланцевых толщах, распространенных на десятках и сотнях тысяч квадратных километров (сланцевый газ, сланцевая нефть, нефтяные пески). Экологические издержки здесь не до конца ясны, но уже очевидно, что они гораздо выше, чем при традиционной добыче нефти и газа.
Третья часть книги посвящена устойчивости компонентов окружающей среды к техногенному воздействию, природным механизмам защиты и самовосстановления экосистем, научным основам рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, очистке поверхностных и грунтовых вод суши и морских акваторий. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения и восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем уже нанесенный при загрязнении. Рекультивацию загрязненных земель надо рассматривать как продолжение процесса самоочищения с целью ускорить его, используя природные механизмы самоочищения и адаптации. Любая концепция восстановления загрязненных экосистем должна опираться на этот принцип. Его суть - максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление ее первоначальных функций. Подходить к выбору технологии рекультивации земель необходимо с учетом устойчивости почв к нефтяному загрязнению. Принципы экологического нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами и технологии рекультивации загрязненных земель могут быть обоснованы, исходя из оценки природных механизмов самоочищения. Универсальных способов очистки от нефтяного загрязнения нет. Познание общих законов восстановления почвенных и водных экосистем, путей приложения этих законов к конкретным природным условиям - важная задача, имеющая большое значение для сохранения биосферы в целом.
В четвертой части пособия рассмотрены основные инструменты нефтегазовой геоэкологии. К ним относятся химические и биологические методы диагностики загрязнения компонентов окружающей среды, изучение углеводородных геохимических полей в почвах, виды геоэкологического мониторинга окружающей среды, способы прогнозирования изменения природной среды под влиянием нефтегазового техногенеза. Ключевой вопрос нефтегазовой геоэкологии - диагностика загрязнения и других нарушений окружающей среды. Без его оптимального решения нельзя объективно оценить состояние среды, соответствие ее экологическим нормам, нельзя осуществить оптимальную разработку этих норм. Но до сих пор в нормативных документах нет корректного аналитического понятия предмета диагностики. За «нефтепродукты», как правило, принимают вещества, экстрагируемые из почв и воды неполярными и малополярными органическими растворителями и очищенные затем от полярных компонентов. Это в основном легкие углеводороды, почти не вызывающие серьезных экологических проблем. Самые опасные вещества при этом не учитываются, так как "нефтепродуктами" не считаются. Такое положение снижает значение экологического мониторинга, поскольку информация о состоянии окружающей среды, прежде всего почв, становится неполной и потому искаженной. Это важнейшая проблема требует решения.
Для расширения геоэкологической информативности изучения углеводородов в объектах окружающей среды в научный оборот введено понятие «углеводородное состояние почвы», которое характеризует весь почвенный углеводородный комплекс - углеводородные газы, битуминозные вещества, индивидуальные углеводородные соединения - с учетом их количественного соотношения между собой и особенностей распределения в почвенном профиле. Диагностика углеводородного состояния почвы дает более полное представление об уровне загрязнения почвы и донных отложений, а также о генезисе углеродистых веществ, позволяя отделить природную и техногенную составляющие углеводородных компонентов. В качестве перспективного метода выявления генезиса углеводородных геохимических аномалий в почвах рассматривается изучение углеводородного геохимического поля как пространственной совокупности однородных углеводородных состояний почв.
Загрязнение среды в нефтегазовом производстве не ограничивается только нефтью и нефтепродуктами. Токсическое воздействие на компоненты экосистем могут оказывать многие попутные вещества, а осуществить диагностику каждого вещества и понять характер его воздействия на живые организмы очень сложно. Необходимы методы диагностики состояния экосистем при данном уровне концентрации основных поллютантов. К таким методам относятся биоиндикация и биотестирование, которые стали широко использоваться в экологическом мониторинге. Для оценки состояния среды при биоиндикации исследуются как сообщества организмов, так и популяции индикаторных видов и отдельные организмы-индикаторы непосредственно в среде их обитания. При биотестировании регистрируется нарушение физиологических механизмов поддержания гомеостаза тест-объектов в стандартизованных условиях (на молекулярном, клеточном и организменном уровнях).
Мониторинг и прогноз состояния среды, находящейся в сфере воздействия нефтегазового комплекса, - необходимое условие принятия своевременных мер по защите природной среды от деградации. Рассмотрены два вида геоэкологического мониторинга. Первый вид - оценочный мониторинг, основанный на периодической оценке качества природной среды и характера ее изменения в процессе производственной деятельности. Оценочный мониторинг опирается на утвержденные экологические нормативы. Окружающая среда в различных климатических условиях обладает разной устойчивостью к воздействию техногенных веществ. Следовательно, гигиенические нормативы в разных ландшафтах и природных зонах должны различаться. Второй вид - оперативный мониторинг - имеет целью предупреждение аварийных ситуаций и своевременное принятие мер по предотвращению ущерба окружающей среде и производству путем непрерывного слежения за изменением компонентов природной среды, находящихся в сфере влияния работающего производственного комплекса. Задача оперативного мониторинга - отслеживать изменение компонентов окружающей среды по отношению к их фоновым характеристикам в данной местности.
Эффективную систему мониторинга можно организовать только на основе геоэкологического прогноза тех или иных негативных событий в окружающей среде. Задачи прогноза основных видов изменения среды при воздействии нефтегазового техногенеза решаются методами геоэкологического районирования территорий и акваторий. Прогнозное ландшафтно- геохимическое районирование, разработанное профессором М.А. Глазовской, делит территории на технобиогеомы - группы ландшафтов, обладающих сходным уровнем саморегуляции геохимических процессов и очищения от продуктов техногенеза, и, как следствие, сходным характером изменения среды под влиянием химического или механического воздействия.
Районирование по устойчивости почв к техногенному воздействию разделяет почвенные ареалы по интенсивности природного физико-химического и биологического разложения углеводородов, их механического рассеяния и закрепления в почвенном профиле. Главные критерии районирования: состав и свойства самих почв и климатические особенности местности.
Морфоструктурное районирование, разработанное геоморфологами Е.Я. Ранцман и М.П. Гласко, позволяет разделить территорию по интенсивности современной геодинамической активности. Выделяются однородные в морфоструктурном отношении относительно стабильные блоки, подвижные границы блоков (морфоструктурные линеаменты) и самые активные участки (морфоструктурные узлы). Аварии, связанные не с человеческим фактором, а со спонтанными явлениями - прорывами трубопроводов, внезапным обрушением зданий и сооружений, нарушением железнодорожных путей и другими опасными последствиями, - чаще всего происходят в морфоструктурных узлах. К крупным морфоструктурным узлам приурочены также месторождения нефти и газа и эпицентры сильных землетрясений.
Нефтегазовой геоэкологии еще предстоит выработать свою методологию и оптимальный инструментарий. Она будет развиваться, наполняться новыми фактами, новыми направлениями экологических исследований, решать проблемы, которые ставит перед обществом человеческая цивилизация.
Рассмотренное учебное пособие содержит списки рекомендуемой литературы ко всей книге и к ее отдельным частям, списки цитируемых источников. Снабжено оно также таблицами, иллюстрациями и предметным указателем.
1. Дорохова М.Ф., Садов А.П., Кречетов П.П. Сообщества почвенных водорослей как индикаторы разных уровней загрязнения нефтью [Текст] // Естественные и технические науки. 2009. №3(41). С. 270-278.
2. Пиковский Ю.И., Исмаилов Н.М., Дорохова М.Ф. Основы нефтегазовой геоэкологии [Текст] / Ю.И. Пиковский, Н.М. Исмаилов, М.Ф. Дорохова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015.
3. Пиковский Ю.И., Смирнов М.А., Ковач Р.Г., Пузанова Т.А., Хлынина А.В., Хлынина Н.И. Поведение углеводородов в карстовых ландшафтах [Текст] // Естественные и технические науки. 2014. № 9-10(77). С. 133-143.
4. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Краснопеева А.А., Пузанова Т.А. Углеводородные геохимические поля в почвах района нефтяного промысла [Текст] // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2009. № 5. С. 28-34.
5. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Оборин А.А., Пузанова Т.А., Краноеева А.А., Жидкин А.П. Углеводородное состояние почв на территории нефтедобычи с карстовым рельефом [Текст] // Почвоведение. 2008. № 11. С. 1314-1323.
6. Солнцева Н.П., Водолазский Д.В., Дорохова М.Ф., Игнатова З.С., Кречетов П.., Рашевская М.Э., Садов А.П. Техногенные сернокислые ландшафты: динамика и механизмы трансформации почв. Базовые модели [Текст] // Отчет о НИР № 96-05-65340 (Российский фонд фундаментальных исследований).
7. Pikovskii Yu.I., Gennadiev A.N., Puzanova T.A., Krasnopeeva A.A., Zhidkin A.P.,Oborin A.A. Hydrocarbon status of soils in an oil-producing region with karst reliff [Text] // Eurasian Soil Science. 2008. Т. 41. № 11. С. 1162-1170.
