Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 501, № 1, стр. 113-118

29 мая 2020 г. на ТЭЦ-3 в Норильске из-за внезапного проседания опор резервуара произошел разлив дизельного топлива (ДТ). В резервуаре на момент аварии находилось около 21 тыс. м³ ДТ. Считается, что наружу вылилось около 20 тыс. м³ (17 тыс. т) ДТ. При этом 6000 т попало в грунт, остальные – в р. Амбарная и ее приток Далдыкан, которые впадают в большое оз. Пясино [7]. В результате оказались загрязненными почвы и водные объекты Норило-Пясинской водной системы (НПВС). Согласно спутниковым данным 30 мая пятно ДТ за сутки передвинулось на 26.5 км вниз по р. Амбарная и вплотную приблизилось к ее устью, которое разбивается на большое число проток перед тем, как впадает в оз. Пясино. 31 мая видимая часть загрязнения переместилась выше по течению реки. Ветровой нагон не позволил основной части ДТ продолжить движение в озеро [7]. 1 июня пятно снова начало спускаться вниз по течению, однако оно уже было остановлено боновыми заграждениями.

Для изучения влияния разлива на экологию Сибирским отделением РАН по приглашению ПАО “Норникель” после окончания работ по ликвидации разлива в период с 29 июля по 13 августа 2020 г. была организована комплексная Большая Норильская экспедиция. Цель наших исследований заключалась в установлении распространения углеводородного загрязнения от места аварийного разлива по направлению водотоков до устья р. Пясина (Карское море). Маршрут экспедиции включал пять ключевых участков: первый – руч. Безымянный (от места аварии до устья) – р. Далдыкан (от впадения руч. Безымянный) – р. Амбарная; второй – устье р. Амбарная (до впадения в оз. Пясино); третий – оз. Пясино; четвертый – р. Пясина (от истока, в районе слияния c реками Дудыпта и Тарея); и пятый – устье р. Пясины при впадении в Карское море (рис. 1).

Рис. 1.

Схема отбора проб в НПВС и распределение концентраций алифатических УВ и ПАУ в донных осадках.

Для анализов поверхностный слой донных осадков отбирали с помощью штангового дночерпателя в заведомо загрязненных ДТ участках и для определения фоновых концентраций – в незагрязненных участках, выше слияния водотока, не подверженного загрязнению. В лабораторных условиях выделяли хлороформенный битумоид (ХБ), а его групповой состав определяли с помощью жидкостно-адсорбционной колоночной хроматографии после осаждения асфальтенов. Комплекс аналитических исследований включал: изучение структурно-группового состава ХБ и их фракций методом ИК–Фурье-спектроскопии; определение содержания С_орг – методом сухого сожжения; состав насыщенных алканов – методом хромато-масс-спектроскопии, содержание и состав ПАУ – методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для сравнения, такой же анализ был проведен с пробой ДТ. Подробности аналитических процедур описаны [1].

Полученные результаты установили большой диапазон изменения концентраций всех изучаемых соединений в донных осадках: С_орг (0.04–6.81%), ХБ (20–11556 мкг/г) (табл. 1), алифатические УВ (8–10887 мкг/г), ПАУ (56–3865 нг/г). Содержание алифатических УВ (которые считаются нефтяными – НУ [3]) в донных осадках уменьшалось в последовательности (мкг/г): устье р. Амбарная (1914, σ = 3428) > руч. Безымянный – р. Далдыкан – р. Амбарная (1000, σ = 1351) > р. Пясина (27, σ = 17) оз. Пясино (15, σ = 6).

Распределение органических соединений в донных осадках обычно зависит от их гранулометрического состава [1, 4]. Концентрирование ДТ возле бон при малых глубинах реки способствовало его поступлению при седиментации в донные осадки устья р. Амбарной. Кроме того, устье р. Амбарная находится на высоте 26 м над уровнем моря, что в 8 раз ниже места разлива ДТ. Поэтому на первом и, особенно, на втором участках произошла сорбция осадками ДТ, что привело не только к более высоким концентрациям УВ, но и к величинам стандартного отклонения, превышающим среднее их содержание.

Гранулометрический тип осадков в наибольшей степени должен оказывать влияние на распределение таких интегральных показателей, как ХБ и С_орг [1]. Действительно, значения коэффициента корреляции (r_{ХБ-Сорг}) увеличивались в последовательности для разных участков: 0.13 (второй) < 0.53 (первый) < 0.77 (четвертый) < 0.83 (третий). Следовательно, чем больше загрязнены осадки, тем в меньшей степени проявляется зависимость в распределении ХБ и С_орг. По этим же причинам отсутствовала связь между распределением С_орг и УВ в осадках, так как значения r изменялись от –0.06 в осадках первого участка, –0.36 в осадках р. Пясина и 0.06 в устье р. Амбарной. При этом донные осадки руч. Безымянный (станции Т.1 и Т.2), а также нижней поймы р. Далдыкан (до впадения ручья, ст. Т.4) характеризовались повышенным содержанием УВ в составе ХБ – от 45.7 до 60.2%. Напротив, в осадках фоновой ст. Т 9, отобранной в р. Амбарная выше впадения р. Далдыкан (рис. 1а), установлен минимальный выход ХБ. В его групповом составе преобладали смолы (30.2%) и асфальтены (45.6%), на долю УВ приходилось всего 24.6%. Только в осадках оз. Пясино существовала зависимость между распределением С_орг и УВ (r_{(Сорг–УВ)} = 0.90), видимо, здесь концентрации УВ формируют в основном природные процессы.

Конфигурация хроматограмм алканов и распределение молекулярных маркеров подтверждают это заключение, так как состав УВ различался в осадках каждого участка (рис. 2а, 2б). Даже на первом и втором участках их состав не соответствовал ДТ, масляная фракция которого на 99% состояла из УВ, на долю смол и асфальтенов приходилось всего 0.34 и 0.08% соответственно. Среди алканов доминировали гомологи нормального строения н-С₁₁–С₁₉ (рис. 2а). Связано это с тем, что при трансформации нефти и ее продуктов в наибольшей степени изменяются количество и состав алифатических УВ [4, 8]. В основном, это происходит за счет испарения легких фракций и растворения [4, 8]. При этом легче всего деградируют н-алканы, затем изо-алканы и только потом ароматические соединения. Считается, что в нефтях алканы имеют плавное распределение гомологов [4, 13, 14] и отношение нечетных к четным соединениям в высокомолекулярной области близкое (CPI = 1). Для автохтонных алканов характерны максимумы в низкомолекулярной, а для аллохтонных – в высокомолекулярной областях. Видимо, деструкция ДТ, которая проходила в течение двух летних месяцев (с момента аварии до времени отбора проб), при положительной температуре воздуха и ультрафиолетовом воздействии способствует разложению этих неустойчивых УВ.

Рис. 2.

Характерный состав алканов (а, б) и ПАУ (в, г) в донных осадках, отобранных на отдельных станциях. Местоположение проб показано на рис. 1.

В осадках ст. Т. 7 с максимальным выходом ХБ (9650 мкг/г) и высоким содержанием УВ (3895 мкг/г) распределение н-алканов имеет трансформированный нефтяной состав (рис. 2а), о чем свидетельствует соотношение низко- к высокомолекулярным гомологам (Σн–С₁₂–С₂₀/Σн–С₂₁–С₃₃ = 3.16), СPI = 1.02. Максимумы в области н-С_16,18 указывают на микробиальную трансформацию УВ [8]. Близким распределением алканов характеризуются осадки станций Т.1, Т.2, Т.3, 1а, 4а, Т.8, Амб. 2 и 5.

В осадках ст. Т. 9 при содержании УВ всего 14 мкг/г распределение алканов имело бимодальный характер, так как в низкомолекулярной области доминировал алкан фитопланктона н-С₁₇, а в высокомолекулярной – серия нечетных гомологов С₂₇–С₃₁, CPI = 2.13. Такой состав характерен для биогенных алканов при сочетании автохтонных и аллохтонных компонентов. Подобный состав УВ был установлен в осадках станций Т.5, Т.6, Т.4, Т.10, 5а, Амб. 3, 7, оз.13, Тарея и др.

Необходимо отметить большой диапазон концентраций всех соединений в осадках устьевой области р. Пясина (рис. 1д). Проба Кар.1 (С_орг 2.734%, УВ 8 мкг/г) отобрана с берега моря, а проба Кар.3 (С_орг 6.810%, УВ 597 мкг/г) – из озера в районе устья в пойменной части реки, которая практически не затапливается при паводке. Видимо, ОВ этих осадков формирует не ДТ, а органические соединения, поступающие из береговых пород, подобно росту концентраций ПАУ в углистых месторождениях шельфа Шпицбергена [5]. Подтверждает это заключение также низкая доля УВ в составе С_орг, Кар.1 – 0.25%, Кар. 3 – 0.75%. Кроме того, на высокие величины УВ могут влиять загрязнения, поступающие от старых бочек ГСМ, которые рассеяны по всей тундре и побережью Карского моря.

Содержание ПАУ в донных осадках различалось в 68 раз (рис. 1), то есть в меньшем диапазоне, чем алифатических УВ и корреляция между этими углеводородными классами наблюдалась только в осадках второго, наиболее загрязненного участка (r = 0.95), где произошло аккумулирование ДТ. В осадках других участков из-за разной природы этих углеводородных классов значения r_{(УВ-ПАУ)} изменялись от 0.07 до 0.37. Основной источник алифатических УВ – фитопланктон [8], а также нефтяное загрязнение; ПАУ преимущественно образуются в процессах сжигания топлива [4, 8], их содержание в нефтях меньше, чем алифатических УВ. В составе ДТ доминируют парафиновые (10–40%) и нафтеновые (20–60%) УВ (т.е. алифатические УВ), на долю ПАУ приходится 15–30%. Тем не менее наиболее высокие концентрации ПАУ установлены в осадках первого (в среднем 1015 нг/г) и второго (923 нг/г) исследованных участков (рис. 1а, 1б). Значительно ниже их содержание в остальных районах (в среднем 147 и 199 нг/г, рис. 1в, 1г), т.е. согласно концентрациям ПАУ в этих районах осадки можно отнести к слабо загрязненным, так как сумма 3–6 кольчатых полиаренов в основном ниже 100 нг/г [10, 12], а порог токсичного воздействия ПАУ в донных осадках составляет 4000 нг/г [10, 11].

В отобранных пробах в составе ПАУ в большинстве проб доминировал 2-метилнафталин, что может свидетельствовать об их преобладающем нефтяном генезисе (рис. 2в, 2г) [9, 10]. Даже в донных осадках из фоновых районов, таких как р. Норилка или р. Пясина, где их концентрации были значительно ниже, на долю нафталинов приходилось 46–53% от суммы, а минимальная доля нафталинов 36% приурочена к первому участку.

Таким образом, загрязнение в результате аварии оказалось в основном локализовано на первом и втором исследованных участках, что находится в соответствии с данными [6]. Через 2 мес после аварии ДТ распространилось по речному стоку на расстояние до 31 км от места разлива. Компании ПАО ГМК “Норильский никель” за короткий период времени удалось предотвратить распространение ДТ и не допустить попадание нефтепродуктов в оз. Пясино и Карское море. Последнее свидетельствует об эффективности проведенных мероприятий по ликвидации последствий аварии.

Проведенные нами анализы подтвердили спутниковые данные о загрязненности только района, примыкающего к р. Амбарной [7]. Этому способствовали погодные условия, благодаря которым нефтяное пятно было “возвращено” в район разлива, а также поставленные боновые заграждения в устье р. Амбарной. Фоновые концентрации (50 мкг/г для алифатических УВ [3, 11]) в осадках этих районов были превышены в среднем в 20 раз на первом участке и в 38 раз на втором. Тем не менее даже в наиболее загрязненных районах из-за быстрой трансформации состав алифатических УВ не соответствовал УВ в ДТ, что совпало с данными [6]. В акваториях с постоянными поступлениями нефтяных загрязняющих веществ и при низких температурах происходит настолько быстрая деградация алканов, что их состав не соответствует нефтяному [4, 12]. Установлено, что в период гидрологической зимы активность нефтеокисляющих микроорганизмов достигает 57, а летом – 80 нг л/ч [2].

Содержание ПАУ также резко уменьшалось с удалением от источника загрязнения, при этом маркеры в их составе указывали на преимущественно нефтяной генезис, так как отношение нафталин/фенантрен, которое при значениях >1 маркирует нефтяные полиарены [9, 10], в исследованном районе в среднем составило 1.84. Содержание наиболее канцерогенного из идентифицированных ПАУ бенз(а)пирена (БП) было наиболее высоким в осадках первого участка, в среднем 28 нг/г, что превысило величину ПДК в почвах – 20 нг/г, а изменчивость концентраций была столь высокой (0–177 нг/г), что значение σ = 42 превышало среднюю концентрацию. В осадках других участков содержание БП не превышало 2 нг/г.