Мұнайдың физика-химиялық қасиеті және оның экожүйеге әсері

 

Жауан-шашынның аз болуы  атмосферада жоғары температураның әсерінен құрғақшылықпен байланысты, ол 10 жылда 3-4 рет қайталанады.

Тұрақты қалың қар  жамылғысы 3-3,5 ай жатады. Бірақ қар  жамылғысының қалыңдығы әр жерде  әртүрлі (2-кесте).

 

2-кесте

Қар жамылғысы  қалыңдығының биіктігі

 

Метеостанция аты	Қыстағы ең көп қар  қалыңдығы, см
	Орташа	Максималды	Минималды
Темир қаласы	26	51	14

 

Негізгі  сипаттағыш метеоэлементтің  бірі – жел бағыты болып табылады. Ол өндіріс орындарынан ластағыш заттардың ұшу бағытын анықтайды (3-кесте).

 

3-кесте

 

 

 

Жел бағытының  қайталануы, %

 

Ай	С	СШ	Ш	ОШ	О	ОБ	Б	СБ
Метеостанция, Темір қаласы
Жыл	12	13	16	9	11	11	15	14

 

Бес айға созылатын қысқы  периодта синоптикалық процестер салқын жағдай тудыратын ауа райының  қалыптасуына әсер етеді. Температураның төмендеуі жел жылдамдығының  жоғары болуымен өтеді. Қарастырылған аймақтың ылғалдылығының аз болуы жауын-шашынның аздығынан ғана емес, сонымен бірге ауа ылғалдылығының  төмендігіне де тәуелді. 

Қыстық период антициклондық  сипатымен ерекшеленеді. Қыстағы  қардың түсуі жауын-шашынның жылдық  көрсеткішінің 37% құрайды. Тұрақты қар жамылғысы 140-160 күн аралығында жатады. Бірақ бірқалыпсыздығымен ерекшеленеді. Қысқы жылы ауа райы жазық аймақтағы қар қабатын ерітіп жібереді, бірақ келесі температураның күрт төмендеуі топырақ қабатының 150 см дейінгі қалыңдығын үсітіп жіберуі мүмкін.

Жазық аймақ желдің қарқындылығына жағдай жасайды. Батысқа бағытталған  қыстың қатты желдері боран тудырады. Жазғы уақытта жел бағыты солтүстік  шығысқа қарай бағытталып, топырақтың беткі қабатының тез құрғауына  әкеледі.  Бірнеше жылдық мәліметтерде жел жылдамдығының орташа жылдық көрсеткіші 3,9-4,5 м/с, бұл көрсеткіш қыста және ерте көктемде  4,8-5,5 м/с дейін өседі. Кеш көктемде, әсіресе құрғақшылықта шаң құйынмен жалғасатын желдік эрозия қарқындылығы жоғарылайды. Мұндай жағдайлар солтүстік батыста, солтүстікте және солтүстік шығыс аймақтарда 10 м/с жылдамдықпен өтеді. Шаң құйындар көбінесе күндізгі уақытта, 40-45 минутқа дейін жалғасады /3/.

 

1.3. Кенкияқ  кен орнының топырақ қабаты

Топырақ қабаты болып  жатқан процестер мен өзгерістер туралы ақпаратты жинап, қоршаған ортаның өзіндік индикаторы болып табылады. Агроэкологиялық мониторинг кезінде қарастырылатын негізгі көрсеткіштер болып: қышқылдық, гумус қабатының жойылуы, тұздану және мұнаймен ластану табылады /4/.

Ақтөбе облысы территориясының шығыстан батысқа дейін 150 км қашықтықта барлық енінде ашық коңыр топырақтар созылып жатыр. Алып жатқан алқабының аумағы 7745 мың га /2/.

Қазақстанның табиғи-ауыл шаруашылық  аймаққа бөлінуіне сәйкес бұл  аймақ Каспий маңы шөлейт зонасы, ашық  қызғылт топырақты аймақ қатарына кіреді.

Жер асты сулары 6 м жоғары Темір  өзені бойында жартылай гидроморфты  және гидроморфты топырақ қабаты тараған.

Бұл жерлерде жер асты сулары 10 м  тереңдікте орналасады. Топырақтың ылғалдануы қысқа көктем уақытында өсімдіктердің  өсуіне жеткілікті атмосфералық жауын-шашын арқылы жүреді.

Жайылымдық ашық қызғылт топырақ  терең ойпаттарда, ағыстар маңында  және өзен бойында кездеседі. Тұссызданған  шөгінділер топырақ түзетін жыныстар қатарына кіреді. Гумус қабаты 3-5% және жоғары. Кейде жайылымдықтың түзілуі  беткі қабаттың тым көп ылғалдануының әсерінен жүреді. Бұл жағдайда жер асты сулары қатыспайды /3/.

 

1.4. Мұнайдың  химиялық құрамы

Экологиялық-геохимиялық  сипаттама бойынша мұнайдың негізгі  құрамы жеңіл фракциядан (қайнау температурасы 200⁰С), метандық көмірсутектер  (қатты парафиндерді қосқанда), циклдық көмірсутектер, шайыр, асфальтендерден және күкірттік қосылыстардан тұрады деп белгіленген /5/.

Мұнайдың жеңіл  фракциясы ең көп қозғалмалы төмен молекулалы метандық (алкандар), нафтендік (циклопарафиндер) және ароматикалық көмірсутектерден тұрады.

Жеңіл фракцияның ең көп  бөлігі метандық көмірсутектер (алкандар, С₅-С₁₁) тұрады.  Топырақ, су ортасына  түскен метандық көмірсутектер тірі организмдерге токсикалық  және наркотикалық әсер тигізеді. Соның ішінде қысқа тізбекті н-алкандар  тез әсер етеді. Себебі, олар суда жақсы еріп, организмдердің жасушаларының мембраналарына оңай кіріп, цитоплазмалық мембраналардың жұмысын тоқтатады. Алкандардың ұшқыштығына және ерігіштігіне байланысты олардың әсері ұзаққа созылмайды. Тұзды суда қысқа тізбекті н-алкандар оңай әрі тез еріп, улылығы арта түседі. Көп зерттеулер жеңіл фракцияның микроб қоғамдастықтарына, топырақтық жануарларға токсикалық әсері өте жоғары екенін айтады.  Жеңіл фракция топырақ қабатының көлденеңінен және сулы горизонтынан оңай орын ауыстырады. Мұнайдағы жеңіл фракция мөлшері аз болған сайын мұнай улылығы да азаяды, бірақ қатысты мөлшері көбейген ароматикалық қосылыстардың улылығы артады. Топырақтан ұшу процесі арқылы 20 дан 40% дейін жеңіл фракция жойылады /6, 10/.

Метандық көмірсутектер.

Қайнау температурасы 200⁰С жоғары метандық көмірсутектер суда ерімейді. Олардың улылығы төмен молекулалық құрылысты  көмірсутектерге қарағанда біршама төмен.

Топырақтың мұнаймен ластану кезінде мұнай құрамындағы  қатты метандық көмірсутектер (парафиндер)  мөлшері ластанудың негізгі сипаттамаларының бірі болып табылады. Парафиндер тірі организмдер үшін улылық қаупін тудырмайды, және жердің беткі қабатында қатты күйге ауысып, мұнайдың қозғалысын төмендетеді /7, 10/. Алкандар көптеген микроорганизмдермен (саңырауқұлақтар,бактериялар) ассимиляцияланады.

Қатты парафин қиын ыдырайды, ауада қиын тотығады. Ол топырақ  қабатының кеуектерін ұзаққа дейін  бітеп, топырақтың  оңай ылғал алмасуы  мен дем алуына кедергі келтіреді. Ол ең бірінші биоценоздың толық деградациясына әкеледі.

 

Циклды көмірсутектер.

Бұл топқа мұнайдағы нафтендік  және ароматикалық көмірсутектер жатады.

Нафтендік көмірсутектер 35 до 60 % құрайды. Нафтендердің топыраққа улылық әсері  туралы еш ақпарат жоқ. Бірақ нафтендердің тірі организмдерге оң әсері туралы (емдік мұнай, Әзірбайжандағы Нафталан мұнай кен орны) мысалдар келтіруге болады. Бұл мұнайдың биологиялық белсенділік факторы – полициклды нафтендік құрылым. Нафтендік құрлымның негізгі тотығу өнімі – көмірсутек қышқылдары мен оксиқышқылдар.

 Мұнай құрамында  ароматикалық көмірсутектер 5-15 %, көбінесе 20-40 %.

Ароматикалық көмірсутектер  мұнай құрамындағы ең улы заттар. Судағы оның 1 % концентрациясы барлық су өсімдіктерінің тіршілігін жояды. Құрамында 30-40 % ароматикалық қосылыстары бар мұнай жоғары өсімдіктер өсу процесін біршама тежейді. Моноядролық көмірсутектер – бензол және оның гомологтары   полициклды ароматикалық көмірсутектерге қарағанда улылық қасиеті тез әсер етеді. Себебі, полициклды ароматикалық көмірсутектер организм жасушаларының мембраналарына баяу кіреді. Бірақ олардың улылық әсер ету уақыты ұзаққа созылады.

Шайырлар мен асфальтендер Ароматикалық көмірсутектердің ыдырау процесі қиын жүреді. Топырақта бұл процесс оның беткі қабатында

  Шайырлар – тұтқыр, май сияқты заттар,  асфальтендер – қатты, жеңіл молекулалық көмірсутектерде ерімейді.

Шайырлар мен асфальтендер құрамына мұнайдағы негізгі микроэлементтердің көп бөлігі кіреді, соның ішінде барлық металдар. Улы емес және улылығы төмен металдар қатарына: Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, P жатқызуға болады. Басқа   микроэлементтер: V, Ni, Co, Pb, Cu, U, As, Hg, Mo концентрациясы көбейген кезде биоценозға улы әсерін тигізу мүмкін.

Шайырлы-асфальтенді компоненттердің  топырақ экожүйесіне кері әсері  оның химиялық улылығында емес, топырақтың сулы физикалық қасиетінің өзгерісінде.  Егер мұнай топырақтың беткі қабатына төгілген болса, онда шайырлы-асфальтенді компоненттер топырақтың беткі  гумус қабатына сорбцияланып, кейде қатты цемент пленкасын түзеді. Бұл топырақтың кеуектік кеңістігін кішірейтеді.

Шайырлы-асфальтенді  компоненттер гидрофобты. Өсімдіктер тамырларын қоршап, оның ылғал сіңіруін төмендетеді. Бұл заттар микроорганизмдермен  ыдырамайды. Олардың метобализм процесі  өте ұзақ жүреді, кейде он жылға  дейін созылады /9, 10/.

 

1.5. Топырақтың  мұнай және мұнай өнімдерімен  ластануы

Мұнай және мұнай өнімдерімен  ластану жаңа экологиялық жағдай тудырады, табиғи биоценоздың терең  өзгерісіне және толық трансформациясына әкеледі. Әртүрлі ластанған топырақтың кері жауап реакциялары да әртүрлі.

Топырақтық мезофаунаның жаппай жойылуы: апаттан соң үш күн  аралығында топырақ жануарларының  көп түрлері өліп, немесе ластанбаған  топырақпен салыстырғанда 1% ғана құрайды. Оларға ең улы әсерді мұнайдың жеңіл  фракциясы тигізеді.

Аз уақыт ингибирленгеннен соң ластану әсеріне жауап ретінде топырақтың микроорганизмдер кешенінің тез көбеюі мен белсенділігінің артуы байқалады.  Ең алғаш көмірсутекті тотықтырғыш бактериялар саны ластанбаған топыраққа қарағанда тез көбейеді. Көмірсутектерді залалсыздандыру процесіне қатысатын «арнайы» топтар пайда болады.

Микроорганизмдердің максимум мәні ферменттер санымен байланысты. Микроорганизмдердің ең көп мәнге  жетуі негізінен мұнайдың табиғи деградациялануының екінші сатысында  байқалады.

Топырақта мұнай және мұнай өнімдерінің ыдырау барысында микроорганизмдер саны ластанбаған топырақтағы микроорганизмдер санына жақындайды. Бірақ көмірсутек тотықтырғыш бактериялар саны көпке дейін үлкен мән көрсетеді.

Экологиялық жағдайдың  өзгерісі өсімдік организмдерінің  фотосинтездеу белсенділігін тежейді. Ең бірінші топырақ балдырларының өсуіне әсерін тигізеді. Сондай тежегіштердің бірі болып шикі мұнай және минералды сулар болып  табылады.

Жоғары өсімдіктердің  фотосинтездеу функциясының өзгерісі, соның ішінде дәнді-дақылдар. Зерттеу жұмыстары  оңтүстік тайгада жоғары ластану кезінде бір жыл өткен соң да өсімдіктер бастапқы қалпына келмегенін көрсетті.

Топырақтың дем алуы да мұнай және мұнай өнімдерімен  ластануға тез әсер етеді. Микроорганизмдер саны көбейген сайын дем алу қарқындылығы жоғарылайды /10/.

Сонымен, ластанған территорияда биоценоздың қайта қалпына келуі  өте жай жүреді.

1.6. Мұнай және  мұнай өнімдерінің топыраққа  енуі

Мұнай және оның компоненттері  топыраққа түскен кезде геохимиялық  қасиеттер мен топырақ режимінің өзгерістерінің ерекшеліктерін анықтау топырақ қабатын тазарту және сақтау жұмыстарын бағыттауға ғылыми тұрғыдан кең жол ашады.

Мұнай және  оның компоненттерінің топырақ қабатына ену тереңдігі  келесі факторларға тәуелді: топырақтың гранулометриялық құрамына, ластану кезінде жер асты сулары деңгейіне, ластау көлеміне, төгілу қарқындылығына және жиналмаған мұнай мөлшеріне, мезгілге, төгілу уақытының ұзақтығына, аумақтың жатықтығына, микрорельефтің сипаттамасына,  мұнайды жинау шараларының эффективтілігіне және т.б. байланысты.

Жеңіл топырақтар мұнайды оңай және терең сіңіреді. Арнайы 10 және 20 л/м² мөлшерде мұнайды топыраққа енгізу барысында ену тереңдігі — 10 және 13 — 15 см. Егер мөлшерді 50 л/м² көбейтсе, сіңіру тереңдігі 50 – 100 см бірқалыпты  тарайды. 

Апат кезінде мұнай  топырақ қабатының 20 см тарайды. Мұнайдың көп мөлшері (90%) топырақтың 15 см тереңдігіне  дейін жиналады. Ылғал құм топырақтарда мұнай ену тереңдігі 15 см кем болады, мұнайдың көп бөлігі 0-10 см қабатта  жиналады /10/.

Жаңадан ластанған және ылғал балшық топырақтарға мұнай ертедегі тамырлардың орнымен немесе жырықтармен енеді. Мұнайдың орманды топырақ бетінде бірқалыпты жайылуы 50 – 80%. Минералды құралысты топырақтарда мұнайдың негізгі 90% бөлігі 15  см тереңдікте, одан төмен тереңдікте мұнай концентрациясы күрт төмендейді.

Шымды топырақ қабатына мұнай ену процесі баяу, мұнай  құрамының фракциялануымен жүреді. Мысалы, шайырлар мен асфальтендер төменгі беткі қабатқа және жер  асты сулар қабатына өтсе, жырықтар мен тамырлар бойымен төмен молекулалы фракциялар және суда еритін қосылыстар енеді.

Ылғалданған торфтық  топырақтарда мұнайдың таралуы өзгеше жүреді.  Қалдық мұнай өнімдерінің  концентрациясының көп мөлшері  топырақ қабатының бетінде 5 см тереңдікке дейін байқалады. Бірақ мұнайдың ең көп мөлшері торфтық қабат  пен минералды қабат шектері бойында 8-17 см тереңдікте кездеседі.

Топырақтың келесі ерекшелігі  топырақ бетінде мұнайдың екіншілік  таралуы. Егер бірінші жағдайда мұнай  сызықтық ағу бойымен таралса, қар еру кезінде немесе көп жауын-шашын әсерінен мұнай пленкасының жоғарылап, қайтадан екіншілік таралуға әкеледі.

Гидроморфты топырақтар үшін су көтеріліуінің аз болуы мен  түсу жылдамдығы үлкен роль атқарады. Бір рет  көтерілген  су  жоғары элементті рельефтерге мұнай және мұнай өнімдерін жаяды. Егер су қабаты бірнеше рет көтерілсе, жүзгін мұнайдың қайтадан таралуы ластау дәрежесін жоғарылатуы мүмкін.