К вопросу о перспективах и прогнозах динамики углеводородных загрязнений Черного моря в результате аварии танкеров «Волга-Нефть» в декабре 2024 года

DOI:

В декабре 2024 года в акватории Черного моря произошла крупная катастрофа с участием двух нефтеналивных танкеров. При сильном шквалистом ветре, порывы которого достигали 17–22 м/с, и мощном волнении моря в южной части Керченского пролива в результате разлома корпусов двух российских неф-тевозных танкеров «Волгонефть-212» и «Волго-нефть-239» произошел разлив мазута. В море попало не менее 3 700 т мазута из перевозимых суммарно 9 200 т. В первую очередь пострадали десятки километров побережья Кубани – Темрюкского и Анапского районов. Вскоре мазутные пятна были обнаружены и во множестве береговых локаций Крыма [11].

Многочисленные сообщения средств массовой информации и активность пользователей соцсетей обусловили разностороннее освещение катастрофической ситуации и широкое обсуждение путей решения возникшей проблемы [8; 9]. Общественность отреагировала высокой активностью добровольцев, самостоятельно и организованно прибывавших к месту развивавшей чрезвычайной ситуации и приступавших к работам по ликвидации ее негативных последствий.

Мазут – тяжелая фракция нефти, получаемая при перегонке сырых нефтепродуктов, продуктов обратной переработки нефтяных отходов и газового конденсата. Является основным видом жидкого энергетического топлива. Прямогонный мазут представляет собой смесь тя- 48

желых нефтяных остатков прямой перегонки нефти с ее маловязкими фракциями. Подмешивание дистиллятов к тяжелому остатку необходимо для поддержания вязкости мазута в пределах требований стандарта. Прямогонный мазут предназначен для использования в качестве топлива для стационарных котельных и технологических установок. Крекинг-мазут представляет собой тяжелый высоковязкий остаток крекинг-процесса (высокотемпературной переработки нефти и ее фракций) [2]. Мазуты получают на нефтеперерабатывающих заводах одновременно с производством других продуктов (моторных топлив, масел и др.).

Физические свойства мазутов различных марок закономерно различаются и регламентируются требованиями ГОСТов и ведомственных нормативов. В зависимости от назначения установлены следующие марки мазута:

– флотский Ф5;

– топочный 40;

– топочный 100 [5].

Условное обозначение мазута включает в себя: для мазута флотского – марку и массовую долю серы, для мазутов топочных – марку, массовую долю серы, зольность и температуру застывания. Так, мазут топочный 100, 2,00 %, малозольный, 25 °С по ГОСТ 10585–2013 [5].

Мазут является малоопасным продуктом и по степени воздействия на организм человека относится к 4-му классу опасности. Мазут раздражает слизистые оболочки и кожные покровы человека, вызывая их поражение и возникновение кожных заболеваний. Длительный контакт с мазутом увеличивает степень риска заболевания органов дыхания у человека [5]. Негативное воздействие мазута на биоту определяется токсическим влиянием на растительные, бактериальные организмы и фауну, а также мутагенностью циклических углеводородов [4; 13; 14].

Именно топочный мазут марки М100 стал тем нефтепродуктом, который загрязнил акваторию Чёрного моря при аварии танкеров 15 декабря 2024 года.

Необходимость обнаружения загрязненных участков морского дна и берега обусловила разработку инновационных технологий и методических решений. В то же время волонтеры и сотрудники экстренных служб столкнулись со сложностями, обусловленными физико-химическими свойствами мазута М100. Содержание мазута в воде недопустимо и определяется визуально наличием масляной пленки на поверхности воды [1; 4]. Однако низкие температуры воздуха и морской воды, а также агрегация мазутных сгустков с песком приводили к снижению плавучести и погружению агрегатов на дно. Движение «мазутных полей» по направлению течений, а также замывание песком создало скрытые очаги донного загрязнения, представляющие собой объекты накопленного вреда [12].

Ожидаемый сезонный подъем температуры морской воды угрожал массовым высвобождением плавучих фракций мазута М100, что могло привести к залповому загрязнению обширных акваторий Черного моря и поступлению мазута на побережье в летний период.

Целью исследования стало выявление физических свойств образцов песчано-мазутных конкреций, отобранных в зоне аварий в ходе подводных погружений и сбора на берегу. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: определить температуру морской воды, при которой мазут-пес-чаный агломерат переходил в жидкое плавучее состояние; выявить особенности поведения агломератов в морской и пресной воде.

Материалы и методы исследования

Эксперимент был организован с применением классических подходов к полевому опыту в биологии, экологии [6; 7].

Целью исследования не являлось точное определение плотности мазута при некоторой температуре морской воды. Нами была определена задача выявить возможность дисад-гезии мазута от поверхности песчинок при повышении температуры морской воды до средних летних температур по региону.

Для достижения поставленной цели нами со дна моря и, на суше, с береговой полосы были отобраны образцы мазут-песчаных агрегатов, имевших среднюю длину 3–8 см. Агрегаты представляли собой плотные тяжелые вязкие сгустки мазута, внутри которых обнаруживались частицы донного грунта – силикатные песчинки, частицы раковин, мелкие частицы местных горных пород. Поверхность сгустков была также обильно покрыта прочно связанными с ней частями грунта. Внутри агрегатов обнаруживались полости, наполненные морской водой.

В ходе исследования нами был использован усредненный модельный раствор, имеющий аналогичный черноморской воде уровень солёности. Учитывая, что поверхностной водной массе северовосточной части Черного моря соответствует соленость ~18,75 ‰ (~18,2 PSU) [3], нами был изготовлен раствор солей соответствующей концентрации (см. рис. 1).

Нагрев воды осуществлялся с применением термостата водяного НН-6 до 27 °С – температуры моря в самый теплый период [10].

Для имитации волнения использовался способ механического перемешивания воды с применением блока мешалки экстрактора ЭЛ-1 (рис. 2).

Оценка времени изменения агрегатного состояния мазута осуществлялась визуально с применением хронометра Kadio KD-1069, имеющего погрешность ±0,01с.

Результаты и обсуждение

Использование предложенного алгоритма исследования позволило выявить характерную динамику изменения вязкости мазутнопесчаных агрегатов (см. таблицу), свидетельствующую о стремительном переходе большей части агрегата в жидкую легкую плавучую фазу при достижении показателя температуры воды, равного +26 °С для модельного раствора морской воды и +23 °С – для пресной воды (соленость ~0,5 ‰).

В исследовании А.Г. Забродина и соавт. [2] получено значение плотности мазута М100 равное 978,36кг/м3 при +20 °С. Указанная в той же работе плотность пресной воды при данной температуре составила 998,2019 кг/м3. Такая разность плотности выступает достаточной причиной для образования плавучей гидрофобной пленки на поверхности воды уже при температурах, не являющихся предельными для черноморской воды в летнее время. Однако следует отметить, что адгезия мазута на поверхности элементов донного грунта, образование смеси с водой внутри сгустка приводят к смещению точки перехода мазута в жидкое плавучее состояние.

Тем не менее, нагрев морской воды до типичных для летнего периода в Российском Чер-номорье температур, исходя из результатов исследования, способен привести к залповому высвобождению мазута М100, ранее лежавшего на дне в виде сгустков – как в условиях штиля, спокойных бухт и лагун, так и при волнении.

Следует отметить, что разжижение и всплытие мазута в пресной воде происходит при более низких температурах +22…+24 °С, что сигнализирует об опасности непрогнозируемого раннего образования мазутной пленки на поверхности воды в местах поступления пресных вод в море – в эстуариях, лиманах, в месте поступления хозяйственных и промышленных стоков.

Рис. 1. Образцы агрегатов мазута с частицами донного грунта в модельном растворе, имитирующем физико-химические свойства морской воды (фото Н.В. Онистратенко)

Рис. 2. Внешний вид автоматической системы создания искусственного волнения модели морской воды в ходе опыта (фото Н.В. Онистратенко)

Динамика изменения агрегатного состояния образцов мазута М100

в зависимости от температуры воды

Температура окружающей водной среды, °С	Время изменения вязкости агрегата в модельной морской воде 18,75 ‰ без имитации волнения, ч	Время изменения вязкости агрегата в модельной морской воде 18,75 ‰ с имитацией волнения, ч	Время изменения вязкости агрегата в модельной пресной воде ~0,5 ‰ без имитации волнения, ч	Время изменения вязкости агрегата в модельной пресной воде ~0,5 ‰ с имитацией волнения, ч
20	4	4	3	3
21	3	3	3	3
22	3	3	2	2
23	3	3	1,5	1
24	2	2	0,5	0,5
25	1	1	-	-
26	0,5	0,5	-	-

Заключение

Результаты исследования позволяют сделать выводы о вероятном залповом переходе мазута М100, после аварии танкеров в декабре 2024 года образовавшего труднообнаружи-ваемые донные агрегаты с элементами донного грунта и водой, в жидкую плавучую форму при повышении температуры морской воды до типичных для летнего периода уровней + 25…+26 °С. Скрытые под водой и наносами донного песка «поля мазутных сгустков» остаются скрытой угрозой, способной реализоваться в акватории Черного моря.