Механизм деградации нефти, изученный на разных уровнях - от общих физико-химических свойств до молекулярных реакций - был положен в основу разработанной методологии исследования органического вещества нефтезагрязненных геосистем и применен при идентификации источников углеводородного загрязнения водозабора "Усолка". Присутствие нефтепродуктов в составе аквабитумоидов поверхностных и подземных вод водозабора наблюдается с начала его эксплуатации до настоящего времени. Расположение в пределах санитарно-защитной зоны данного водозабора ряда нефтяных месторождений (Бельское, Жилинское, Чашкинское) и нефтеперспективных структур (Северо-Чашкинская, Пашковская) послужило выдвижением в качестве одной из возможных причин объяснения этого явления техногенного загрязнения, источником которого являются пробуренные нефтяные скважины. Проведенные эколого-геохимические исследования показали, что формирование углеводородного загрязнения приповерхностной гидросферы связано с двумя источниками. Первый источник - вертикальный диффузионно-фильтрационный массоперенос, обусловленный естественным "углеводородным дыханием" недр и усиливаемый в зонах повышенной трещиноватости осадочного чехла. Второй источник - инфильтрационные воды, обогащенные органикой растительного происхождения.
Углеводородные структуры от глубинного источника достаточно длительное время сохраняют свою "визитную карточку" представителя ореола рассеяния нефтяной залежи, поскольку мигрируют в слабоокислительных и восстановительных условиях подземной гидросферы. На это указывают:
- обогащенность аквабитумоидов алифатическим и ароматическими соединениями (более 50% в составе МНФ), являющимися наиболее нестабильными компонентами нефтяной смеси (в рамках модельных экспериментов, т.е. без подтока новых порций УВ, их доля к концу 30-дневной экспозиции составила менее 6%);
- характер функциональных кислородсодержащих соединений (доминируют продукты первых стадий окисления нефти - ненасыщенные УВ, окиси, спирты и оксосоединения) и присутствие тиолов и элементарной серы (подтверждает деградацию УВ в анаэробных условиях).
Результаты детальных геохимических исследований показали, что основная масса органики в исследуемых водах обусловлена своим происхождением веществам, синтезируемым в процессе жизнедеятельности растений и при их захоронении в торфяных образованиях, широко распространенных в долине р.Усолка. Переход растительных углеводородов и их производных в водную фазу при гидролитических процессах, приводит к выносу водами с 1 кг торфа до 40 мг органики, в которой доля нефтепродуктов достигает 0,7 мг/дм3. Данные нефтепродукты по набору углеводородных структур слабо отличаются от нефтяных, но не содержат фракционно-выделяемой ароматики и характеризуются специфическим набором гетероструктур растительного происхождения.
Выводы:
Проведенные исследования позволили:
- обосновать модель деградации нефти в почвенных экосистемах, отражающую специфику внешних физико-химических и биохимических факторов в различных ландшафтных условиях;
- доказать, что трансформация нефти протекает через реакции гидрирования, дегид-рирования, гидроксилирования, оксосинтеза, карбоксилирования, декарбоксилирования, этерификации, гидролиза, металлепсии, конденсации, совокупность которых приводит к деградации углеводородного субстрата;
- исследовать геохимию нефти в водных растворах, позволившую на молекулярном уровне отразить особенности механизма и биохимической трансформации нефти в гидросфере;
- разработать методологию исследования органического вещества нефтезагрязненных геосистем, включающую лабораторное моделирование поведения систем "нефть - почва", "нефть - вода" и комплекс детальных химико-аналитических исследований состава битумоидов.