|
|
|
|
|
|
|
|
|
Агрегирование нефти и нефтепродуктов
| Глоссарий по метеорологии |
|
Трансформация нефти в морской среде, русский
Трансформация и распространение попавшей в морскую среду нефти и нефтепродуктов определяется их основными свойствами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. плотность нефти зависит от условий ее формирования, поэтому на каждом месторождении она разная. в модельных расчетах обычно используется осредненная величина плотности нефти на данном месторождении. вязкость нефти и продуктов ее переработки (нп) – функция суммарного химического состава в значительной мере зависит от температуры (возрастает с ее понижением). поверхностное натяжение определяется количеством присутствующих поверхностно-активных веществ (пав). нефть и нп с малым содержанием пав имеют наибольшие значения поверхностного натяжения у границы с водой, т. е. концентрация пав позволяет судить о скорости растекания и распространения нефтяного пятна. 154 кроме того, условия распространения и присутствия нефти и нп в морской среде определяются ветровым режимом, волнением, течениями и температурой воды. экспериментальным путем установлено, что период полураспада нефти в морской воде при температуре 10 °с равен примерно 1,5 мес. с повышением температуры до 18–20 °с он понижается до 20 сут., а при температуре 25–30 °с – до 7 сут. выделяют следующие важнейшие процессы трансформации нефти при ее попадании в морскую среду: – растекание и перенос – процессы, в которых поведение разлитой на поверхности моря нефти контролируется действием сил тяжести, ее вязкостью и поверхностным натяжением. уже через 10 мин. после разлива 1 т нефти она растекается в виде пленки (толщиной до 10 мм) на акватории в радиусе 50 м с последующим уменьшением пленки до 1 мм и менее на площади до 12 км2. посчитано, что одна капля нефти может образовывать на поверхности воды пленку размером ~0,25 м2, а 1 г нп образует пятно, которое в зависимости от вида нп может достигать 1–2 м2. при растекании сырой нефти происходит быстрая потеря ее летучих и водорастворимых фракций (вязкие фракции тормозят этот процесс). пленки нефти и нп дрейфуют преимущественно в направлении ветрового потока со скоростью от 2,1 до 5,3 % его скорости. при критической толщине пленки (~0,1 мм) она разрывается, и ее фрагменты распространяются на обширных пространствах; – испарение – процесс, особенно важный для менее растворимых тяжелых фракций нефти из-за улетучивания легких в атмосферу при контакте с воздухом. за первые несколько суток пребывания нефти в воде в газовую фазу переходит до 75, 40 и 5 % ее легких, средних и тяжелых фракций соответственно. особенно быстро (за минуты – часы) идет испарение низкомолекулярных алканов, циклоалканов и бензолов. полициклические ароматические углеводороды (пау) (типа антрацена и пирена) практически не переходят в газовую фазу, поэтому они остаются в водной среде и претерпевают сложную трансформацию при окислении, биодеградации и фотохимических процессах, что приводит к образованию более полярных и менее растворимых соединений; – растворение – его скорость зависит от молекулярной структуры и массы нефти и нп. ароматические нефтяные углеводороды ну наиболее растворимы и активно переходят в водную среду; нафтеновые ну в воде практически не растворяются. растворимость зависит от массы нефти, вылитой в воду (снижается с возрастанием массы). водная среда после попадания нефти обогащается наиболее растворимыми низкомолекулярными ароматическими и алифатическими ну, которые менее летучи и менее растворимы. в воде растворяется ~1–3 % (иногда до 15 %) сырой нефти (в первую очередь низкомолекулярные, алифатические и ароматические ну, а также полярные соединения, образующиеся в морской среде при окислении некоторых типов нефти). скорость перехода нефти и нп в растворенное состояние зависит от гидродинамических и физико-химических факторов. под нефтяной пленкой в море содержание растворенных нп составляет от 0,1 до 0,3–0,4 мг/л; – эмульгирование и диспергирование – процессы, определяющие физическое состояние разлитой на поверхности воды нефти и развивающиеся за счет гидродинамических факторов. перемешивание двух взаимно нерастворимых жидкостей до образования эмульсий особенно активно 155 происходит в присутствии высокомолекулярных соединений. в результате диспергируемая фаза оказывается суспензированной (в виде капелек в однородной фазе). эмульсии могут быть стойкими и в состоянии покоя сохраняться годами. наиболее устойчивые эмульсии (типа «вода в нефти») содержат от 30 до 80 % воды. при содержании воды 50–80 % эмульсии практически не исчезают. вязкость эмульсий выше вязкости воды и нефти. они образуются после сильных штормов в зонах разливов тяжелых нефтей с повышенным содержанием нелетучих фракций (типа нафтенов). такие эмульсии (шоколадного и других оттенков) могут существовать в морской среде >100 сут. их устойчивость возрастает с понижением температуры воды; – aгрегирование – процесс, в результате которого в морской среде образуются нефтяные агрегаты в виде смолисто-мазутных образований. на их формирование расходуется 5–10 % разлитой сырой нефти и до 20–50 % отстоя нефти и ее компонентов в балластных и промывочных емкостях нефтяных танкеров. химический состав нефтяных агрегатов весьма изменчив, но основу его обычно составляют асфальтены (до 50 %) и высокомолекулярные соединения тяжелых фракций нефти; – химическое окисление и деструкция – эти процессы начинают развиваться лишь спустя сутки после поступления нефти в морскую среду. часто ее химическое окисление сопровождается фотохимическим разложением под воздействием ультрафиолетовой части солнечного спектра. при естественном освещении скорость окисления даже в наиболее эффективном диапазоне (300–350 нм) довольно медленная, и поэтому в поверхностном слое при солнечном свете за сутки может быть окислено только 2 т нефти на 1 кв. км. конечные продукты окисления ну (гидроперекиси, фенолы, карбоксильные кислоты, кетоны, альдегиды и др.) имеют повышенную растворимость в воде, а их присутствие повышает токсичность водной среды; – микробиологическое разложение – определяет конечную судьбу ну в морской среде. до 100 видов бактерий и грибов способны использовать ну в качестве субстрата для роста и развития биомассы. их численность не > 0,1–1 % от численности гетеротрофных бактериальных сообществ в чистой морской среде и может возрастать до 1–10 % в загрязненных по ну акваториях. механизм процессов потребления ну микроорганизмами – предмет специальных лабораторных исследований. способность ну к биодеградации зависит от их строения. соединения парафинового ряда (в сравнении с ароматическими и нафтеновыми ну) легче потребляются микроорганизмами. усложнение молекулярной структуры ну (или увеличение атомов с и разветвленности их цепей) приводит к тому, что скорость их микробиологической деструкции уменьшается. например, скорость биодеградации антрацена и бенз(а)пирена в десятки и сотни раз ниже, чем бензола. в целом она зависит от степени диспергированности ну, температуры среды, содержания биогенных веществ и о2, видового состава и численности нефтеокисляющей микрофлоры; – седиментация – процесс, в котором до 10–30 % ну сорбируется на взвеси и осаждается на дно. седиментация развивается в основном в прибрежной зоне и на мелководье, где много взвеси и происходит активное перемешивание водных масс. на больших глубинах седиментация развивается крайне медленно (исключение – тяжелые нефти). аккумулированные в толще донных отложений тяжелые фракции нефти могут сохраняться 156 многие месяцы и годы. соотношение растворенных и взвешенных форм нефти и ее фракций в морской среде меняется в широких пределах в зависимости от конкретных факторов, состава, свойств и происхождения ну. трофические цепи, пищевая цепь, цепь питания – это взаимоотношения между организмами, через которые в экосистеме происходит трансформация вещества и энергии. существуют два основных типа трофических цепей – пастбищные и детритные. в пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные – фитофаги (напр., фитопланктон – зоопланктон), потом хищники (консументы) 1-го порядка (рыбы, питающиеся зоопланктоном), далее хищники 2-го порядка (например, судак, питающийся рыбами) и т. д. в детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами (сапротрофы) и минерализации. таким образом, детритные цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям – хищникам. в водных экосистемах (особенно в евтрофных водоемах и на больших глубинах океана) значительная часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи. при переносе энергии по трофической цепи большая ее часть (80–90 %) теряется, переходя в тепло, поэтому длина трофической цепи ограничена четырьмя-пятью звеньями. трофность, или биологическая продуктивность водоема (бпв), – способность сообщества, населяющего водоем, поддерживать определенную скорость воспроизводства биомассы входящих в его состав живых организмов. изучение трофности – необходимая основа для рационального использования, охраны водоемов и обеспечения воспроизводства их биологических ресурсов. ф
|
|
Трансформация нефти в морской среде, русский
Трансформация и распространение попавшей в морскую среду нефти и нефтепродуктов определяется их основными свойствами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. плотность нефти зависит от условий ее формирования, поэтому на каждом месторождении она разная. в модельных расчетах обычно используется осредненная величина плотности нефти на данном месторождении. вязкость нефти и продуктов ее переработки (нп) – функция суммарного химического состава в значительной мере зависит от температуры (возрастает с ее понижением). поверхностное натяжение определяется количеством присутствующих поверхностно-активных веществ (пав). нефть и нп с малым содержанием пав имеют наибольшие значения поверхностного натяжения у границы с водой, т. е. концентрация пав позволяет судить о скорости растекания и распространения нефтяного пятна. 154 кроме того, условия распространения и присутствия нефти и нп в морской среде определяются ветровым режимом, волнением, течениями и температурой воды. экспериментальным путем установлено, что период полураспада нефти в морской воде при температуре 10 °с равен примерно 1,5 мес. с повышением температуры до 18–20 °с он понижается до 20 сут., а при температуре 25–30 °с – до 7 сут. выделяют следующие важнейшие процессы трансформации нефти при ее попадании в морскую среду: – растекание и перенос – процессы, в которых поведение разлитой на поверхности моря нефти контролируется действием сил тяжести, ее вязкостью и поверхностным натяжением. уже через 10 мин. после разлива 1 т нефти она растекается в виде пленки (толщиной до 10 мм) на акватории в радиусе 50 м с последующим уменьшением пленки до 1 мм и менее на площади до 12 км2. посчитано, что одна капля нефти может образовывать на поверхности воды пленку размером ~0,25 м2, а 1 г нп образует пятно, которое в зависимости от вида нп может достигать 1–2 м2. при растекании сырой нефти происходит быстрая потеря ее летучих и водорастворимых фракций (вязкие фракции тормозят этот процесс). пленки нефти и нп дрейфуют преимущественно в направлении ветрового потока со скоростью от 2,1 до 5,3 % его скорости. при критической толщине пленки (~0,1 мм) она разрывается, и ее фрагменты распространяются на обширных пространствах; – испарение – процесс, особенно важный для менее растворимых тяжелых фракций нефти из-за улетучивания легких в атмосферу при контакте с воздухом. за первые несколько суток пребывания нефти в воде в газовую фазу переходит до 75, 40 и 5 % ее легких, средних и тяжелых фракций соответственно. особенно быстро (за минуты – часы) идет испарение низкомолекулярных алканов, циклоалканов и бензолов. полициклические ароматические углеводороды (пау) (типа антрацена и пирена) практически не переходят в газовую фазу, поэтому они остаются в водной среде и претерпевают сложную трансформацию при окислении, биодеградации и фотохимических процессах, что приводит к образованию более полярных и менее растворимых соединений; – растворение – его скорость зависит от молекулярной структуры и массы нефти и нп. ароматические нефтяные углеводороды ну наиболее растворимы и активно переходят в водную среду; нафтеновые ну в воде практически не растворяются. растворимость зависит от массы нефти, вылитой в воду (снижается с возрастанием массы). водная среда после попадания нефти обогащается наиболее растворимыми низкомолекулярными ароматическими и алифатическими ну, которые менее летучи и менее растворимы. в воде растворяется ~1–3 % (иногда до 15 %) сырой нефти (в первую очередь низкомолекулярные, алифатические и ароматические ну, а также полярные соединения, образующиеся в морской среде при окислении некоторых типов нефти). скорость перехода нефти и нп в растворенное состояние зависит от гидродинамических и физико-химических факторов. под нефтяной пленкой в море содержание растворенных нп составляет от 0,1 до 0,3–0,4 мг/л; – эмульгирование и диспергирование – процессы, определяющие физическое состояние разлитой на поверхности воды нефти и развивающиеся за счет гидродинамических факторов. перемешивание двух взаимно нерастворимых жидкостей до образования эмульсий особенно активно 155 происходит в присутствии высокомолекулярных соединений. в результате диспергируемая фаза оказывается суспензированной (в виде капелек в однородной фазе). эмульсии могут быть стойкими и в состоянии покоя сохраняться годами. наиболее устойчивые эмульсии (типа «вода в нефти») содержат от 30 до 80 % воды. при содержании воды 50–80 % эмульсии практически не исчезают. вязкость эмульсий выше вязкости воды и нефти. они образуются после сильных штормов в зонах разливов тяжелых нефтей с повышенным содержанием нелетучих фракций (типа нафтенов). такие эмульсии (шоколадного и других оттенков) могут существовать в морской среде >100 сут. их устойчивость возрастает с понижением температуры воды; – aгрегирование – процесс, в результате которого в морской среде образуются нефтяные агрегаты в виде смолисто-мазутных образований. на их формирование расходуется 5–10 % разлитой сырой нефти и до 20–50 % отстоя нефти и ее компонентов в балластных и промывочных емкостях нефтяных танкеров. химический состав нефтяных агрегатов весьма изменчив, но основу его обычно составляют асфальтены (до 50 %) и высокомолекулярные соединения тяжелых фракций нефти; – химическое окисление и деструкция – эти процессы начинают развиваться лишь спустя сутки после поступления нефти в морскую среду. часто ее химическое окисление сопровождается фотохимическим разложением под воздействием ультрафиолетовой части солнечного спектра. при естественном освещении скорость окисления даже в наиболее эффективном диапазоне (300–350 нм) довольно медленная, и поэтому в поверхностном слое при солнечном свете за сутки может быть окислено только 2 т нефти на 1 кв. км. конечные продукты окисления ну (гидроперекиси, фенолы, карбоксильные кислоты, кетоны, альдегиды и др.) имеют повышенную растворимость в воде, а их присутствие повышает токсичность водной среды; – микробиологическое разложение – определяет конечную судьбу ну в морской среде. до 100 видов бактерий и грибов способны использовать ну в качестве субстрата для роста и развития биомассы. их численность не > 0,1–1 % от численности гетеротрофных бактериальных сообществ в чистой морской среде и может возрастать до 1–10 % в загрязненных по ну акваториях. механизм процессов потребления ну микроорганизмами – предмет специальных лабораторных исследований. способность ну к биодеградации зависит от их строения. соединения парафинового ряда (в сравнении с ароматическими и нафтеновыми ну) легче потребляются микроорганизмами. усложнение молекулярной структуры ну (или увеличение атомов с и разветвленности их цепей) приводит к тому, что скорость их микробиологической деструкции уменьшается. например, скорость биодеградации антрацена и бенз(а)пирена в десятки и сотни раз ниже, чем бензола. в целом она зависит от степени диспергированности ну, температуры среды, содержания биогенных веществ и о2, видового состава и численности нефтеокисляющей микрофлоры; – седиментация – процесс, в котором до 10–30 % ну сорбируется на взвеси и осаждается на дно. седиментация развивается в основном в прибрежной зоне и на мелководье, где много взвеси и происходит активное перемешивание водных масс. на больших глубинах седиментация развивается крайне медленно (исключение – тяжелые нефти). аккумулированные в толще донных отложений тяжелые фракции нефти могут сохраняться 156 многие месяцы и годы. соотношение растворенных и взвешенных форм нефти и ее фракций в морской среде меняется в широких пределах в зависимости от конкретных факторов, состава, свойств и происхождения ну. трофические цепи, пищевая цепь, цепь питания – это взаимоотношения между организмами, через которые в экосистеме происходит трансформация вещества и энергии. существуют два основных типа трофических цепей – пастбищные и детритные. в пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные – фитофаги (напр., фитопланктон – зоопланктон), потом хищники (консументы) 1-го порядка (рыбы, питающиеся зоопланктоном), далее хищники 2-го порядка (например, судак, питающийся рыбами) и т. д. в детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами (сапротрофы) и минерализации. таким образом, детритные цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям – хищникам. в водных экосистемах (особенно в евтрофных водоемах и на больших глубинах океана) значительная часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи. при переносе энергии по трофической цепи большая ее часть (80–90 %) теряется, переходя в тепло, поэтому длина трофической цепи ограничена четырьмя-пятью звеньями. трофность, или биологическая продуктивность водоема (бпв), – способность сообщества, населяющего водоем, поддерживать определенную скорость воспроизводства биомассы входящих в его состав живых организмов. изучение трофности – необходимая основа для рационального использования, охраны водоемов и обеспечения воспроизводства их биологических ресурсов. ф
Внутрипопуляционное и межпопуля- ционное варьирование генома, русский
|
|
|
|
|
|
|
