Арктика обладает огромным потенциалом роста дальнейшего развития отечественной нефтегазовой отрасли в ближайшие десятилетия. В 2017 г. в Арктике добыто 96,2 млн. т нефти, что на 3,8 % больше, чем в 2016 г., а также 568,9 млрд. м3 газа (прирост по сравнению с 2016 г. составил 9,6 %). Объемы добычи газа в Арктической зоне по итогам 2017 г. составили 83 % общероссийской добычи. Доля производства нефти в Арктике с 2007 г. по 2017 г. увеличилась с 11,8 % до 17,6 % от общероссийской добычи [1].
Однако освоение и ввод в эксплуатацию новых месторождений в Арктическом регионе сопровождается экологическими рисками. В районах стационарных морских платформ море и прибрежные территории подвержены нефтяному загрязнению при разгрузке-погрузке танкеров и авариях на подводных нефтепроводах и скважинах.
В современных условиях усовершенствованы методы обнаружения нефтяных загрязнений морской поверхности с использованием радиолокационных и космических снимков (КС) MODIS, Landsat 8, Sentinel в различных диапазонах длин волн [2, 3]. Специалистами оцениваются экологические риски и создаются имитационные модели расчета объемов и площадей нефтезагрязнения воды [4-6]. Например, трехмерная модель распространения нефтяных загрязнений в арктических морях (Oil Spill Model for the Arctic Seas) [6] рассчитывает перенос и трансформацию нефтяных загрязнений на поверхности моря в результате аварийных длительных разливов нефти от неподвижных или движущихся источников (аварии на танкерах, и/или в системе хранения нефти, и/или на скважинах). В работе [6] было проведено моделирование возможного распределения разливов нефти на шельфе и береговой линии при эксплуатации морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) «Приразломная» с определением зон риска распространения разливов, распределения предельных (максимальных) толщин нефтяной пленки на участках акваторий в рамках возможной зоны неблагоприятного влияния разлива и вероятности пагубного поражения акваторий, береговой линии и других объектов за заданные интервалы времени (рис. 1). На рис. 1 видно, что при возможном разливе нефти в 10000 т будет загрязнена значительная часть Баренцева моря и побережья между островами Колгуев, Вайгач и архипелагом Новая Земля, где расположены особо охраняемые природные территории: Государственный зоологический заказник «Ненецкий», Государственный региональный комплексный природный заказник «Вайгач», Государственный природный заповедник «Ненецкий», Государственный природный заказник регионального значения "Колгуевский".
РИС. 1. Возможные нефтяные загрязнения акваторий и побережий при разливе нефти в 10000 т за 5 суток [6]
С целью снижения техногенной нагрузки и сохранения биоразнообразия в рамках стратегии [7] предложен командой Всемирного фонда дикой природы (WWF России) «Проект плана комплексного управления морским природопользованием российской части Баренцева моря на основе экосистемного подхода» [8]. Данный план разработан с учетом способности морских экосистем накапливать, нейтрализовывать и выводить из морской среды вредные вещества, в частности, при добыче углеводородов в Арктике.
В настоящее время нами установлены территории островов и шельфа Баренцева моря, в которых в связи с интенсивной деятельностью нефтегазового комплекса очень высоки риски деградации окружающей среды, что и определяет актуальность данной работы.
Цель данной работы: моделирование зон экологического риска нефтяного загрязнения о. Колгуев и разработка экологически безопасного метода восстановления нефтезагрязненных участков с применением аборигенной микрофлоры.
Объекты исследования
Объектом исследования послужила территория шельфа западной части Арктической зоны России. Значительная часть углеводородных ресурсов Арктического шельфа – 94 % общего объема сосредоточена на западе в Восточно-Баренцевской, Тимано-Печорской, Западно-Сибирской нефтегазоносных провинциях (рис. 2). Начальные извлекаемые ресурсы Российской части Баренцево-Печороморского шельфа составляют 27,6 млрд. т условного топлива, в том числе 2,1 млрд. т нефти [9,10].
РИС. 2. Карта месторождений и нефтегазоносных провинций западной части Арктики
Распределены лицензии на следующие перспективные участки в Печорском море: Северо-Поморский-1, Северо-Поморский-2, Русский, Поморский, Южно-Русский, Западно-Матвеевский, Южно-Приновоземельский, Медынско-Ванандейский [11]. В Баренцевом море предполагается обустройство Штокмановского месторождения с разведанными запасами газа 3,8 трлн. м3, конденсата - 53,4 млн. т, в Печорском море планируется разработка Долгинского месторождения с запасами нефти 235,8 млн. т [12]. В Печорском море ведется добыча нефти на Приразломном месторождении, запасы которого составляют 72 млн. т. В 2018 г. объем добычи нефти на Приразломном месторождении составил около 3,5 млн. т [1]. Объектом наших исследований был выбран остров Колгуев с расположенным на нем месторождением Песчаноозерское (рис. 3).
Остров Колгуев общей площадью 5121,6 км2, расположен в юго-восточном районе Баренцевого моря между полуостровом Канин и архипелагом Новая Земля. На острове находится два нефтегазоконденсатных месторождения - Таркское и Песчаноозерское. Кроме того, есть локальные структуры, готовые к бурению (рис. 3). В настоящее время промышленные объемы нефтедобычи ведутся только на Песчаноозерском месторождении, которое расположено в северо-западной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, Малоземельско-Колгуевской нефтегазоносной области, Восточно-Колгуевском нефтегазоносном районе [13, 14]. Действующий нефтепромысел является одним из самых северных в мире, добыча углеводородного сырья ведется на 70 с. ш.
Песчаноозерское месторождение было открыто в 1983 г. с начальными извлекаемыми запасами 11,7 млн. т и 2, 1 млрд. м3 газа [10]. Нефть высокого качества – в среднем легкая (0,7938 г/см3), маловязкая (0,48–0,72 мПа⋅с), газосодержание - 194–262 м3/т с низким содержанием смол (1,92 %), асфальтенов (0,70 %) и серы (0,15 %), среднепарафинистая (4,37 %) и высоким содержанием легких бензиновых фракций [15]. Глубина залегания нефти от 1450 до 1750 м. Опытная эксплуатация месторождения началась в 1985 г. с дебитом скважины около 50 т/сутки нефти, промышленная - в 1987 г. Оператором нефтедобычи является Арктическая нефтяная компания.
РИС. 3. Шельфовые месторождения Баренцева моря [9] и территория острова Колгуев на космическом снимке Landsat 8 с указанием островных месторождений
По состоянию на 01.01.2015 г. на этом лицензионном участке пробурено 64 скважины, из которых действующих добывающих – 24 (фонтанных – 3, оборудованных штанговыми глубинными насосами – 21), бездействующих – 16, нагнетательных – 7, остальные 17 скважины в консервации. В 2015 г. от начала разработки было отобрано более 1,1 млн. т нефти [15]. Как видно из рис. 4, с 2011 г. наблюдается сокращение уровня добычи на Песчаноозерском месторождении, например, в 1989 г. добыча составила 80 тыс. т, в 2015 г. нефти было добыто в 5 раз меньше (17,8 тыс. т).
Рис. 4. Динамика нефтедобычи на Песчаноозерском месторождении острова Колгуев
На рис. 5 представлено расположение техногенных объектов и распределение ареалов морской биоты Баренцева и Печорского морей [8]. В районе о. Колгуев отмечена высокая численность морской и островной биоты (рис. 5). В последнее десятилетие, в связи с сокращением промысла морских млекопитающих, началось медленное увеличение численности популяций кольчатой нерпы, морского зайца, гренландского тюленя, атлантического моржа. Ежегодно на о. Колгуев отмечаются залежки моржей численностью до 20–30 особей, в основном, по кошкам (песчаным отмелям), окаймляющим остров с юго-западной и восточной стороны. На территории острова в 21.06.2019 г. создан Государственный природный заказник регионального значения "Колгуевский" с целью сохранения редких ландшафтов и высокопродуктивных экосистем острова Колгуев, уникальных для Арктики, высокого биоразнообразия, редких видов птиц и млекопитающих [16].
РИС. 5. Карта шельфа Баренцева и Печорского морей с указанием техногенных объектов и ареалов размещения морской биоты с указанием ее плотности распределения за летний период [8]
Всего 25 объектов растительного мира о. Колгуев взяты под государственную охрану и включены в Красную книгу Ненецкого АО (НАО). В данный перечень входят: 6 таксонов лишайников, 2 вида морских водорослей, 1 печеночник, 2 вида мхов и 14 - сосудистых растений. На острове отмечена высокая численность птиц, включенных в Красную книгу НАО, так белолобого гуся на острове насчитывается около 400 000–600 000 особей, гуменника - около 170 000 особей, белощекой казарки - 30 000–60 000 особей [16].
Методы исследования
Для построения карты растительного покрова использовались описания [14, 17-19]. По данным [14] для острова Колгуев характерны тундровые ландшафты, со слегка холмистым рельефом. В сравнительно возвышенной средней части острова группируются холмы и сопки высотой более 100 м, образуя гряды, вытянутые в северо-восточном направлении. В южной и северной части острова находятся плоские болотистые низины. Низины заболочены и весь остров покрыт густой сетью ручьев, рек и озёр. На основе материалов [17-19] выбраны 8 типов тундровых ландшафтов, различимых на КС Landsat 8 на всю территорию острова. Данные 8 типов использовались для проведения классификации с обучением в ERDAS Imagine 2010.
Установлено, что нефтяные загрязнения акватории и побережий происходят при разгрузке-погрузке танкеров, при авариях на подводных и наземных нефтепроводах, непосредственно на нефтепромыслах. В районе о. Колгуев зафиксированы разливы нефти и нефтепродуктов в Баренцево море [20, 21]. Например, по данным [10] от 18.09.2004 г. при перевозке дизельного топлива в результате аварии на мелководье вблизи о. Колгуев (пос. Бугрино) утонул понтон с грузом 50 т солярки. В акватории острова на глубинах 14 и 18 м расположено 2 подводных нефтепровода для загрузки танкеров вместимостью до 30000 т, что повышает риск загрязнения морской воды. По данным [21] от 21 сентября 2013 г. в результате аварии в море вылилось около 200 л дизельного топлива. На поверхности Баренцева моря образовалось пятно 52 км2 с пленкой толщиной менее 1 мм. Согласно рис. 1 существует большой риск загрязнения прибрежной северо-восточной, восточной и южной части острова, включая территорию Государственного природного заказника регионального значения «Колгуевский».
Построение зон риска загрязнения нефтью и нефтепродуктами проводилось в несколько этапов:
-
Отображение в ГИС проекте координат начала и окончания подводных нефтепроводов на основе постановления [22].
-
Построение буферной зоны радиусом 4 км вокруг терминала Колгуев в ArcMap 10.1. Радиус был выбран исходя из данных о площади нефтяного пятна 52 км2 при утечке 200 л нефтепродуктов [21].
-
Построение буферной зоны радиусом 7 км при утечке 600 л нефтепродуктов и 10 км при утечке 1300 л нефтепродуктов.
В 2014 г. в результате наземных экспедиционных исследований в зоне береговой линии вблизи пос. Бугрино были отобраны образцы нефтезагрязненной почвы, проведен их физико-химический и микробиологический анализ. Подробно методы исследований указаны в нашей работе [23].
Результаты исследования
Результаты разработки модели зон загрязнения представлены в виде интерактивной цифровой карты острова с ранжированием островной растительности и объектов нефтедобывающего комплекса (скважины месторождения, наземные нефтепроводы, кустовые площадки, нефтяной терминал, глубоководные нефтепроводы, рис. 6), что позволяет выявить территории с наибольшим экологическим риском. На рис. 6 обозначены контуры модельных зон риска возможного нефтезагрязнения в районе размещения нефтяного терминала (цифры 1, 2 и 3).
В результате обработки КС Landsat 8 11.07.2017 года установлено, что на острове преобладают 1) травяные, кустарничковые и кустарничково-лишайниковые сообщества на дренированных участках водоразделов с песчаными грунтами, группировки трав на песках (17,9 % площади месторождения); 2) кочкарные пушицево-моховые сообщества, карликовые ивняки травяно-моховые на горизонтальных и слабо наклоненных участках на торфянисто-глеевых почвах.
При моделировании границ нефтяного пятна было получено: зона 1 соответствует площади 52 км2 при разливе 200 л нефтепродуктов, зона 2 соответствует площади 156 км2 при разливе 600 л, зона 3 – площадь 314 км 2 при разливе 1200 л. (рис. 6).
Эти зоны по данным [8] находятся в области высокой скорости поверхностных течений. По данным метеостанции острова Колгуев с 21 по 26 сентября 2013 г. ветер был преимущественно восточного направления со средней скоростью 12 м/с, температура воздуха +5 °С. Модуль средней скорости течений Печорского моря имеет значения от 2,6 до 4,8 см/с направления на северо-восток (от 30° до 70°) и характеризует вынос вод в направлении «Поморский пролив - пролив Карские ворота» [24]. В целом, без аварийных разливов нефти суммарное содержание нефтепродуктов в поверхностном слое воды в Печорском море ниже ПДК (50 мкг/л), их характеризуют как слабозагрязненные нефтепродуктами [25].
Рис. 6. Карта растительного покрова о. Колгуев с зонами риска загрязнения нефтью и нефтепродуктами
Концентрация загрязнения исследуемых образцов почвы определена в интервале 18–57 г/кг. [23]. В результате скрининга коллекционных культур, выделенных из почвы, определены штаммы микроорганизмов – представителей родов Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus и Rhodococcus. Особым разнообразием, включающим до 6 видов, характеризуется род Bacillus. При проведении деструкции в жидкой среде наиболее эффективно утилизация нефти прошла в опыте с применением ассоциации микроорганизмов и штаммов культур Pseudomonas и Bacillu
На основе использования аборигенной микрофлоры авторами [23] разработан метод ремедиации и восстановления нефтезагрязненных почв с применением минеральных стимулирующих субстратов. Для интенсификации процессов деструкции нефти рекомендуем применять аммиачную селитру, содержащую азотистые биогенные субстраты. Применение аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры позволяет сохранять естественный почвенный биоценоз северных широт. Ремедиация углеводородов нефти составила 36–60 % при низкой температуре (+5 °С).
Таким образом, рассмотрены ресурсы западной части Арктического шельфа. Установлены территории островов и шельфа Баренцева моря, в которых в связи с интенсивной деятельностью нефтегазового комплекса очень высоки риски деградации окружающей среды. На основе дистанционных и наземных данных построена карта растительного покрова острова Колгуев. Рассмотрены зоны экологического риска загрязнения нефтью территории и акватории острова Колгуев при погрузке судов нефтепродуктами. Для создания мер по рекультивации прибрежных зон в случае аварий на терминалах и на нефтепроводах острова Колгуев проведены лабораторные исследования. В результате проведенных анализов нефтезагрязненной почвы в условиях низких температур выделена микрофлора, обладающая психротолерантными и галофильными свойствами, на основе которой разработан биопрепарат для рекультивации нефтезагрязненных почв в условиях низких температур и повышенной минерализации. Для интенсификации процессов деструкции нефти рекомендуем применять аммиачную селитру, содержащую азотистые биогенные субстраты.
Данная методика позволяет выявлять зоны экологического риска нефтезагрязнения арктических территорий и составить план профилактических и рекультивационных мероприятий.
Работа выполнена по Проекту НИР ПФНИ ГАН на 2013-2020 годы V.46.1.2. «Диагностика состояния и восстановление природных экосистем на объектах нефтегазового комплекса Западной Сибири и прилегающих территориях» № ГР AAAA-A17-117030310200-4.
Литература
1. Нефтегазовый Клондайк Арктики. Информационный ресурс Центральное диспетчерское управление Топливно-энергетического комплекса [Электронный ресурс]. URL: http://www.cdu.ru/tek_russia/issue/2018/12/545/ (дата обращения 01.07.2019).
2. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Костяной А.Г. Спутниковые методы выявления и мониторинга зон экологического риска морских акваторий. М.: ИКИ РАН, 2016.334 с.
3. Митягина М.И., Лаврова О.Ю., Бочарова Т.Ю. Спутниковый мониторинг нефтяных загрязнений морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 130–149.
4. Arzaghi E., Abbassi R., Garaniyaa V., Binns J, Khan F. An ecological risk assessment model for Arctic oil spills from a subsea pipeline // Marine Pollution Bulletin. 2018. Vol.135.P.1117–1127.
5. Sun S., Hu C., Tunnell J.W. Surface oil footprint and trajectory of the Ixtoc-I oil spill determined from Landsat/MSS and CZCS observations // Marine Pollution Bulletin. 2015. Vol.101, No. 2. P. 632-641.
6. Моделирование поведения возможных разливов нефти при эксплуатации МЛСП «Приразломная». Всемирный фонд дикой природы (WWF) [Электронный ресурс]. URL: https://wwf.ru/ (дата обращения 02.06.2019).
7. Стратегия развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 августа 2019 г. № 1930-р [Электронный ресурс]. URL: http://government.ru/ (дата обращения 02.06.2019).
8. Проект плана комплексного управления природопользованием российской части Баренцева моря. Всемирный фонд дикой природы (WWF) [Электронный ресурс]. URL: https://wwf.ru/ (дата обращения 30.06.2019).
9. Дмитриевский А.Н. Ресурсно-инновационное развитие экономики России [Электронный ресурс]. URL: http://www.myshared.ru/slide/371165/ (дата обращения 17.11.2019).
10. Бамбуляк А., Францен Б. Транспортировка нефти из российской части Баренцева региона. Экологический центр. Сванховд, 2005. 92 с.
11. Шельфовые проекты [Электронный ресурс]. URL: https://www.rosneft.ru/business/Upstream/offshore/ (дата обращения 15.06.2020).
12. Морская часть российской Арктики поделена. Кто займет место под арктическим солнцем? [Электронный ресурс]. URL: https://iv-g.livejournal.com/925672.html (дата обращения 30.06.2019).
13. Государственная геологическая карта РФ М 1:1000000. Карта полезных ископаемых и прогноза нефтегазоносности. R-38-40 (о. Колгуев). 2001 г.
14. Журавлёв В. А., Кораго Е. А., Костин Д. А., Зуйкова О. Н. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000000 (третье поколение). Серия Северо-Карско-Баренцевоморская. Лист R-39,40 – о. Колгуев – прол. Карские Ворота. Объяснительная записка. – СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2014. 405 с. + 2 вкл.
15. Блох С.С., Цыганков В.А., Алексеева Ю.В., Ефимова Г.Х., Андреева О.Я. Повышение эффективности разработки Песчаноозерского нефтегазоконденсатного месторождения на о. Колгуев в Баренцевом море // Актуальные проблемы нефти и газа. 2016. № 3. С. 7.
16. Материалы комплексного экологического обследования территории, обосновывающие придание ей статуса особо охраняемой природной территории регионального значения – Государственный природный заказник «Колгуевский» на острове Колгуев Ненецкого автономного округа [Электронный ресурс]. URL: http://oopt.aari.ru/oopt (дата обращения 30.06.2019).
17. Лавриненко И.А., Лавриненко О.В. Влияние климатических изменений на растительный покров островов Баренцева моря // Труды Карельского научного центра РАН. № 6. 2013. С.4-16
18. Лавриненко И.А., Лавриненко О.В., Николаева Н.М., Уваров С.А. Особо охраняемые природные территории Ненецкого автономного округа.- Архангельск: Лоция, 2015. – 80 с.
19. Лавриненко И.А. Типологическая схема территориальных единиц растительности на примере острова Колгуев // Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. - 2016. – № 143.- С. 86-94.
20. Бамбуляк А., Францен Б. Транспортировка нефти из Российской части Баренцева региона по состоянию на январь 2009 г. Норвежский Баренцев Секретариат и Акваплан-нива, Норвегия. - 97 стр.
21. В НАО 200 литров дизельного топлива вылилось в море [Электронный ресурс]. URL: http://xn--29-jlc9a.xn--p1ai/?p=24059 (дата обращения 17.11.2019).
22. Об утверждении Обязательных постановлений в морском порту Мурманск. Министерство транспорта Российской Федерации приказот 12 августа 2014 года N 222 [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/420216939 (дата обращения 17.11.2019).
23. Алексеева М.Н., Сваровская Л.И., Ященко И.Г. Экологические риски нефтезагрязнения в Арктической зоне // Химия в интересах устойчивого развития. 2020. № 28. С. 223–228.
24. Рожков В.А., Сухих Н.А. Изменчивость течений в Печорском море // Проблемы Арктики и Антарктики. 2016. №1. С 84-95.
25. Щитов Б.В., Шадский И.П., Лобковский Л.И., Кучерук Н.В., Мерклин Л.Р. Исследования экологической ситуации в районе Приразломного нефтяного месторождения // Нефтяное хозяйство. 2005. № 6. С. 34-37.
