Мы много раз пересекали Атлантический океан, проводя исследования по маршруту судов. В поверхностных водах происходит взаимодействие 3-х сфер: атмосферы, гидросферы, биосферы, которые можно охарактеризовать, отбирая пробы аэрозолей и поверхностных вод по ходу судна.

Полученные нами данные показали, что в приводном слое атмосферы доминировала фракция аэрозолей 0.3–1 мкм (>80% от суммы). Малый размер частиц в атмосфере обусловлен тем, что они образуются при конденсации паров или в результате химических реакций. Скорость диффузии таких мельчайших частиц достаточно велика, что создает предпосылку для их переноса на большие расстояния. В отдельных районах частицы, превышающие 5 мкм, отсутствовали (в частности, в проливе Ла-Манш). Повышенные концентрации аэрозолей (до 5.8 мкг/м³) эолового вещества наблюдались в области, находящейся под влиянием потоков из Патагонии (южная часть разреза), а максимальные (до 19.9 мкг/м³) — в области влияния потоков из африканских пустынь (рис. 3). После прохождения этой области сети из белых становились бурыми (рис. 4).

В аэрозолях существует три источника органических соединений: высшие растения суши; морская поверхность и в меньшей степени, антропогенные соединения [14][14]Gogou A.I., Apostolaki M., Stephanou E.G. Determination of organic molecular markers in marine aerosols and sediments: one-step flash chromatography compound class fractionation and capillary gas chromatographic analysis. J. Chromatography 1998. V. 799. P. 215–231. Все они подвержены сезонной изменчивости и зависят от природы воздушных масс и направления ветра. Максимальное содержание алифатических углеводородов (2.4 нг/м³, рис. 3б), так же, как самих аэрозолей совпадало, а в их составе доминировали высокомолекулярные нечетные алканы — индикаторы терригенного органического вещества. Напротив, содержание ПАУ в этой области оказалось низким (0.0060 нг/м³), особенно по сравнению со всеми другими изучаемыми соединениями, что, видимо, связано с удаленностью от источника эмиссии. Влияние нефтяных поступлений на состав ПАУ (повышенная доля нафталина и его гомологов) установлено в пробах, отобранных в районе Южной Америки (проба А-1), а  пирогенных (доминирование флуорантена и пирена) — в пробах, отобранных при приближении к Европейскому континенту (пробы А25–А27, рис. 5). Несмотря на прошедший дождь в пробе А-27 содержание полиаренов оказалось высоким (0.195 нг/м³). Повышенная концентрация флуорантена по сравнению с пиреном (преимущественно образующегося в процессах горения) может указывать на трансформацию состава ПАУ при эоловом переносе, так как сетчатые пробы аэрозолей мы отбирали на значительном удалении от берега.

В поверхностных океанских водах на распределение концентраций углеводородов, также как липидов, хлорофилла «а» и взвеси, основное влияние оказывает положение фронтальных зон. Эпизодическое резкое увеличение концентраций углеводородов, вызванное антропогенным загрязнением, наблюдалось на локальных участках акваторий в Восточной Атлантике, Северном и Балтийском морях (рис. 6).

На шельфе Пиренейского полуострова в мае 2012 г. (33°–44° с.ш., аномальная область, рис. 6) наблюдалось резкое увеличение концентраций углеводородов (до 116 мкг/л). При этом их доля в составе липидов возросла до 86%, и даже средняя концентрация углеводородов (77 мкг/л) превысила ПДК (предельно допустимая концентрация) для нефтяных углеводородов — 50 мкг/л. На периферии этой области содержание углеводородов увеличивались в среднем в 7 раз. В их составе в низкомолекулярной области преобладали алканы н-С₁₈, н-С₂₂, а в высокомолекулярной — н-С₂₄–С₂₆ (рис. 6, верхняя врезка), что характерно для трансформированных нефтяных углеводородов. В феврале 2014 г. вблизи Канарского апвеллинга на двух станциях концентрации углеводородов колебались в интервале 76–91 мкг/л, что превысило величину ПДК в 1.5–1.8 раз. Ранее здесь также неоднократно были зафиксированы мелкомасштабные флуктуации концентраций углеводородов, превышающие ПДК.

В Северном и Балтийском морях поверхностные воды, несмотря на большое количество нефтедобывающих платформ и интенсивное судоходство, содержание углеводородов в 2014–2017 гг. соответствовало фоновому уровню для шельфовых акваторий: 10–20 мкг/л. В 2012–2014 гг. пролив Ла-Манш считался загрязненным нефтяными углеводородами. Но в 2016–2017 гг. их содержание как в самом проливе, так и в морях снизилось. Последнее может свидетельствовать об эффективности мер по предотвращению загрязнения. В Балтийском море высокие концентрации углеводородов установлены только в устье реки Преголя, но уже при выходе из Калининградского залива их содержание резко снижалось до фоновых значений. Эти данные подтвердили спутниковые наблюдения нефтяных пленок, согласно которым в последние годы наблюдалось устойчивое снижение их количества. В Юго-Восточной Балтике наиболее загрязнен нефтяными пленками район к западу от Самбийского полуострова, включая подходы к порту Балтийск.

В настоящее время резко возрос интерес к исследованиям в Арктике, так как здесь сосредоточены главные запасы всех полезных ископаемых России. Континентальный арктический шельф, площадь которого составляет 6.2 млн км² (около 20% суммарной площади шельфа Мирового океана), содержит в своих недрах основную (почти 80%) долю начальных суммарных ресурсов углеводородов всей России. О нефегазоносности российского шельфа было известно давно, так как природное просачивание нефти впервые описано в XVI в. на банке реки Ухта (на севере Тимано-Печорского района), где в песке были найдены смоляные комки [11][11]AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p. Следует полагать, что этот природный источник обеспечивает не менее 50% от общего поступления нефти в арктические моря.

Морские перевозки нефтепродуктов в полярных широтах стремительно растут. Танкеры осваивают даже Карское море, а в Белом море их можно видеть круглый год. Причем танкеры ледового класса порой выходят зимой в море даже без ледокольного сопровождения. Между тем сегодня в мире не существует технологий локализации и сбора нефти на покрытом льдом море. Первые исследования по этой тематике уже начаты в некоторых северных странах-нефтедобытчиках, в частности в Норвегии [11][11]AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p.

Наши исследования, проведенные на припайных льдах, показали, что трансформация нефтепродуктов в снежно-ледяном покрове определяется метеоусловиями в районе исследования, градиентом температуры в системе вода-лед-воздух, строением льда и свойствами самой нефти. Гидрофобные свойства углеводородов обуславливают преимущественное содержание их в снеге и льдах во взвешенной форме. Движение нефти в толще льда зависит от его возраста, структуры, пористости, плотности, заснеженности и других характеристик. При этом по капиллярным каналам и каналам стока может происходить как сорбция нефтепродуктов льдом, так и их фильтрация через толщу льда. При трансформации нефтяных углеводородов на многолетних льдах основную роль приобретают ветровые процессы, а на припайных, пористых льдах — фильтрация по капиллярам и каналам стока, обусловленная конвективно-диффузионным механизмом. Как показали модельные расчеты, при наличии льда площадь разлива зависит от скорости и направления ветра, а также плотности нефтепродуктов [7][7]Немировская И.А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М.: Научный мир. 2013, 432 с.

В снежно-ледяном покрове в индустриальных районах и в отопительный сезон (в частности в районе Архангельска) происходит концентрирование углеводородов во взвеси снега и верхней части льда, так как основной их источник — атмосфера, а в фоновых акваториях — на границе «лед–вода». Причем в зависимости от толщины снега и льда распределение углеводородов различалось. В Белом море, где снежно-ледяной покров существует около полугода, толщина снега и льда сопоставимы, и происходит опускание льда под массой снега. Поэтому содержание и распределение взвеси и углеводородов во время прилива и отлива, как это было установлено в устье реки Онега в феврале 2017 г., различались (рис. 7).

Во время половодья, когда в воды реки попадают загрязнения, накопленные за зиму в снежно-ледяном покрове, резко увеличивались концентрации углеводородов (до 550 мкг/л в ледовой взвеси Северной Двины). При этом повышалась их доля в составе С_орг (до 70%). Напротив, в относительно чистых районах (устье реки Пинеги, впадающей в Северную Двину выше Архангельска), при довольно высокой концентрации взвеси (32.2 мкг/л), доля углеводородов в составе С_орг понижалась до 12.9%, и составляла всего 4.2 мкг/мг взвеси. Во время межени содержание всех соединений снижалось.

В снеге взвесь и углеводороды в основном имеют терригенный состав, а во льду и, особенно, на границе «лед–вода» — преимущественно биогенный, так как в этом пограничном слое концентрируются диатомовые водоросли. Когда ледокол проходит через ледяные поля, переворачивая лед, то видна нижняя бурая часть льда. Поэтому в припайных, особенно многолетних льдах, наблюдалось последовательное увеличение концентрации взвеси и органических соединений к границе «лед–вода» (рис. 8). Аккумулирование изучаемых соединений в нижнем слое зависит от «возраста» льда и определяется криобиологическими условиями в пограничном с водой слое. Несмотря на низкие температуры, здесь происходит интенсивное накопление органических соединений за счет фотосинтеза ледовой флоры в этом пограничном слое [6][6]Мельников И.А. Семенова Т.Н. Характеристика криобиологической фауны современного морского ледяного покрова центрального арктического бассейна // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. Т. 4. № 98. С. 14–25. Этот процесс приводит к аккумулированию хлорофилла, взвеси, С_орг во взвеси и углеводородов (до 67 мкг/л, 1.3 ПДК для нефтяных углеводородов) в нижней части льда. Их концентрации сопоставимы с содержанием в водах высокопродуктивных районов Мирового океана, и вызваны природными процессами, а не загрязнением. Концентрации органических соединений могут быть столь высокими, что нарушается баланс между их поступлением и разложением и возникают сероводородные слои, что было впервые отмечено нами в бухте Ленинградской моря Лазарева (рис. 8). Связано это с большой мощностью фирна и высокими концентрациями органических соединений в нижней толще льда. В отличие от Арктики, где в связи с потеплением климата произошло уменьшение толщины льда, в Восточной Антарктике, согласно нашим наблюдениям, из-за более низких температур в последние годы не наблюдалось вскрытие припайных льдов, что привело к изменению фауны морского льда и как итог  повышенное содержание во льдах углеводородов.

До последнего времени считалось, что решающий вклад в суммарное поступление нефтяных углеводородов в моря Арктики принадлежит речному стоку, благодаря которому потоки нефти могут исчисляться десятками и сотнями тысяч тонн в год [12][12]Evseev A.V., Belousova A.P., Ivanov V.V. et al. Environmental hot spots and impact zones of the Russian Arctic., ACOPS, GEF PDF-B Project No. GF/1100-99-13. Moscow,  UNEP. 2000. 51 p. Действительно взвеси, поступающие с реками, обогащены различными соединениями, и становятся своеобразными «геохимическими ловушками», способствующими аккумуляции компонентов речного стока, в том числе и антропогенных [5][5]Лисицын А.П. Современные представления об осадкообразовании в океанах и морях. Океан как природный самописец взаимодействия геосфер земли. Мировой океан Т. 2. М.: Науч. мир, 2014. С. 331–571. Последнее приводит к существованию многочисленных экологических «горячих точек» и «импактных зон», где загрязнены воздух, почва, поверхностные и подземные воды, деградированы экосистемы [12][12]Evseev A.V., Belousova A.P., Ivanov V.V. et al. Environmental hot spots and impact zones of the Russian Arctic., ACOPS, GEF PDF-B Project No. GF/1100-99-13. Moscow,  UNEP. 2000. 51 p. Полученные данные показали, что максимальный градиент концентраций взвеси и органических соединений во взвеси поверхностных вод, в том числе углеводородов, наблюдается в устьевых участках рек (рис. 9). Однако с удалением от устьев, содержание углеводородов резко уменьшалось.

Согласно нашим данным, в водах Карского моря межгодовая изменчивость концентраций углеводородов особенно в поверхностных водах, контролируются гидродинамическим режимом [8][8]Немировская И.А. Изменчивость концентраций и состава углеводородов во фронтальных зонах Карского моря // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 497–507. В частности, рост концентраций углеводородов у южной оконечности желоба Св. Анны (рис. 9), несмотря на превышение величины ПДК для нефтяных углеводородов (до 80 мкг/л), обусловлен естественными природными процессами. Столь высокие концентрации углеводородов наблюдались в области высоких градиентов температуры между арктическими водами и водами, опресненными материковым стоком, и маркировались также высокими градиентами концентраций хлорофилла, растворенного органического вещества и взвеси. На распределение углеводородов в области «река–море» большое влияние оказывает не столько поступление загрязняющих веществ, сколько продуктивность района и количество выносимой рекой взвеси. Основные характеристики взвеси определяются сочетанием процессов поступления терригенного минерального вещества и биогенного — остатков организмов и их жизнедеятельность. Поэтому в поверхностных водах в составе углеводородов доминировали в основном алканы фитопланктона, а в донных осадках — высокомолекулярные терригенные, наиболее устойчивые алканы, то есть природные соединения. В составе алканов донных осадков как во время межени, так и во время половодья в донных осадках даже в рукавах Северной Двины доминировали терригенные гомологи. Лишь в отдельных пробах поверхностных вод были зафиксированы выветренные нефтяные алканы. Трансформация антропогенных углеводородов, транспортируемых реками, несмотря на низкие арктические температуры в морской среде, происходит довольно быстро. Микропланктон высоких широт активно усваивает и перерабатывает как автохтонное, так и аллохтонное органическое вещество даже в арктических водах. Величины реакций метаболизма (3–6 ккал/М) сопоставимы с интенсивностью обмена в теплых водах [1][1]Агатова А.И. Органическое вещество в морях России. М.: ВНИРО, 2017. 257 с. Поэтому и в составе н-алканов были определены в основном биогенные углеводороды. Близкий состав алканов в воде и донных осадках был установлен нами в области выносов реки Волга и малых рек Черного моря, где маркеры указывали на доминирование биогенных гомологов.

Содержание ПАУ также уменьшалось при прохождении зоны смешения речных вод с морскими. В их составе концентрации природного полиарена — фенантрена изменялись меньше, чем пирогенного — пирена.

Полученные нами данные противоречат распространенному мнению, что в Карском море существуют многочисленные «горячие точки» с максимальным загрязнением Обь-Енисейского района. Возможно, они существуют в водосборе рек Карского моря, так как воды в нижнем течении рек Обь, Пура, Надым, характеризуются как «чрезвычайно грязные», а воды реки Таз как «значительно загрязненные». По разным оценкам от 1 до 3% от общих объемов добытой в Западной Сибири нефти поступает в окружающую среду [9][9]Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа Т. 1. М.: ВНИРО, 2017. 343 с. Это составило от 20 до 200 млн тонн разлитой нефти, которая до сих пор остается главным фактором экологического неблагополучия в бассейнах Оби и Енисея.

Следовательно, геохимический барьер «река–море» является фильтром, который препятствует проникновению в открытые морские районы нефтяных и пирогенных углеводородов. Это явление характерно для эстуарных областей и других рек, в частности Волги, Даугавы, Дуная Оби и Енисея, т.е. проявляется вне зависимости от климатических зон [7][7]Немировская И.А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М.: Научный мир. 2013, 432 с.

На основании данных по количеству поступающей нефти и количеству углеводородов в морских водах было установлено, что суммарное ежегодное поступление н-алканов и ПАУ в моря Арктики составляет 10570 тонн (рис. 10). При этом основное их количество — 79% (8360 тонн) поступает при естественном (природном) просачивании углеводородов из осадочной толщи. На долю аварийных разливов в настоящее время приходится менее 6% (640 тонн), а нефтяной промышленности — 0.9% (91 т) [11][11]AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p.

Прогноз аварий показал, что диапазон максимально возможных суммарных объемов нефтяных разливов при всех видах промысловой и транспортной деятельности по проектам освоения нефтегазовых месторождений на арктическом шельфе изменяется в пределах от 7 до 70 тыс. тонн, при  общей планируемой добыче к 2020 г. около 700 млн тонн [11][11]AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p. При другом варианте расчетов потери нефти при ее добыче и транспортировке в рамках российских арктических проектов не будут превышать 2400 тыс. тонн. Наибольшие потери нефти (более 40%) прогнозируются при авариях нефтеналивных танкеров, тогда как утечки при буровых и промысловых работах на платформах будут минимальными (менее 1%). Международный опыт мероприятий по ликвидации последствий показал, что в арктических условиях только 10–15% нефти удается собрать и утилизировать [9][9]Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа Т. 1. М.: ВНИРО, 2017. 343 с. Поэтому уязвимость арктических морей не вызывает сомнений.

Аварийные разливы, вопреки распространенному мнению, не являются главным источником нефтяного загрязнения Мирового океана. Их вклад по последним оценкам составляет от 9 до 13% от общего глобального потока нефти в морскую среду [11, 15][11]AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p.[15]NRС (National Research Council) Oil in the sea III: Inputs, fates, and effects. NAS, Washington D.C., 2003. 280 p. Однако именно они наносят наибольший ущерб морской среде, особенно в прибрежной зоне. К опасным источникам загрязнения относится также транспортировка нефти и нефтепродуктов. По данным мировой статистики, аварийность танкеров дедвейтом более 10 тыс. тонн составляет около 2.4%, аварийность газовозов — 0.73%. Наиболее частыми причинами аварий становятся посадки на мель и столкновения (около 75%) и пожары грузовых емкостей. Риск аварий большегрузных танкеров с потенциальным объемом разлива 120000 тонн очень мал и составил 1 случай в 2000 лет [9][9]Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа Т. 1. М.: ВНИРО, 2017. 343 с.

Биогенные углеводороды медленно синтезируются и на огромных площадях, скорость их образования соответствуют скорости утилизации. Из-за сбалансированности этого процесса алифатические и ароматические углеводороды не только не оказывают вредного воздействия на морскую среду, а наоборот поддерживают ее стабильность за счет участия в сложных процессах регулирования экологического метаболизма в море. Антропогенные углеводороды поступают в короткий период времени в определенные районы, что неизбежно приводит к негативным экологическим последствиям, нарушающим их естественный круговорот в океане. Поэтому содержание углеводородов резко увеличивается только во время аварийных разливов и при постоянных нефтяных поступлениях в припортовых акваториях и в наиболее судоходных районах. В частности в поверхностных водах прибрежного района Балтийского моря (импактная акватория примыкающий к порту Калининград) содержание УВ было 3.0–7.7 раз ПДК для нефтяных углеводородов. Однако в последние годы к счастью аварий происходит все меньше. Содержание углеводородов в морских водах в основном соответствует фоновому уровню и определяется гидробиологической обстановкой в районе.

Агатова А.И. Органическое вещество в морях России. М.: ВНИРО, 2017. 257 с.

Воробьев В.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. М.: МЧС России, 2005. 368 с.

Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. М.: Флинта; Наука, 2009. 532 с.

Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2015. Под ред. Коршенко А.Н. М.: «Наука», 2016. 184 с.

Лисицын А.П. Современные представления об осадкообразовании в океанах и морях. Океан как природный самописец взаимодействия геосфер земли. Мировой океан Т. 2. М.: Науч. мир, 2014. С. 331–571.

Мельников И.А., Семенова Т.Н. Характеристика криобиологической фауны современного морского ледяного покрова центрального арктического бассейна // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. Т. 4. № 98. С. 14–25.

Немировская И.А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М.: Научный мир, 2013. 432 с.

Немировская И.А. Изменчивость концентраций и состава углеводородов во фронтальных зонах Карского моря // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 497–507.

Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. Т. 1. М.: ВНИРО, 2017. 343 с.

Симонов А.И. Предисловие к русскому изданию книги Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря. М.: Прогресс, 1977. С. 5–19.

AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Chapter 4. Sources, Inputs and Concentrations of Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, and other Contaminants Related to Oil and Gas Activities in the Arctic. Oslo: AMAP, 2007. 87 p.

Evseev A.V., Belousova A.P., Ivanov V.V. et al. Environmental hot spots and impact zones of the Russian Arctic., ACOPS, GEF PDF-B Project No. GF/1100-99-13. Moscow,  UNEP. 2000. 51 p.

ITOPF (International Tanker Owners Pollution Federation Limited). Use of GIS for assessing the changing risk of oil spills from tankers. London, ITOPF, 2007. 10 p.

Gogou A.I., Apostolaki M., Stephanou E.G. Determination of organic molecular markers in marine aerosols and sediments: one-step flash chromatography compound class fractionation and capillary gas chromatographic analysis. J. Chromatography. 1998. V. 799. P. 215–231.

NRС (National Research Council) Oil in the sea III: Inputs, fates, and effects. NAS, Washington D.C., 2003. 280 p.