Среди подводных потенциально опасных объектов, расположенных на шельфе особую опасность представляют затопления химических отравляющих веществ (ХОВ). К концу Второй мировой войны в фашистской Германии и странах антигитлеровской коалиции (СССР, США, Великобритания) были накоплены значительные запасы химического оружия (сотни тысяч тонн), большая часть которого в послевоенные годы была затоплена на шельфе Балтийского моря и других морских акваторий.
Это химическое оружие представляет собой артиллерийские снаряды, авиационные бомбы, мины, баллоны, контейнеры, гранаты, бочки, резервуары, банки, заполненные ОВ кожно-нарывного, нервно-паралитического, раздражающего, удушающего и общеядовитого действия.
С течением времени оболочки снарядов и других объектов, содержащих ХОВ, разрушаются и ОВ поступают в морскую среду, представляя собой реальную угрозу экосистеме шельфа.
Естественно, что разрушение единичных объектов существенного урона окружающей среде нанести не может. В тоже время, залповый выброс большой массы ХОВ таит в себе угрозу экологической катастрофы. Несмотря на то, что в официальных документах приведены общие сведения об объеме и местоположении затоплений, на сегодняшний день мы не обладаем необходимой информацией о пространственном положении, механическом состоянии объектов, содержащих ХОВ, скорости их погружения в донные осадки, их взаимоотношениях с окружающей средой. Не изучена на теоретическом, модельном и экспериментальном уровне динамика переноса ХОВ и продуктов их трансформации в морской среде. Наконец отсутствует краткосрочный и долгосрочный прогноз развития экогеологической ситуации, инициированной наличием ХОВ на шельфе. Диссертация посвящена решению этих проблем, являющихся жизненно важными для устойчивого и безопасного развития прибрежных государств Балтийского региона, что и обуславливает ее актуальность. Современная оценка экологической обстановки и прогноза ее развития возможна только на основе мониторинга. Его проведение требует изучения широкого спектра физических, геохимических, инженерно-геологических, биогенных, литодинамических параметров в рамках единой информационно-измерительной системы.
Диссертационная работа проводилась с целью изучения геологической, экогеологической и океанологической обстановки в районах затопления ППОО на шельфе Балтийского моря на базе мониторинга, выполненного с помощью разработанной и созданной информационно-измерительной системы прогнозирования и оперативной оценки безопасности захоронений ППОО, содержащих химические отравляющие вещества (далее — ИИС).
Для достижения этой цели основное внимание автора было сосредоточено на решении следующих задач:
1). Изучение экогеологических процессов, происходящих в приграничной зоне вода-донные осадки.
2) Выявление и изучение физико-химических барьеров в водном слое и донных осадках.
3) Проведение анализа существующих опубликованных и фондовых материалов, касающихся проблемы затопления ХОВ в Балтийском море и обоснование основных параметры мониторинга.
4). Разработка ИИС и её использование в Балтийском море для решения экогеологических задач в рамках федеральной целевой программы «Мировой океан» и программы работ МЧС России по теме: «Система ведения реестра подводных потенциально опасных объектов, находящихся во внутренних водах и территориальном море Российской Федерации».
— 65). Выполнение экодинамнческого моделирования развития экологической обстановки.
6). Оценка современного геологического, океанологического и экогеоло-гического состояния районов затопления ППОО и прогноз её развития.
В диссертации рассмотрены вопросы литологического состава осадков, литодинамических и океанографических процессов, инженерно-геологические характеристики, процессы сорбции и десорбции тяжелых металлов, гео-гидрохимическое состоянию поровых и придонных вод в районах затопления подводных потенциально опасных объектов. Изучение такого спектра вопросов связано с оценкой развития экогеоло-гической ситуации, рекомендациями по составлению вышеупомянутого прогноза. Оно также необходимо для проведения экодинамического моделирования, результаты которого описаны в диссертации. Решение этих проблем, являющихся жизненно важными для устойчивого и безопасного развития прибрежных государств Балтийского региона, что и обуславливает актуальность диссертационной работы. Современная оценка экологической обстановки и прогноза ее развития возможна только на основе мониторинга. Его проведение требует изучения широкого спектра физических, геохимических, инженерно-геологических, биогенных, литодинамических параметров в рамках единой информационно-измерительной системы.
Основой для работы являлись оригинальные материалы, собранные автором в процессе совместных с Всероссийским Геологическим институтом им. А. П. Карпинского, Институтом Океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Всероссийским научно-исследовательским институтом Геологии и Минеральных ресурсов Мирового Океана, Научно-производственным объединением «Тайфун» экспедиционных работ 1994 — 2000 г. г.
Результаты диссертационной работы получены в итоге авторского углубленного анализа литературных источников и полевых исследований на конкретных объектах. В качестве научного руководителя и непосредственного исполнителя работ автор участвовал в полевых морских экспедиционных исследованиях, проводимых ежегодно под эгидой МЧС России, начиная с 1997 г. на шельфе Балтийского, Белого и Карского морей. На Балтийском море — непосредственном объекте диссертационных разработок — выполнены комплексные экогеологические работы с использованием ИИС на 3-х крупнейших захоронениях ХОВ, расположенных в центральной части моря и в проливе Скагеррак, содержащей значительное число ППОО разного типа. Работы включали около 2500 погонных км. профильных и около 950 стационарных наблюдений.
Кроме того, в диссертации использовались сведения из публикаций и фондовых материалов указанных организаций 2001 — 2004 г. г. и вошли результаты широкой группы анализов, выполненных в судовых и стационарных лабораториях, позволившие автору сделать ряд заключений, использованных при оценке экогеологического состояния рассматриваемого региона.
Под научным и техническим руководством автора, на базе сформулированных им алгоритмов, созданы технологические и информационные модули информационно-измерительной системы прогнозирования и оперативной оценки безопасности захоронений подводных потенциально опасных объектов содержащих химические отравляющие вещества.
В выполнении диссертационных исследований ему оказали помощь Андрианова Л. Ф., Анохин В. М., Григорьев А. Г., Иванов Г. И., Ку-риленко В.В., Опекунов А. Ю., Савин Ю. И., Снопова Е. М., Соболев В. Н., Соков А. В., Спиридонов М. А., Пака В. Т., Халиков И.С.
Всем им он выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Диссертационная работа явилась опытом обобщения и комплексного анализа экогеологической информации связанной с проблемой затопления НТХО на дне Балтийского моря. Многочисленные работы, посвященные этой проблеме, затрагивали отдельные вопросы технического, социального, экономического и экологического характера.
К числу основных, полученных автором результатов можно отметить следующие.
Получены новые данные по геоморфологическому строению, составе и скорости накопления современных осадков, литодинамических и экоди-намических процессах, океанологических характеристиках изученных районов Балтийского моря. Получены новые данные о ППОО находящихся в Балтийском море (геоэкологические, общегеологические, гидрофизические и др.), выявлены десятки аномалий, связанных с ППОО, расположенными в пределах трех изученных полигонов: Люсечильского, Борнхольм-ского и Лиепайского, выявлены потенциальные пути миграции и аккумуляции токсичных компонентов, определены районы рекомендованные для проведения мониторинга ППОО.
Установлено, что в настоящее время основная часть НТХО, затопленного в Готландской и Лиепайской впадинах покрыта слоем рыхлых осадков мощностью 2−7 м., процесс накопления которых продолжается со скоростью до 2 мм в год. Автором высказано предположение, что скорости коррозии оболочек НТХО, погруженных в низко аэрированные слои алев-ро-пелитовые осадки, существенно ниже, чем при нахождении их на поверхности дна и наличии кислорода. С учетом характерных геологических, геохимических, гидрофизических и гидрологических особенностей этих районов обосновано, что продукты гидролиза ХОВ, поступающие в морскую воду в результате разгерметизации оболочек емкостей, их содержащих не несут опасности окружающей природной среде. Опасности могут подвергаться лишь команды рыболовных судов проводящих лов рыбы придонными тралами в запрещенных районах. При этом основные последствия будут локализованы непосредственно на полигоне затопления и вблизи от него.
Глубоководные илистые грунты, находящиеся на Люсечильском полигоне на глубине 200−240 метров, за исключением верхнего 30−50 см слоя, характеризуются существенно более высокими значениями плотности, чем свойственные осадкам первых двух полигонов. Им также свойственно предельное напряжение сдвига. Такие свойства осадков, а также очень низкие скорости их накопления позволяют сделать вывод о том, что в обозримом будущем погружение объектов на глубину более первых десятков сантиметров ниже поверхности дна маловероятно. В тоже время, на этом полигоне объекты, содержащие ХОВ, находятся на борту затопленных судов, что предопределяет «безбарьерный» переход отравляющих веществ в воду и, по сути дела, их прямое воздействие на морские экосистемы. Опасность нарушения экогеологического баланса Балтийского моря может быть обусловлена только возможностью залпового выброса ХОВ и продуктов их гидролиза, спровоцированного проведением подводных гидротехнических работ в районе Люсечильского захоронения. При этом основная часть поступивших в морскую среду ОВ будет перенесена придонным течением в акваторию Балтийского моря, основная часть которых будет аккумулирована в глубоководных желобах юго-западной его части, экологическое состояние которой сегодня является «переходным» к «критическому» благодаря промышленным источниками загрязнения.
Поступление ХОВ, диффундировавших из тонкостенных бомб и контейнеров на протяжении последних лет, не вызвали фиксируемых современными методами изменений в окружающей среде.
В результате процессов окисления, восстановления и гидролиза происходит трансформация ХОВ в природной среде. Сами вещества теряют боевые отравляющие свойства, но при этом некоторые составляющие этих веществ: мышьяк, ионы фтора, цианид-ион в виде ионов или соединений, а также медь, кадмий, свинец и цинк, как продукты разложения оболочекносителей ХОВ, представляют опасность для окружающей среды. Формы этих соединений будут зависеть от условий гидролиза ХОВ и физико-химических свойств среды, куда попадают образующиеся вещества.
Необходимо учитывать, что направленность физико-химических процессов при гидролизе ХОВ может приводить к двум противоположным последствиям. Вновь образуемые продукты будут выпадать на дно в виде труднорастворимых соединений, а также сорбироваться донными осадками или обладать высокой растворимостью и легко переноситься от мест затопления объектов с ХОВ.
На Борнхольмском и Лиепайском полигонах при условии погружения объектов-носителей ХОВ в осадки на глубину более 2 метров практически исключается вероятность поступления отравляющих веществ или продуктов их гидролиза в морскую среду посредством физико-химических (молекулярная диффузия, процессы десорбции и т. д.) и биологических (биотурбация) механизмов вторичного загрязнения. Процессы молекулярной диффузии протекают чрезвычайно медленно. Быстрое поступление загрязняющих веществ на поверхность осадков возможно лишь при условии механического воздействия на грунты (взрывные и дноуглубительные работы, драгирование и т. д.), а также посредством газовых эманаций (метан, углеводороды). В последнем случае взаимодействие метана с металлами может приводить к образованию их метилированных форм, характеризующихся высокой токсичностью.
На основании анализа гидрологических, морфолитодинамических и литолого-фациальных характеристик Балтийского моря, а также результатов имитационного моделирования процессов распространения примесей в придонном слое моря выявлены потенциальные пути миграции и аккумуляции токсичных компонентов. Наиболее вероятными участками аккумуляции могут стать непосредственно Борнхольмская и Готландская впадины, а также близлежащие районы устойчивой аккумуляции осадков, например, Гданьский седиментационный бассейн. Увеличение удаленности районов потенциальной концентрации поллютантов ведет к снижению возможности возникновения высоких (экологически опасных) концентраций ХОВ или продуктов их гидролиза за счет процессов разбавления загрязненных вод.
Высока вероятность риска образования опасных концентраций на Борнхольмском и Лиепайском захоронениях на солевом геохимическом барьере в очагах субмаринной разгрузки пресных пластовых вод, выходящих из толщи осадков и образующих локальные очаги по линиям выхода водоносных пластов. Не исключается возможность загрязнения и самих подземных вод, что создает опасность для населения прибрежных районов.
На Люсечильском захоронении ХОВ и продукты их гидролиза будут накапливаться на участках локального и регионального переноса в соответствии с гидродинамическим режимом акватории. Участки локального переноса приурочены к отрицательным формам рельефа в непосредственной близости от захоронения. Региональный перенос направлен на ЗСЗ в район Арендальского захоронения НТХО, находящегося в 30−40 милях от Люсечильского полигона. Рельеф района представлен глубоководной замкнутой впадиной с глубинами более 700 метров. Здесь будет накапливаться основной объем компонентов ХОВ. При затоках североморских вод в Балтийское море поток токсичных веществ может перемещаться на юг через Датские проливы. При данном сценарии аккумуляция веществ будет приурочена предположительно к механическим барьерам, возникающим в местах резкого перепада глубин (порог Дроген и Дарсский порог).
Целесообразно рекомендовать следующие объекты и участки мониторинга загрязнения морской среды Балтийского моря химическими отравляющими веществами и продуктами их гидролиза, выполняемого с помощью информационно-измерительной системы прогнозирования и оперативной оценки безопасности захоронений подводных потенциально опасных объектов содержащих химические отравляющие вещества:
— граница осадок-вода в Борнхольмской, Готландской и Гданьской впадинах в рекогносцировочном режиме.
— солевые геохимические барьеры в местах субмаринной разгрузки пластовых вод, а также в пределах других морфоструктур шельфа, связанных в единую гидрогеологическую систему.
— места газовых эманаций в Борнхольмской и Готландской впадинах.
— участки устойчивой аккумуляции осадочного материала в системе локального переноса на Люсечильском полигоне.
— район Арендальского захоронения НТХО, а также морфолитодинамиче-ские барьерные зоны в Датских проливах (порог Дроген и Дарсский порог).
Создана система экогеологического мониторинга ППОО, содержащих ХОВ, расположенных на шельфе. Положив в основу разработки системы опыт регулярных комплексных экогеологических работ, выполняемых на Балтийском море под руководством автора и при непосредственном его участи с 1997 г, используя также материалы исследований, так или иначе связанных с проблемами НТХО, затопленного на шельфе, была создана ИИС, успешно опробированная в работах на Балтийском море.
Кроме того, применение созданной ИИС на акватории Балтийского моря, позволило принять следующие управляющие решения:
— расширить перечень микроэлементов измеряемых in-situ на полигонах, попадающих в сферу воздействия НТХО;
— модифицировать методику прямого определения токсичных элементов по материалам пробоотбора донных осадков и морской воды, отобранной с разных горизонтов с помощью автоматизированных систем отбора;
— повысить точность измерения температур с помощью автоматизированного электрохимического — гидрофизического зонда по всему разрезу водного слоя;
— увеличить число точек пробоотбора и комплексных зондирований в пределах Борнхольмского и Люсечильского полигонов (укрупнив масштаб работ);
— создать дежурную геоэкологическую карту Балтийского моря;
— подтвердить необходимость и возможность создания и установки на ключевых участках акватории Балтийского моря автономных мониторинговых информационно-измерительных станций, обеспечивающих систему оповещения в случае возникновения аварийных выбросов больших количеств загрязнителей связанных с НТХО.
Актуальность диссертационных разработок доказана в результате применения информационно-измерительной системы прогнозирования и оперативной оценки безопасности захоронений подводных потенциально опасных объектов содержащих химические отравляющие вещества для поиска и обследования подводных потенциально опасных объектов на шельфе Белого и Карского морей в 2001 — 2005 гг.
Дальнейшее развитие информационно-измерительной системы прогнозирования и оперативной оценки безопасности захоронений подводных потенциально опасных объектов содержащих химические отравляющие вещества связано с усовершенствованием методов прогноза экогеологической ситуациивведением в систему долговременных донных станций с широким набором измеряемых гидрохимических, физико-химических, гидрофизических параметровзаменой аналитических наблюдений измерениями in-situнаписанием инструктивных документов, нормирующих проведение экогеологических работ в районах затопления НТХО.
