«Черный яд». Как разливы нефти убивают окружающую среду
В конце мая на тепловой электростанции в Норильске произошла крупная авария: больше 20 тысяч тонн дизельного топлива попали в почву и реки. Это один из самых крупных разливов нефтепродуктов в истории России и Арктического региона, но по всему миру каждый год их случаются тысячи. Некоторые разливы по масштабу воздействия на экосистемы не уступают Чернобылю или Фукусиме. Подобно радиационным выбросам, нефть может создавать «зоны отчуждения» — мертвые зоны, где живые организмы страдают от нехватки кислорода или подвергаются отравлению соединениями нефти. Тем не менее подобные происшествия обычно плохо расследуются, а их последствия для экосистемы изучены невероятно скудно. Биолог, ведущая telegram-канала Blue_Arrakis Марина Слащева рассказывает о самых драматичных разливах нефти в истории: на Аляске, в Персидском и Мексиканском заливах, об их причинах, последствиях и не усвоенных человечеством уроках.
Помимо прямой угрозы планете и человечеству, возникающей в результате сжигания полезных ископаемых, у добычи и транспортировки нефти есть и другие побочные эффекты: непредсказуемые разливы нефти, которые иногда ведут к гибели людей, но наибольший и непоправимый урон наносят экосистеме, особенно разливы в морях и океанах.
Подобные катастрофы начали происходить гораздо раньше открытия ядерной энергии — первые случаи зафиксированы в самом начале ХХ века. Множество танкеров с нефтью были затоплены во время Второй мировой — до 20 тысяч тонн нефти в неделю в первые месяцы войны отправлялось в Атлантику. С конца 1980-х в мире не проходило и года без разливов нефти, а начиная с нулевых каждый год случается в среднем 6 крупных катастроф.
Судя по методам добычи нефти, человечество достигло головокружительного уровня технологического развития: глубоководное бурение, добыча сланцевой нефти, сложные процессы нефтепереработки. Исследования в этой области подкрепляются огромными финансовыми интересами нефтедобывающих компаний. Но когда речь заходит об устранении непредвиденных последствий добычи нефти, весь прогресс куда-то рассеивается — и в руках у ликвидаторов оказываются довольно примитивные средства.
Как с аварией на Чернобыльской АЭС, где в долгосрочной перспективе не было придумано ничего более технологичного, чем накрыть взорвавшийся реактор огромным саркофагом, так и в борьбе с последствиями разлива черного золота в ход идут поражающие воображение девайсы — ограждающие буйки на воде высотой с метр и химические диспергирующие вещества, разбивающие пленку нефти на мелкие капли и токсичные сами по себе.
Технологический прогресс в способах добычи нефти и в способах устранения нефтяных катастроф несопоставим, и при добыче компании руководствуются надеждой, что как-нибудь пронесет. Но не проносит.
По всему миру каждый год в среднем в окружающую среду попадает 300 тысяч тонн нефти, но случаются и «черные лебеди» — катастрофы большего масштаба, при которых разливы нефти часто превышают средний годовой объем либо их последствия особенно серьезны по другим причинам. Кроме того, объем разлившейся нефти не всегда прямо пропорционален нанесенному вреду: маленький объем в определенный период развития экосистемы, такой как сезон размножения рыб, может навредить сильнее, чем большой вне сезона размножения.
Последствия разливов нефти многолики: пагубное влияние самой нефти на растения и животных, вред от использования токсичных веществ для устранения разлива, загрязнение питьевой воды и воздуха, финансовые убытки населения, чей доход зависит от рыболовства, разрушение культуры местных сообществ и даже увеличение риска погодных аномалий, таких как ураганы и тайфуны.
Мы подробно расскажем о трех крупных катастрофах — на Аляске, в Мексиканском и Персидском заливах. Эти разливы произошли по совершенно разными причинам и повлекли за собой разные последствия, но, в отличие от многих других, о них известно хоть что-то.
Катастрофа танкера Exxon Valdez на Аляске
1989 год
В 1989 году танкер с нефтью Exxon Valdez сел на мель у рифа Блай в проливе Принс-Уильям, в двух с половиной километрах от суши, и в течение следующих дней в воду попало около 37 тысяч тонн нефти. По объему разлившейся нефти этот инцидент даже не в десятке, но он стал печально известен как разлив, нанесший наибольший вред окружающей среде.
Природа в этих местах считалась девственной и незатронутой глобализацией, а попасть сюда можно было только на вертолете, самолете или лодке, что сильно усложнило операцию по устранению последствий разлива. Сначала причиной происшествия называли человеческую ошибку, вплоть до того, что капитан танкера в момент возникновения пробоины был пьян. Однако на суде это было опровергнуто, после чего компанию Exxon заподозрили в поиске козла отпущения и халатности: на судне отсутствовало исправное оборудование, позволяющее обнаружить риф.
Разлившаяся нефть растянулась по побережью на две тысячи километров, покрывая воду, прибрежные камни и пляжи. Первым делом в воду начали сбрасывать диспергенты — химические вещества, разбивающие пленку нефти на мелкие капли, которые могут опускаться в толщу воды. Безопасность их применения до сих пор не доказана, как для животных, так и для людей.
Также использовались боны и скиммеры. Боны представляют собой плавучие заграждения высотой в 50–100 сантиметров, физически препятствующие распространению нефти, и в спокойном заливе Принс-Уильям, где почти полностью отсутствуют волны, им удавалось сдерживать распространение нефти. Скиммеры — это девайсы, собирающие нефть с поверхности воды с помощью фильтрации, но они в основном предназначены для использования на производстве и очистки воды в небольших количествах, а в случае огромных разливов их эффективность невелика.
Устранять последствия разлива помогали 11 тысяч местных жителей, но последствия для экосистемы всё равно были катастрофическими: погибли четверть миллиона морских птиц, почти три тысячи выдр, 300 тюленей и 22 косатки — самые крупные млекопитающие из семейства дельфиновых. Точное количество погибшей рыбы неизвестно, так как, помимо опасности для взрослых особей, нефть токсична для икринок даже при коротком контакте: капли нефти накапливаются на икринках и прерывают развитие сердечной системы и метаболизм липидов, что ведет к замедлению роста рыбы, повреждению кровеносной системы и ранней смертности — часто из-за того, что рыба не может пережить свою первую зимовку.
Спустя 14 лет после разлива в авторитетном журнале Science вышла статья, в которой говорилось: нынешние способы оценки экологического риска при разливах нефти в океане должны быть в корне пересмотрены. Ранее считалось, что последствия для экосистемы заключаются только в смерти животных, которая наступает сразу после разлива. Однако долгосрочные исследования прибрежной экосистемы Аляски показали, что спустя десятилетие нефть всё еще обнаруживалась в прибрежных зонах в токсичной концентрации и оказывала хроническое воздействие на обитателей.
Чтобы понять, попадает ли эта нефть в организмы животных, ученые изучали биомаркеры — молекулы (например, цитохром P450), которые участвуют в метаболизме токсинов, включая соединения нефти, и концентрация которых обычно повышена, если нефть попадает в организм. Повышенная концентрация обнаружилась у донных рыб, морских выдр и разныхптиц. Это косвенно свидетельствует, что хроническое воздействие нефти ведет к снижению размера популяции и целому каскаду непрямых последствий для здоровья, роста и размножения.
В отчете Exxon Valdez 2010 года сообщалось, что популяции морских выдр, трех видов птиц, моллюсков и мидий всё еще не достигли прежнего размера, а популяции тихоокеанской сельди и чистиков (птицы) не восстанавливались.
Тяжелее всего пришлось косаткам — из двух пострадавших популяций, обитающих в этом регионе, одна медленно восстанавливается, а другая — нет и, скорее всего, обречена на вымирание.
Разлив нефти во время войны в Персидском заливе и Кувейтские нефтяные пожары
1991 год
С точки зрения последствий для окружающей среды про 1991 год известно немного, но события в Персидском заливе поражают масштабом и причинами: действия, повлекшие гигантские разливы нефти, были не случайностью, а частью военной стратегии.
В 1990 году Ирак вторгся в Кувейт, и в ответ на это коалиция из 35 стран под руководством США развернула войну против Ирака. Казалось бы, причем здесь нефтяные разливы? К концу полугодовой войны Ирак, пытаясь предотвратить высадку коалиционных сил противников, открыл задвижки нефтяного терминала в Кувейте, в результате чего в Персидский залив попало до миллиона тонн нефти.
Когда стало очевидно, что Ирак проигрывает и война близится к завершению, иракская армия начала бомбардировки и поджоги сотен нефтяных скважин Кувейта. При отступлении из Кувейта армия использовала стратегию выжженной земли, не оставляя противникам ни одной нетронутой скважины. Более 700 скважин горело, из остальных разливалась нефть.
В совокупности эти события составляют самый крупный разлив нефти в истории: около сотни миллионов тонн нефти попало в окружающую среду, причем большая часть сгорела и разнеслась по многочисленным странам Персидского залива. Нефтяные пожары тушили усилиями многих стран и тысяч волонтеров, но потушить их удалось только через 258 дней. Всё это время жители Кувейта дышали воздухом, загрязнение которого превышало рекомендации ВОЗ почти на 900 процентов.
В отличие от Аляски, условия в регионе Персидского залива после войны не совсем подходили для точного подсчета погибших видов и оценки ущерба окружающей среде, однако количество погибших птиц и млекопитающих, по последующим оценкам, сопоставимо с масштабами на Аляске. Вдоль береговой линии, затронутой разливом, погибли от 50 до 90% крабов, ракообразных и моллюсков.
Оценки того, насколько долгосрочным оказался эффект от разлива нефти в Персидском заливе, расходятся. Исследование, профинансированное UNESCO, странами залива и США, уже в 1994 году признало залив свободным от долгосрочных негативных последствий. С этим не согласны ученые из разных частей мира.
Исследования спустя 10 лет показывают, что сильнее всего пострадали болота и топи: только 20% восстановились, а 25% не показывают никаких признаков регенерации.
Вода в них почти не движется, отсутствует кислород, необходимый для разложения нефти бактериями. То же исследование показывает, что относительно восстановились каменные берега, мангровые заросли, коралловые рифы и обитающие в них рыбы.
Похоже, что никаких системных исследований или исследований спустя больше 10 лет в Персидском заливе не было, так что вряд ли картину последствий можно назвать полной.
Катастрофа Deepwater Horizon в Мексиканском заливе
2010 год
Плавучая буровая платформа Deepwater Horizon нефтяной компании BP предназначалась для глубоководной добычи нефти, на ее счету — одна из рекордных скважин глубиной в 10 километров в месторождении Тайбер, которую до катастрофы называли «глубоководным успехом».
В 2010 году, во время бурения уже другой скважины в 80 километрах от побережья Луизианы, на платформе произошел взрыв и начался пожар. Через два дня платформа с буровой вышкой затонула, и уже к этому моменту на поверхности воды показалась нефть, фонтанирующая из открытой скважины с ужасающей скоростью, достигающей восьми тысяч тонн в сутки.
В зоне бедствия у BP не оказалось адекватных систем защиты, чтобы предотвратить катастрофу или немедленно начать ликвидацию последствий, например герметизацию скважины. (Позже пресс-секретарь BP прокомментирует этот факт: «Я не думаю, что кто-нибудь предвидел обстоятельства, с которыми нам пришлось столкнуться». И правда, что может пойти не так при бурении подводной нефтяной скважины, заполненной в том числе смесью попутных газов, включая метан, который в высокой концентрации становится взрывоопасным? Согласно официальному докладу США, главной причиной катастрофы стало желание BP сократить расходы, пренебрегая мерами безопасности.)
Загерметизировать скважину не удавалось очень долго: в ход шли подводные лодки и роботы, различные заглушки и купола, устанавливаемые поверх скважины, а также заливка цементом. Только через 5 месяцев после катастрофы было объявлено, что разлив нефти остановлен. Однако свидетельства того, что скважина продолжает подтекать, появлялись в последующие годы.
Около полумиллиона тонн разлившейся нефти, по снимкам со спутников, покрыли 180 тысяч квадратных километров океана — чуть меньше площади Белоруссии. Не считая километровых подводных шлейфов нефти, прибрежных песчаных пляжей и болотистых местностей, пропитавшихся нефтью.
Операция по очистке залива была поистине масштабной и задействовала множество государственных ведомств США, включая военнослужащих Нацгвардии, ВВС и ВМС. Но никаких более эффективных технологических способов очистки так и не придумали: здесь также применялись боны, которые из-за высоких волн в Мексиканском заливе были не особенно эффективны (в отличие от Аляски), скиммеры, собирающие нефть с поверхности, распыление диспергентов, которые критиковались за их токсичность для обитателей океана, а также контролируемое выжигание нефти.
Это происшествие считается самой крупной экологической катастрофой в истории США, оно подробно освещалось в медиа и его последствия изучены лучше других. Поколение тридцатилетних всего мира наверняка помнит кадры с птицами, у которых слиплись и почернели от нефти перья, и с переливающейся на солнце пленкой нефти на воде у берегов Луизианы. Но последствия разлива нефти для окружающей среды длятся куда дольше, чем репортажи в медиа, и в случае с катастрофой в Мексиканском заливе влияние на окружающую среду очевидно до сих пор.
Можно продолжить перечислять цифры: миллионы тонн нефти, десятки тысяч погибших птиц, миллиарды икринок, сотни китов и дельфинов. Но при постоянной бомбардировке фактами цифры теряют смысл и ими невозможно описать тот системный дисбаланс, который при разливе нефти может испытывать экосистема. Поэтому на примере мертвых зон проведем крэш-курс по экологии.
Мертвыми зонами в экологии называют массы воды в океанах, заливах и озерах, в которых происходит коллапс морской экосистемы из-за пониженного содержания кислорода в воде. Сами по себе мертвые зоны — далеко не всегда естественное явление.
В середине ХХ века по всему миру насчитывалось не более 10 мертвых зон, сейчас — более четырех сотен. Их возникновение ученые связывают с попаданием в морские воды избыточного количества нитратов — сельскохозяйственных удобрений, смываемых дождями с полей.
Нитраты — отличный обед для цианобактерий (это синезеленые водоросли, которые в период разрастания придают водоемам характерную буро-зеленую окраску). Цианобактерий в воде становится слишком много, но ими почти никто не питается, кроме других бактерий, которые поглощают их разлагающиеся останки, а заодно и кислород, создавая гипоксию — нехватку кислорода, растворенного в воде. От гипоксии, в свою очередь, гибнут другие виды: креветки, рыбы, крабы и рачки.
Уже до катастрофы на севере Мексиканского залива наблюдалась крупнейшая в США мертвая зона. Вдобавок гипоксия усугубляется в результате глобального потепления: более теплая вода хуже удерживает кислород, а само по себе изменение климата ведет к большему количеству проливных дождей, которые вымывают больше нитратов из почв и несут их в воду.
Сжигание ископаемого топлива и разливы нефти на воде — среди антропогенных причин, способных усугублять нехватку кислорода в мертвых зонах. Представители нефтедобывающих компаний продолжают использовать один и тот же аргумент: в океанических водах полно бактерий, способных питаться углеводородами (то есть разными фракциями нефти). Это правда, но апологеты нефтедобычи упускают из виду тот факт, что в процессе деградации углеводородов именно эти бактерии потребляют огромное количество кислорода и усугубляют состояние гипоксии в воде, запускающее гибель целых пищевых цепочек.
Вспомним пример морской пищевой цепочки из школьного курса биологии: микроскопическими водорослями питаются креветки, медузы и мелкие ракообразные, ими, в свою очередь, питаются рыбы и кальмары, которыми питаются рыбы покрупнее, морские птицы и тюлени. Начальные звенья цепочки гибнут в толще воды от гипоксии, и уже на верхушке пищевой цепочки еды может не хватать видам, которые не живут в воде и напрямую не затронуты разливом нефти.
Пленка нефти на поверхности воды предотвращает поступление кислорода, усугубляя гипоксию, но также блокирует солнечный свет, подавляя разрастание синезеленых водорослей, что может оказать слабый положительный эффект, но только на мелководье. На дне глубоководья, куда оседают диспергированные капли нефти, количество кислорода, вероятно, падает из-за бактерий. Спустя десять лет ученые всё еще не могут сделать окончательные выводы о том, как взрыв на Deepwater Horizon повлиял на уже существовавшую мертвую зону в Мексиканском заливе.
Помимо образования мертвых зон, лишающих обитателей океанов кислорода, а в последствии и пищи, сама по себе нефть, попадая на шерсть или перья млекопитающих и птиц, лишает их защитного слоя, позволяющего поддерживать терморегуляцию и отталкивать воду. Проще говоря, шерсть и перья перестают функционировать, и животные промокают и рискуют замерзнуть до смерти или утонуть.
Разумеется, экосистема обладает потрясающими ресурсами для саморегуляции и восстановления, но о пределах этих ресурсов мы знаем очень мало. Катастрофа Deepwater Horizon по масштабам похожа на разлив нефти, произошедший у берегов Мексики в 1979 году. Последняя была плохо изучена, но, по свидетельствам местных рыбаков, улов креветок вернулся к норме в течение двух лет, а рыб — в течение пяти лет после разлива. Тем не менее спустя несколько десятилетий остатки нефти, разлившейся в 1979 году, всё еще обнаруживаются в мангровых зарослях и болотах, а популяция устриц в местах, затронутых разливом, так и не восстановилась по неизвестным причинам.
В апреле этого года катастрофе Deepwater Horizon исполнилось 10 лет, и дискуссия о долговременных последствиях утечки нефти в уникальной глубоководной среде снова стала актуальна. В рамках независимого проекта Gulf of Mexico Research Initiative, объединившего сотни ученых, в течение 10 лет проводились исследования в заливе. Ученые подчеркивают, что разобраться в последствиях сложно прежде всего потому, что даже до катастрофы о морской экосистеме и ее жизни нам было известно очень мало, отсутствовала точка отсчета. Теперь плачевные последствия такого воздействия на окружающую среду приходится изучать, непосредственно глядя на них.
Наоми Кляйн, канадская активистка и публицист, в эссе об этой катастрофе пишет:
«В таком виде познания есть что-то фундаментально неправильное. Как говорилось, американцы узнают, где находятся зарубежные страны, когда на них падают американские бомбы. Так и мы познаем всю сложность устройства природных экосистем, когда отравляем их».
Спустя годы морская экосистема далека от прежнего состояния. Среди пострадавших — популяции гагар и форели, глубоководные кораллы, растущие десятилетиями (вместе с которыми затронуты их многочисленные обитатели — креветки, крабы и некоторые рыбы).
Сложнее определить последствия для долгоживущих видов, таких как киты, морские черепахи и дельфины, но последним приходится тяжелее всего. Кроме смерти тысячи дельфинов в первые годы с начала катастрофы, многие из них до сих пор демонстрируют синдромы отравления нефтью — болезни легких и печени, репродуктивной и сердечной систем, онкологические заболевания (похожие проблемы наблюдаются у ликвидаторов, контактировавших с нефтью и диспергентами: кашель и одышка, болезни сердца, повышенный риск депрессии и посттравматического стрессового расстройства).
Только каждая пятая беременность у дельфинов в Мексиканском заливе разрешается успешно — в сравнении с 4 успешными беременностями из 5 до катастрофы.
О размере их популяции ученые судят косвенно, регистрируя высокочастотные звуковые сигналы, которыми дельфины обмениваются друг с другом, — их стало гораздо меньше. Ученые рассказывают о своей работе в трехсерийном документальном фильме «Депеши с Залива» (Dispatches from the Gulf), последняя часть которого вышла к десятилетию катастрофы.
Научный обзор 2016 года — пожалуй, самая масштабная попытка охватить все биологические последствия разлива в Мексиканском заливе, описанные учеными. Они выделяют 4 уровня воздействия нефти на живых существ — от молекулярных механизмов до уровня целого организма.
Среди молекулярных эффектов — повреждение ДНК, клеток и производства белков, дисфункция ионных каналов, оксидативный стресс. Следующий уровень — дисбаланс гормонов, повышение концентрации биомаркеров (таких как цитохром Р450), гибель стволовых клеток и повреждение клеток иммунной системы, воспаление и анемия.
На уровне органов и тканей ученые выделяют уже упоминавшиеся болезни сердца, печени, легких и надпочечников, дефекты развития, опухоли и торможение органов чувств. На уровне целого организма это выливается в замедленный рост и сниженную массу тела, абнормальное поведение, пониженную приспособленность, проблемы с размножением и смертность.
Ученые называют дополнительные факторы, усугубляющие всё вышеперечисленное: диспергенты, выжигание нефти, гипоксия, солнечный свет (вызывающий фототоксичность), изменения температуры и засоленности воды, а также инфекционные заболевания. От этих системных эффектов страдают фитопланктон, беспозвоночные, рыбы, птицы, морские черепахи и млекопитающие (киты и дельфины).
Нефть, распространяющаяся по побережьям, уничтожает растительность в болотах и на заросших берегах, которые служат физическим барьером, защищающим местность от наводнений, штормов и ураганов. Сообщества, населяющие такие прибрежные районы, становятся более уязвимыми перед природными катаклизмами. В тех случаях, когда такие сообщества способны продолжать существование. Чаще всего прибрежные регионы выживают за счет рыболовства и туризма — обе отрасли перестают нормально функционировать, если регион загрязнен нефтью.
После взрыва Deepwater Horizon треть побережья Мексиканского залива была закрыта для рыболовства, а позже рыбу, выловленную там, никто не хотел покупать. Сотни тысяч работников из сферы рыболовства и туризма были затронуты последствиями разлива.
В последние годы Дональд Трамп пытается снять мораторий на глубоководное бурение практически у всех берегов Америки, аргументируя это огромными прибылями и необходимостью создавать новые рабочие места, несмотря на риск уничтожить старые. Но пока этому противостоят 60% населения, множество штатов и Палата представителей.
Тысячи недостаточно надежно оснащенных на случай аварии танкеров с нефтью бороздят океаны, глубоководная добыча нефти продолжается в некоторых регионах с теми же рисками, что и раньше.
Недавняя авария в Норильске, вероятно, тоже произошла из-за экономии на защитных системах — у компании отсутствовало оборудование, позволяющее детектировать проседание грунта, которое привело к трещине в резервуаре с топливом. Для устранения последствий на реке Амбарная, которая служит источником воды в регионе, используются те же боны, локализующие пятно, но Greenpeace заявляет, что большинство нефтепродуктов растворятся в воде и останутся в окружающей среде.
Дизельное топливо, в отличие от сырой нефти, является канцерогенным и более токсичным для живых организмов, поэтому эффекты от загрязнения могут оказаться довольно масштабными. В планы входит «изъятие» зараженного грунта и топлива и хранение этой дизельно-водяной смеси в тысячетонных контейнерах. Какова судьба этих контейнеров — неизвестно, но переработать такое количество отходов не представляется возможным.
Без сомнений, катастрофические для окружающей среды разливы нефти продолжат отравлять экосистемы и животных до тех пор, пока ископаемое топливо не будет полностью заменено возобновляемой, «зеленой» энергией.
