石油污染是一種嚴重的海洋污染。來源於經河流、向海洋注入的含油廢水、海上油船漏油、排放和油船事故等;海底油田開採溢漏;逸入大氣中的石油烴的沉降等。進入海洋的石油烴年約600萬噸左右。
- 擴散:入海石油先在海洋表面迅速擴展成薄膜,在風浪、海流作用下分割成塊、帶狀油膜,隨風漂移,速度約為風速的百分之三,石油中的氮、硫、氧等非烴組分是表面活性劑,促進石油擴散。
- 蒸發:石油的輕組分發生蒸發。含碳數小於12的烴在幾小時內大部分蒸發,碳數在12~20的烴蒸發要幾個星期,碳數大於20的烴不易蒸發。蒸發大約消除泄入海中石油量的1/4~1/3。
- 氧化:海面油膜在光、微量元素的催化下發生氧化。擴散、蒸發、氧化過程在石油入海後的幾天內,對石油的消失起重要作用,其中擴散速率高於自然分解速率。
- 溶解:低分子烴、有些極性化合物溶入海水中。正鏈烷分子量越大,溶解度越低,芳烴溶解度大於鏈烷。溶解、蒸發都是低分子烴的效應,對水環境影響不同。石油烴溶於海水易被海洋生物吸收。
- 乳化:受海流影響,石油易發生乳化。油包水乳化較穩定,聚成像冰淇淋的塊狀,較長期在水面漂浮;水包油乳化較不穩定易消失。使用分散劑有助於水包油乳化的形成,加速油污的去除。
- 沉積:海面石油經過蒸發、溶解後,形成緻密的分散離子,聚合成瀝青塊,或吸附於其他顆粒物上,最後沉降於海底,或漂浮上海灘。
- 微生物降解:烴類氧化菌廣泛分布於海水、海底泥中。浮游、定生海藻直接從海水中吸收、吸附溶解的石油烴。海洋動物攝食吸附有石油的顆粒物質,由於石油烴是脂溶性的,生物體內石油烴的含量一般隨著脂肪含量增大而增高。在清潔海水中,海洋動物體內積累的石油可以較快地排出。
較高水溫有利於油的消失。消失一半所需的時間,10℃時大約為1個半月;18~20℃時,為20天;25~30℃時,為7天。滲入沉積物的石油較難消除,需幾月至幾年。
- 石油形成的油膜阻礙大氣、海水間的氣體交換,影響海面對輻射的吸收。長期覆蓋在極地冰面的油膜,增強冰塊吸熱,加速冰層融化。石油會溶解鹵代烴等污染物中的親油組分,降低界面間遷移速率。
- 油膜減弱了太陽輻射透入海水,影響海洋植物的光合作用。油膜沾污海獸皮毛、海鳥羽毛,溶解油脂物質,使其失去保溫、游泳、飛行能力。高濃度石油會降低微型藻類的固氮能力,阻礙生長,導致死亡。沉降於潮間帶、淺水海底的石油,使一些動物幼蟲、海藻孢子失去適宜的固著基質。石油滲入大米草、紅樹等體內,改變細胞的滲透性。煉製油的毒性大於原油,低分子烴毒性大於高分子烴。
這類污染物不會在生物體內積累。適量的有機物、營養鹽,有利海洋生物生長,過量造成水體溶解氧減少,浮游植物大量繁殖。潮流使河口有機物稀釋擴散,多被細菌分解為二氧化碳、水。
- 有機物漂浮、懸浮於海面,海水更加混濁,對海洋植物的光合作用和魚類洄游有破壞。覆蓋力很強的纖維素等粘稠物,能使動物窒息。
- 微生物降解有機物,消耗大量溶解氧。生產1噸紙漿排出的木質素消耗0.2~0.5噸氧,木質素下沉,造成下層海水缺氧,形成硫化物。大量有機物入海,水體富營養化,污水生物大量繁殖。
- 過量營養鹽排入海洋,使細菌、病毒大量繁殖;病毒進入魚貝體內,危害魚貝類的生長發育,通過食物進入人體,可引起傷寒、肝炎、大腸桿菌、痢疾和腸胃炎等疾病。
污染海洋的重金屬元素有汞、鎘、鉛、鋅、鉻、銅等。當發生岩石風化、海底火山噴發、水土流失時,大量重金屬通過河流、大氣注入海中。污、廢水、重金屬農藥,燃燒煤和石油釋放出的重金屬經大氣進入海洋;全球每年入海洋的汞有3000多噸;大氣中的鉛通過大氣輸送,污染海洋。
- 物理遷移:海-氣界面重金屬的交換;海流、波浪、潮汐下,隨海水運動,稀釋、擴散,能將重金屬遷移很遠。
- 化學遷移:重金屬元素在富氧、缺氧下發生氧化還原反應,及化學價態、活性、毒性的變化。重金屬在海水中能與無機、有機配位體生成絡合物、螯合物,使重金屬的溶解度增大。底質的重金屬可能重新進入水體。重金屬在海水中水解生成氫氧化物,或被水中膠體吸附,易在河口、排污口沉積。
- 生物遷移:海洋生物通過吸附、吸收、攝食富集重金屬,產生遷移,經浮游植物、浮游動物、魚類食物鏈逐級放大,魚體內富集濃度較高。此外無機汞在微生物作用下可轉化為毒性更強的甲基汞。
食用海產品,重金屬進入人體。甲基汞能引起水俁病;鎘、鉛、鉻都能引起中毒,或有致癌、致畸作用。對生物體的危害一般依次是汞、鉛、鎘、鋅、銅;有機汞、無機汞;一般海洋生物的種苗、幼體對重金屬污染較為敏感。生物體對攝入體內的重金屬,形成金屬硫蛋白減輕危害,或與巰荃蛋白結合成金屬巰基排出體外。
海洋生物能直接從海水、攝食吸收核素,牡蠣對鋅-65的濃縮係數最大。核素沿食物鏈轉移。低等生物對輻射的抗性強,胚胎和幼體對射線輻射的敏感性高。
海流是轉移的主要動力,風也有影響。上層海水中的離子態核素難於向海底方向轉移,只有通過水體的垂直運動,被顆粒吸著,與物質凝聚、絮凝等才能較快地沉降於海底。沉積物對大多數核素有很強的吸著能力,沉積物從海水中吸著核素的能力大致是:鈣<鍶銫<銣<鋅<鐵,鋯-鈮<錳<釕<鉕。
60年代中期,太平洋東北部鮭魚體內鐵的比活性,比環境海水的比活性高1000~10000倍;從大氣沉降到海水中的鐵,與海水中的穩定鐵有不同理化形式,海洋生物比較能吸收、積累鐵。在pH=8時,鋅在海水中以離子、微粒子和絡合物存在;當pH=6時,僅以離子和絡合物存在。
海洋環境通過物理、化學、生物作用,使污染物的濃度自然地降低。
- 物理淨化:通過稀釋、擴散、吸附、沉澱、氣化實現,是海洋自淨中最重要的過程。在河口、內灣,潮流是污染物稀釋擴散最持久的力量。如隨河流入河口的污水、污染物,隨著時間推移,通過水平流動、湍流擴散不斷向外海擴散,使污染範圍擴大,濃度降低,可沉性固體沉積。在河口近岸區,混合、擴散作用受河口地形、徑流、湍流和鹽度較高的下層水體捲入的影響。
- 化學淨化:海水變化產生各種反應;比如有機污染物經氧化還原最終生成二氧化碳、水等。汞、鎘、鉻、銅等金屬,在海水酸鹼度和鹽度變化影響下,離子價態發生改變,毒性改變或由膠體物質吸附凝聚沉於海底。海水中含有的各種配合體、螯合劑可以與污染物發生絡合反應,改變它們的狀態和毒性。價態的變化直接影響這些金屬元素的化學性質、遷移、淨化能力。大多重金屬在強酸性海水中形成易溶性化合物,有較高的遷移能力;在弱鹼性海水中易形成羥基絡合物如Cu(OH)、Pb(OH)、Cr(OH)等。一般可溶性物質淨化能力弱,難溶性物質易沉底淨化能力強。
- 生物淨化:微生物、藻類代謝將污染物降解、轉化成低毒或無毒。如將甲基汞轉化為金屬汞,石油烴氧化成二氧化碳、水。微生物能降解石油、有機氯農藥、多氯聯苯等。