The regularities of transformation of hydrocarbon composition in oil-contaminated soils of Sakhalin Island

Abstract

The main types of soils in the northeastern part of the Sakhalin Island have been studied in conditions of oil pollution (1 year and 10 years), as well as their background counterparts. The regularities of hydrocarbons transformation in oil-contaminated soils are revealed, the possibility of launching self-purification processes based on the results of an assessment of the composition of petroleum hydrocarbons (TPH) is shown. The analysis of n-alkanes as markers of TPH biodegradation showed a change in their content and composition, depending on the degree and age of soil contamination by TPH, as well as the sorption capacity of soils. During the first year, the mechanisms of soil self-purification are triggered, leading to a change in the composition of n-alkanes: light fractions volatilized, alkanes C16–C23 undergo to biodegradation. Under conditions of 1-year oil contamination of soils, the composition of petroleum hydrocarbons undergoes significant changes, expressed in an increase in the proportion of microbial n-alkanes (ΣC20–25). An increase in the content of high molecular homologues ΣC26–C34 has been found in comparison with the initial state of oil-contaminated soils and the composition of oil. The calculations of CPI (coefficient of oddness), Ki (coefficient of biodegradation) and Kw (coefficient "degree of waxiness") demonstrateв the transformation of the composition of n-alkanes and, in general, the transformation of petroleum hydrocarbons in time. The use of the sum of odd n-alkanes C27, C29, and C31 as a diagnostic indicator is a solid base for selecting background soils in the area of hydrocarbon deposits.

References

1. Гаретова Л.А., Харитонова Г.В., Имранова Е.Л. и др. Углеводороды в почвах нефтяного месторождения Тамсагбулаг (Восточная Монголия) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2024. № 3. С. 180–189. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944–17-2024-79-3-180-189 2. Геннадиев А.Н., Завгородняя Ю.А., Пиковский Ю.И. и др. Алканы как компоненты углеводородного состояния почв: поведение, индикационное значение // Почвоведение. 2018а. № 1. С. 37–47. https://doi.org/ 10.7868/S0032180X18010045 3. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Смирнова М.А. Углеводородное состояние почв в ландшафтах: генезис, типизация // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2018. № 6. С. 3–9. 4. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Ковач Р.Г. и др. Углеводородное состояние почв при разновозрастном нефтяном загрязнении // Почвоведение. 2016. № 5. С. 574–583. https://doi.org/10.7868/S0032180X16050051 5. ГОСТ Р 51858-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Нефть. Общие технические условия. 6. Дучко М.А., Гулая Е.В., Серебреникова О.В. и др. Распределение н-алканов, стероидов и тритерпеноидов в торфе и растениях болота Темное // Известия Томского политехнического ун-та. 2013. Т. 323, № 1. С. 40–44. 7. Ивлев А.М. Особенности генезиса и биогеохимии почв Сахалина. М., 1977. 144 с. 8. Ковалева Е.И., Трофимов С.Я., Шоба С.А. Функционирование почв в условиях нефтяного загрязнения в таежной зоне Западной Сибири // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2024. Т. 79, № 4. С 214–227. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-4-214-227 9. Ковалева Е.И., Демин В.В., Трофимов С.Я. Радиальная миграция нефтепродуктов в почвах о. Сахалин по материалам лабораторных лизиметрических экспериментов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2021. № 3. С. 70–78. 10. Ковалева Е.И., Яковлев А.С., Николаенко М.Г. и др. Экологическая оценка нефтезагрязненных почв с использованием энхитреид // Почвоведение. 2017. № 3. С. 1–10. https://doi.org/10.7868/S0032180X17030078 11. Краснопеева А.А., Пузанова Т.А. Геохимический углеводородный фон в почвах южной тайги // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2012. № 3. С. 33–40. 12. Мадышева Р.К., Серебренникова О.В., Исаев В.И. и др. Состав биомаркеров и происхождение нефтей Арыскумского прогиба (Южный Казахстан) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331, № 7. С. 116–130. 13. Петров А.А. Углеводороды нефти. М., 1984. 264 с. 14. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Краснопеева А.А. и др. Углеводородные геохимические поля в почвах района нефтяного промысла // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2009. № 5. С. 28–34. 15. Пиковский Ю.И., Смирнова М.А., Геннадиев А.Н. и др. Параметры нативного углеводородного состояния почв различных биоклиматических зон // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1307–1321. https://doi.org/10.1134/S0032180X1911008X 16. ПНДФ16.1:2.2.2298. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спектроскопии. 17. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004. 18. Цветнова О.Б., Щеглов А.И. Содержание и распределение нефтяных углеводородов в почвах геохимически сопряженных ландшафтов южной части Сахалина // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019. № 2. С 36–43. 19. Шляхов А.Ф. Газовая хроматография в органической геохимии. М., 1984. 222 с. 20. Bray E.E., Evans E.D. Distribution of n-parafins as a clue to recognition of source beds // Geochimica CosmochimicaActa. 1961. Vol. 22. Р. 2–15. 21. Connan J., Cassou A.M. Properties of gases and petroleum liquids derived from terrestrial kerogen at various maturation levels // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1980. Vol. 44. Р. 1–23. 22. Croteau R., Kutchan T.M., Lewis N.G. Natural products (Secondary metabolites) / In: B. Buchanan, W. Gruissem, R. Jones (Eds.), Biochemistry and Molecular Biology of Plants. 2000. ASPB. P. 1250–1318. 23. Didyk B.M., Simoneit B.R.T., Pezoa L.A. et al. Urban aerosol particles of Santiago, Chile: organic content and molecular characterization // Atmos. Environ. 2000. Vol. 34. P. 1167–1179. 24. Duan Y., Ma L. Lipid geochemistry in a sediment core from Ruoergai Marsh deposit (Eastern Qinghai-Tibet Plateau, China) // Organic Geochemistry. 2001. Vol. 32. P. 1429–1442. 25. Ficken K., Li B., Swain D. et al. N-alkane proxy for the sedimentary input of submerged/floating freshwater aquatic macrophytes // Organic geochemistry. 2000. Vol. 31. P. 745–749. 26. Kovaleva E.I., Trofimov S.Ya., Zhongqi Ch. Impact of oil contamination on ecological functions of peat soils from West Siberia of Russia // J. of Environmental Quality. 2021. Vol. 50, № 1. P. 49–62. https://doi.org/10.1002/jeq2.20171 27. Lei G.L., Zhang H.C., Chang F.Q. et al. Biomarkers of modern plants and soils from Xinglong Mountain in the transitional area between the Tibetan and Loess Plateaus // Quaternary International. 2010. Vol. 218. P. 143–150. 28. Maioli O.L., Rodrigues K.C., Knoppers B.A. et al. Distribution and sources of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons in suspended particulate atter in water from two Brazilian estuarine systems // Continental Shelf Research. 2011. Vol. 31. P. 1116–1127. 29. Peters K., Moldowan J. The biomarker Guide: Interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments. Prentice hall, Englewood cliffs. NJ, 1993. 363 p. 30. Peters K., Walters C., Moldowan J. The Biomarker Guide: Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth history // 2nd edition, NY, 2005. Vol. 2. 31. Rao Z.G., Wu Y., Zhu Z.Y. et al. Is the maximum carbon number of long-chain n-alkanes an indicator of grassland or forest? Evidence from surface soils and modern plants. // Chinese Sci. Bull. 2011. Vol. 56, № 16. P. 1714–1719. 32. Tissot P., Welte D. Petroleum formation and occurrence. 2nd ed. Berlin, 1984. 699p.