Az olaj mozgása a talajban

Az olaj talajban lévő mozgásánál alapvető különbséget kell tenni az olaj talajban történő szétterülése és a vízben oldott olaj mozgása között. Amíg ugyanis az oldott anyagok a szivárgó talajvízzel együttesen mozognak, addig az olaj laza kőzetekben, talajokban összefüggő olajtestet képez.

Ha az olaj behatol a talajba, lényegében a nehézségi erő hatására mozog lefelé és ún. olajtest alakul ki, melynek alakja és nagysága a talaj és az alatta elhelyezkedő földtani összlettől, valamint az olaj mennyiségétől és fizikai tulajdonságaitól függ.

Ha az első esetben vizsgáljuk az olajtest alakját, egyenletes, egynemű talajban, akkor a 37. ábrán bemutatott szabályos alakú olajtest alakul ki.

37. ábra Olajtest alakja egynemű talajban

Nem egynemű talaj esetében, és a természetben rendszerint ez fordul elő, akkor az olajtest többé-kevésbé szabálytalan alakot vesz fel.

A 38. ábrán látható, hogy a kisebb áteresztő képességű réteg a szivárgó keresztmetszet szétterülését eredményezi, míg a jobb áteresztő képességű rétegbe történő átmenetnél lényegében azonos marad a szivárgási keresztmetszet. Ha a beszivárgási hányad az áteresztőképességhez képest valamely rétegben nagy, akkor oldalirányba terjed ki a határfelület, egészen addig, míg erősen áteresztő réteghez ér.

38. ábra Olajtest alakja különböző áteresztőképességű talajban

Az igen kis áteresztőképességű, finom szemcsézettségű közbenső rétegek (39. ábra), melyek erősebb mértékben képesek visszatartani a szivárgó vizet, pl. iszapos, agyagos homokok vagy agyagok, jelentős mértékben akadályozhatják vagy akár teljesen megszüntethetik az olaj behatolását a mélyebben fekvő képződményekbe. Ilyen esetben az olaj a talajvízszintig nem is jut el.

39. ábra Olajtest elhelyezkedése, ha az olaj át nem eresztő talajhoz ér

Ha a beszivárgott olajmennyiség meghaladja a szivárgási tartomány olajvisszatartó képességét, akkor az olaj a talajvízig hatol.

A 40. ábrán látható asszimetria a talajvíz áramlási iránya miatt jött létre. Ha az olaj közvetlenül behatol a vízvezető rétegbe, akkor a nyomás kiegyenlítődése után gyorsan felemelkedik a talajvíz felszínéig, és egyensúlyi helyzetet vesz fel a kapilláris sávban, elsősorban a talajvízáramlás irányában.

40. ábra Az olajtest eléri a talajvízszintet

Áttekintve az eddigieket, megállapíthatjuk, hogy amíg a szivárgási tartományban az olajbeszivárgás befejeződése után csak a talajszemcsékhez adszorbeált (viszonylag kis mennyiségű) olajtartalom van jelen, addig a kapilláris sávban a szabad olajmennyiségek feldúsulnak és mozgásukat korlátozza a kapilláris erő hatása. Míg a szivárgó sávban viszonylag gyorsan mozog az olaj, addig a kapilláris sávban hónapok múlva, sőt évek múlva is maradnak nagyobb olajmennyiségek.

Ebből következik, hogy nagy olajbalesetek esetén ebből a zónából nem egyszer tekintélyes olajmennyiséget lehet eltávolítani. Ugyanekkor a szennyeződés nem rögzül az olajlencséhez, mert a csapadék az adszorbeált olajból, a talajvíz pedig az olajlencséből old ki olajkomponenseket.

Ezek után vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor a talajvízszint változik.

A 41. ábrán három helyzetet látunk. A középső (B) helyzet megegyezik az ábrával kapcsolatban elmondottakkal. A baloldali (A) ábrán a talajvízszint-süllyedés helyzetét vizsgáljuk egynemű összlet esetén. Ebben az esetben az összegyűlt olaj a talajvízszint és a kapilláris zóna süllyedésével együtt süllyed le, a jobboldali (C) ábrán pedig, amikor az adszorbeálódott olajnyomok maradnak az alsóbb rétegekben.

A valóságban azonban a helyzet bonyolultabb. Ugyanis az olaj egy igen tekintélyes része képes oldódni a vízben, nem beszélve a kőolaj kísérőanyagiról, amelyek hasonlóképpen vízoldhatók. H a kőolaj összefüggő fázisként hatol be a talajba, és ott a beszivárgó csapadékvízzel érintkezik, akkor egyes alkotó oldatba mennek át és vízzel együtt terjednek tovább.

41. ábra Olajtest elhelyezkedése változó talajvízszint esetén

42. ábra Az olajtestből kioldódó olaj útja

Ez a folyamat jön létre, ha az olaj fázisként van jelen a szivárgási tartományban és szivárgó vízzel lép érintkezésbe (42. ábra), vagy ha az olaj fázisként van jelen a talajvíz-tartományban és állandóan érintkezik az áramló talajvízzel (43. ábra).

43. ábra Oldott olaj mozgása a talajvíz áramlás irányába

Ha az olajtest - azaz az olaj, mint fázis - a talajvíz felszíne felett helyezkedik el, akkor a szivárgó víz oldhat ki olajrészeket és a talajvíz felszínére vezeti azokat. Itt kezdődik a horizontális irányú szétterülés a talajvíz áramlási irányába.

Ha az olajtestet egészen a talajvíz-tartományig ér el, akkor az áramló talajvíz old ki olajkomponenseket és azokat magával ragadja. A kioldott olajmennyiség függ az érintkező felületektől, a víz áramlási sebességétől, a víz telítettségi fokától és az olajfajta milyenségétől.

Végül pedig vizsgáljuk meg azt az esetet teljes bonyolultságában, amikor figyelembe veszzük azt, hogy az olajtestből a kis forráspontú, könnyen illó üzemanyagok a talajban is viszonylag könnyen párolognak (43. ábra).

A felszín alatti párolgás függ az olajtermék minőségétől, a nyomástól, a hőmérséklet-gradienstől és a talaj áteresztő képességétől. A szivárgási tartományban elhelyezkedő olajtestet körül tehát szénhidrogén-gőzökből álló olajpárna fog képződni. Hasonlóképpen a talajvízen elfekvő olajlencse felett is kialakul ez a gázburok.

Minthogy a gázosodó üzemanyag-gőzök a levegőnél nehezebbek, ezek zömmel a kapilláris sáv feletti rétegben helyezkednek el, mint ahogy az 44. ábra mutatja. Mindebből következik, hogy ezek a gázok a szivárgó tartományban vándorló vízben oldódnak és növelik a talajvíz szennyeződését.

44. ábra Az olajpárna hatása