背景
人类在北极和南极的活动导致了一系列对人类和环境健康有害的化合物的释放，包括原油和石油产品。在本章中，原油和石油产品指的是实际的液体，石油碳氢化合物指的是构成液体的化合物，如苯。在北极和南极发生的大多数释放量都很小;然而，已经发生了几次更大的地面释放。可以说，在北极发生的最大的释放发生在俄罗斯乌辛斯克市北部(65°N)的Kolva河流域(Vilchek and Tishkov 1997;同理1998)。据估计，在2-3个月的时间里，一个管道系统的多次泄漏释放了103,000-126,000吨原油(其他专家估计释放量高达318,000吨)，即使管道泄漏，该管道系统仍在继续泵油(Vilchek和Tishkov 1997年)。
最近，阿拉斯加输油管道发生了较大的原油泄漏。2001年，阿拉斯加(65°N) Livengood村附近的管道被炸出一个洞，导致约26.5万升泄漏(Spiess 2001)。阿拉斯加普拉德霍湾原油运输线的腐蚀导致761,000至1,010,000升原油被释放到冻土带(JIC 2006)。相对较小的释放与燃料的储存和运输有关工业活动对于北极地区的社区来说，这种情况发生的频率比更大、更显著的释放要高。此类泄漏是交通事故的结果，例如在阿拉斯加西北部(北纬68°)的一个大型锌铅矿，一辆油罐车翻车，导致约10,000升泄漏到冻土带(ADEC 2004a)，或与燃料储存有关的事故，例如在阿拉斯加(北纬68°)的Point Hope村，由于储油罐装满而发生了约9,500升的泄漏(ADEC 2004b)。Rike等人(2003)描述了在位于挪威的朗伊尔城(Longyearbyen)村庄附近的一个地点，土壤中存在石油碳氢化合物Spitzbergen斯瓦尔巴群岛(78°N)的一个岛屿，很可能是由于火灾灭火训练地点随着时间的推移，石油少量释放造成的。
在南极也发生了相对较小的石油产品泄漏。这些发布的主要原因是废物管理不善在研究站的实践。为了希望掩埋在冻土中的废物能够包含在内，来自研究站的大多数废物都被处理在几乎没有工程控制系统的垃圾场(Snape et al. 2002)。此外，人们对石油泄漏的关注很少，因为人们相信冰冻环境中会含有这些化合物(Snape et al. 2002)。调查表明，以这种方式密封污染物是不可行的。在这种环境中，污染物在解冻和解冻期间的流动方式与在更温和的环境中大致相同。此外,冻搅侵蚀暴露出埋藏的污染物，使其暴露于地下水(上冻土)和地表水中的运输过程(Snape等，2001年)。
要了解石油和石油碳氢化合物在北极和南极的冰冻和冻土中的运动，就必须了解不混溶流体(在这里是石油)在未冻土中的运动的基本原理。一些作者对不混溶流体(通常称为非水相液体(NAPL))在非饱和土壤中的运动进行了详细的描述(Mercer和Cohen 1990;威尔逊等，1990;Poulsen和Kueper 1992)。石油被认为是一种轻的非水相液体(LNAPL)，因为流体的比重小于单位。剩下的讨论将集中在石油上。
在地表或地表附近释放的石油将通过非饱和土壤向下移动到地下水位。由于不混溶性，流体作为一种不同的液体迁移，与非饱和土壤中的空气和水分离。水和石油被毛细力锁在部分饱和土壤的孔隙空间中。当石油向下运移时，空气和一些水从孔隙空间中被移出。一旦进入土壤孔隙空间，单个石油化合物将根据每种化合物的特定溶解度及其摩尔分数溶解到土壤水中。这些化合物的溶解度很低，因为大多数石油碳氢化合物是非极性的。石油碳氢化合物对土壤中天然有机物的吸附源于这些化合物的非极性性质。相对低分子量石油碳氢化合物溶解在土壤水中的高挥发性导致这些化合物的一部分分配到气相。气态石油碳氢化合物和空气的混合物在孔隙空间中成为土壤气体。
石油在非饱和土壤中渗透的路径是由土壤的性质决定的;首先是渗透率和孔隙结构。Poulsen和Kueper(1992)的现场研究结果表明，渗透率的微小变化会导致NAPL的极端非均匀分布和一些横向迁移，这也是毛细管力的结果。
当液体的主体通过多孔介质向下移动时，毛细管力固定住了孔隙空间中的一小部分石油。Wilson等(1990)的可视化研究结果表明，固定化的NAPL主要包含在孔隙喉道和土壤水与土壤气之间的薄膜中。孔隙喉道中也含有土壤水分，但被渗透的NAPL所绕过，较大的孔隙体中充满了土壤气体。
渗透石油到达毛细血管边缘，有时被称为近饱和区，由于该区域含水饱和度相对较高，将向横向扩展。对于溢出量，产生足够的水头来取代毛管条纹水中的水，石油进一步向下迁移到地下水位，可能会取代饱和孔隙中的水，导致地下水位下降。随着地下水位的季节性上升和下降，一些石油被固定或困在毛细条纹中，在高水位条件下可能低于地下水位。这种固定的石油由与有机液体主体分离的液体小袋(或神经节)组成(Wilson et al. 1990)。溶解相羽流在地下水位以下的饱和区形成，这是由水面以上和水面以下的石油形成的。
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