Космические исследования океана

На главную страницу семинара


Тема 1      Исследования Мирового океана средствами дистанционного зондирования

    Поля и явления Мирового океана, исследуемые дистанционными методами


10. Нефтяное загрязнение и органические плёнки

Нефтяное загрязнение морской поверхности обнаруживается на космических снимках благодаря тому, что нефтяная плёнка сдерживает волнение и вызывает появление сликов.

Слики (от англ slick – гладкий, блестящий) – это  гладкие зеркальные полосы или пятна на поверхности океанов, морей или внутренних водоёмов, которые имеют на радиолокационных изображениях практически чёрный цвет. При лёгком бризе они могут иметь вид пятен, а при ветре более 5 м/с разбиваются на узкие полосы. Основная причина их появления – плёнки различных органических соединений, в том числе поверхностно-активных веществ (ПАВ). Источниками органического вещества в океане являются животные и растения, а также естественные источники сырой нефти. Вещества биогенного происхождения образуют на поверхности моря плёнки в несколько мономолекулярных слоёв толщиной 10-7-10-6 см, скапливаясь в районах высокой биологической активности.

Биогенные плёнки – результат жизнедеятельности морских организмов и растений, главным образом, фито и зоопланктона, а также бактерий; они образуются в море при сложных биохимических реакциях в процессе жизнедеятельности и разложения морских организмов, и не могут считаться загрязнениями в прямом смысле слова. Органические пленки сохраняются в море при слабых ветрах в течение продолжительного времени и начинают разрушаться, когда скорость ветра превышает 6-7 м/с. После прекращения действия сильного ветра органические вещества снова выносятся на поверхность и образуют слики.

 

Биогенные плёнки на радиолокационном изображении спутника ERS-1

 © ESA

 

 

Естественное загрязнение моря нефтью – «следы» работы грифонов на морском дне (ЮЗ часть Каспийского моря) на радиолокационных изображениях со спутника Envisat

© ESA

Плёнки антропогенного происхождения на поверхности моря образуют не только нефть и продукты её переработки, но и различные технические и бытовые масла, жирные кислоты и спирты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), содержащиеся в бытовых, промышленных и канализационных стоках.

Разлившаяся в море нефть образует плёнки различной толщины, так как нефть и продукты её переработки представляют собой сложные смеси. Благодаря своим физико-химическим свойствам нефть может существовать в океане довольно долгое время в виде плёнок, в эмульгированном виде или в виде агрегатов. На распространение плёнок по поверхности моря влияют два процесса: перенос (дрейф) под действием ветра, волн и течений и самопроизвольное растекание по поверхности. При сильном ветре пятно разрушается и в слое ветрового перемешивания возникает нефтяная эмульсия (причём водная эмульсия со временем оседает на дно). В отличие от ПАВ/СПАВ, нефть никогда не растекается до мономолекулярных слоёв, а её плёнки имеют большую толщину.

Сброс балластных вод с судна в Чёрном море (снимок с вертолёта)
(Светлое пятно в нижней части снимка
солнечный блик, стрелка указывает на судно)

© СЦ ГМС ЧАМ

 

 

Радиолокационный снимок акватории Северной Атлантики у банки Галисия в районе катастрофы танкера «Престиж» в ноябре 2002 г. Снимок получен со спутника ERS-2. Для чистой морской воды характерен  слабоконтрастный серый фон. Тёмные пятна на этом фоне – поверхностные плёнки нефтяных загрязнений, белые точки морские суда. От танкера «Престиж» белой точки в юго-западной части снимка в северо-восточном направлении тянется тёмный шлейф, который разделяется на два рукава – северный и восточный. Хорошо видны отдельные тёмные пятна эмульсии топлива, образовавшиеся в результате утечки из танков «Престижа» в первые дни аварии.

© ESA, 2002
Источник: http://www.oilcapital.ru/technologies/2003/11/031704_70226.shtml

 

 

  Сброс балластных вод с судна у побережья о.Тайвань (Южно-Китайское море) на радиолокационном снимке со спутника ERS-2

© ESA

 

 

 

Отрицательное воздействие нефтяных загрязнений на морские экосистемы связано как с нарушением процессов взаимодействия океана с атмосферой, так и с накоплением в них вторичных загрязнений. Плёнки нефти и СПАВ оказывают существенное влияние на ряд гидрохимических и гидробиологических процессов в океане. Бактериальное разложение и естественное окисление нефти и нефтепродуктов затруднено.

Всё возрастающее антропогенное загрязнение океана нефтью становится проблемой высокой общественной значимости. Поверхностные загрязнения антропогенного происхождения в основном связаны с разливами нефти и нефтепродуктов, а также с выбросом в море спектра весьма разнообразных веществ бытового и промышленного происхождения. Для обнаружения и исследования плёночных загрязнений моря применяются пассивные и активные датчики в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радио-диапазонах.

 

Нефтяные пятна в районе морских нефтепромыслов (п. Нефтяные камни, Каспийское море) на радиолокационном снимке со спутника ERS-2

© ESA

В настоящее время большинство датчиков выполнено в самолётных вариантах. В видимом и инфракрасном диапазонах пятна загрязнений имеют более светлый тон по сравнению с незагрязненной поверхностью; при малой высоте солнца над горизонтом в видимой области возможен тёмный тон пятен. Тепловые инфракрасные датчики могут работать как в дневное время, так и ночью, однако их показания значительно искажаются при наличии облачности или осадков. Радиолокационная съёмка всепогодна и независима от освещения, однако её возможности ограничены состоянием поверхности моря. Контрасты шероховатости на морской поверхности могут вызывать и другие процессы в океане и атмосфере, создавая сходные радиолокационные образы. Однако способность радиолокаторов к всепогодному мониторингу делает их незаменимым средством дистанционного зондирования.

Возможность радиолокаторов с синтезированной апертурой обнаруживать загрязнения на морской поверхности в целом зависит от геометрии съёмки, скорости ветра (состояния поверхности моря), типа загрязняющего вещества и др. факторов. Тонкие пленки СПАВ обычно наблюдались при скоростях ветра 3-6 м/с, пятна нефти – при ветре до 12 м/с. На радиолокационных снимках можно достаточно точно определить положение, форму и размер пятен; при повторных съёмках – направление и скорость дрейфа. Приведённые выше изображения наглядно демонстрируют возможность радиолокационной съёмки обнаруживать и регистрировать на морской поверхности загрязнения нефтью в широком диапазоне условий окружающей среды.

С помощью радиолокаторов с синтезированной апертурой высокого разрешения возможно осуществлять локальный мониторинг районов морской нефтедобычи на шельфе, морских путей перевозки нефти, оперативно контролировать места аварий танкеров, экологическую обстановку во внутренних морях, в портах и в местах сброса сточных вод. Уже созданы и успешно работают геоинформационные системы для мониторинга нефтяного загрязнения Средиземного моря, районов нефтедобычи на шельфе Северного и Баренцева морей. Для решения задачи обнаружения и локализации нефтяных загрязнений на морской поверхности, а также для определения типа загрязнения необходимо привлекать дополнительную информацию, поскольку визуальный анализ радиолокационных снимков не позволяет достаточно надежно классифицировать наблюдаемые пятна, а также отличить нефтяные слики от сликов органических СПАВ биогенного происхождения.

 

Крупнейший за последние десятилетия нефтяной разлив  в Мексиканском заливе был вызван аварией, произошедшей на нефтяной платформе Deepwater Horizon (компания British Petroleum) 20 апреля 2010 г. Результаты спутникового мониторинга нефтяного загрязнения в Мексиканском заливе по материалам космических съёмок в разных диапазонах спектра подготовлены в Институте космических исследований РАН: http://www.iki.rssi.ru/asp/dep_mexi.htm

Фрагмент изображения MERIS Envisat (композит 7, 5, 2 каналов), разрешение 260 м, полученного 25 апреля 2010 г. Изображение нефтяного пятна в зоне солнечного блика

 

 

Фрагмент изображения ASAR Envisat, полученного 26 апреля 2010 г.

Другие изображения этого нефтяного разлива в разные сроки от 21 апреля до 19 июня 2010 – в материалах ИКИ РАН.


Полезные ссылки:

http://www.rsi.ca/news/feature/current_event_katrina_oil_sep05.asp Нефтяное загрязнение вод Мексиканского залива на радиолокационном снимке со спутника RADARSAT-1 после прохождения урагана Катрина


Наверх

К 1 теме семинара     |     На главную страницу семинара

Интернет-семинары