Нефтяное загрязнение и органические пленки

Тема 1 Исследования Мирового океана средствами дистанционного зондирования

10. Нефтяное загрязнение и органические пленки

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

Слики (от англ slick - гладкий, блестящий) - это гладкие зеркальные полосы или пятна на поверхности океанов, морей или внутренних водоемов, которые имеют на радиолокационных изображениях практически черный цвет. При легком бризе они могут иметь вид пятен, а при ветре более 5 м/с разбиваются на узкие полосы. Основная причина их появления - пленки 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 пленки в несколько мономолекулярных слоев толщиной 10^-7-10^-6 см, скапливаясь в районах высокой биологической активности.

Биогенные пленки - 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 пленки на радиолокационном изображении спутника ERS-1

ї ESA

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

ї ESA

Пленки антропогенного происхождения на поверхности моря образуют не только нефть и продукты ее 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 пленки различной толщины, так как нефть и продукты ее переработки представляют собой сложные смеси. Благодаря своим физико-химическим свойствам нефть может существовать в океане довольно долгое время в виде пленок, в эмульгированном виде или в виде агрегатов. На распространение пленок 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 (причем водная эмульсия со временем оседает на дно). В отличие от ПАВ/СПАВ, нефть никогда не растекается до мономолекулярных слоев, а ее пленки имеют большую толщину.

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

ї 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. Темные пятна на этом фоне - поверхностные пленки нефтяных загрязнений, белые точки - морские суда. От танкера 'Престиж' - белой точки в юго-западной части снимка в северо-восточном направлении тянется темный шлейф, который разделяется на два рукава - северный и восточный. Хорошо видны отдельные темные пятна эмульсии топлива, образовавшиеся в результате утечки из танков 'Престижа' в первые дни аварии.

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

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

Все 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 пленочных 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

ї ESA

В настоящее время большинство датчиков выполнено в самолетных 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 темный 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 съемка всепогодна и независима от освещения, однако ее 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 съемки, 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 съемках - направление и скорость дрейфа. Приведенные выше изображения наглядно демонстрируют возможность радиолокационной съемки 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.

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

Космические исследования океана

На главную страницу семинара