Нефтяная пленка по мировому океану

Тема 1 Исследования Мирового океана средствами дистанционного зондирования

1 0 . 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

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

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)

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.

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

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

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.

Источник

Загрязнение мирового океана нефтью и нефтепродуктами

Использование углеводородов человеком помогло шагнуть человечеству на новую ступень развития. Нельзя представить современные блага без использования нефтепродуктов: привычное топливо и строительство, медицина и косметология и др.

Однако вместе с благами добыча, транспортировка и переработка нефтепродуктов несёт скрытую угрозу экологической системе мирового океана и как следствие планеты.

Возможные негативные последствия загрязнения мирового океана нефтью ещё не до конца осознаны человечеством.

Причины загрязнения водной среды нефтепродуктами и нефтью

Безответственность людей привела к загрязнению вод. Причины нефтяного загрязнения водной среды нефтепродуктами и нефтью многочисленны.

Основные источники загрязнений:

Неконтролируемые выбросы нефти в океан при подводной добыче углеводородов.

Утечка нефти в океане при авариях танкеров и супертанкеров, которые перевозят нефтепродукты.

Сброс балластных вод.

При погрузке и выгрузке углеводородов.

Сточные воды заводов и фабрик, которые приносятся реками.

Загрязнение воды происходит практически постоянно. Огромные маслянистые пятна можно наблюдать в разных местах мировой акватории. До 16 млн. тонн нефти в год попадает в воду по халатности человека.

Вредные воздействия нефтяных загрязнений на окружающую среду

На заре массовой добычи и транспортировки нефтепродуктов считалось, что мировому океану ввиду его необъятности нельзя нанести вред. Верили, что он в состоянии самоочиститься.

Однако масштабы разливов и обволакивающие нефтяные плёнки стали настолько внушительными по занимаемой площади, что природа не справляется с последствиями. Биологическое и химическое окисление разлитой нефти происходит не настолько быстро как попадание углеводородов в водную среду.

Маслянистые плёнки, расползающиеся по поверхности воды, наносят вред водной среде, влияют на флору и фауну океана.

Пока до конца не изучено пагубное влияние нефти на океан и всех его обитателей.

Негативные воздействия на водную среду

Дальнейшие преобразования нефтяных пятен нельзя предвидеть во всех подробностях, так как на них воздействуют различные факторы:

Маслянистые выбросы имеют разные свойства и составы.

Сила ветра, направление волн, близость берега, скал по-разному влияют на дальнейшую судьбу разлитых нефтепродуктов.

В зависимости от температуры воды и воздуха испарение и разложение составляющих нефти имеют разную интенсивность и специфику.

Сложные взаимосвязи всех факторов пока до конца так и не изучены и последствия разлива нефти в мировом океане непредсказуемы.

Как влияют нефтяные загрязнения на фауну?

Для человеческого глаза и сознания более наглядна картина уничтожения животного мира водной акватории:

Морские птицы покрываются маслянистой плёнкой. Пропитанное маслами оперение не способно удерживать тепло (птицы мёрзнут), перьевой покров тяжелеет (птицы не могут летать или летают с трудом). Очищая оперение от загрязнений, вредные масла попадают в организм птиц.

Многие виды рыб гибнут даже от небольшой концентрации в воде углеводородов: расслаиваются мышцы, теряется репродуктивная функция (нежизнеспособность икринок), разрушаются жабры.

Живые организмы, обитающие в верхнем слое воды, погибают под нефтяными разливами от недостатка света, кислорода, отравляющих пестицидов и тяжёлых металлов.

Каждый морской обитатель, попадая в места разлива нефтепродуктов, подвержен опасности и риску смерти.

Решение проблемы загрязнения океана нефтью

Всё чаще человечество выражает тревогу по катастрофически быстро ухудшающемуся состоянию мирового океана. Потеряв такую экосистему, человечество неминуемо ждёт гибель.

Важным шагом на пути решения экологической проблемы является привлечение широкой общественности.

С 2009 года 8 июня отмечается Всемирный день океана. День водных ресурсов ежегодно проходит под девизом «Наши океаны, наша ответственность» 22 марта.

На конференции ООН в 2012 году было предложено использовать водные ресурсы максимально экологично. Принято решение о поощрении исследований причин окисления океана и выработке рекомендаций по устранению негативных последствий разлива нефти в океане.

Решение проблемы загрязнения океана нефтью не лежит в области полномочий одного человека, одного государства или одного континента. Нельзя считать нефтяные пятна в океане экологической проблемой одного государства.

Только осознав масштабы надвигающейся экологической катастрофы, можно объединить разные государства для создания защитных природоохранных мер и избавиться от маслянистого мусора.

Очистка океана от нефтепродуктов

Общественность начинает осознавать необходимость в очистке мировой акватории от загрязняющих нефтепродуктов.

Современные достижения предлагают разные пути решения проблемы:

Механический сбор.
Боновыми (плавучими) заграждениями окружают место утечки нефти и механическим путём собирают продукт при помощи насосов. Недостаток данного вида – невозможность собрать тонкую нефтяную плёнку.

Физико-химический способ основан на создании сорбентов.
Изготавливают из различных материалов (опилки, льняная кастра, рисовая и гречишная шелуха и др.) рулоны или порошки. Очищающего эффекта добиваются, рассыпая или раскладывая на загрязнённую поверхность сорбирующий материал. Впитывая маслянистую жидкость, сорбент очищает поверхность воды. Осевшую на дно или растворённую в воде смесь, сорбент очистить не может.

Биологический способ очистки.
Предполагает биомерацию (внедрение в разлитое нефтяное пятно активных микроорганизмов, которые сложные нефтяные углеводороды приводят к полному разложению). Биомерация – наиболее эффективный способ очистки вод от маслянистых пятен.

Применяя разные способы можно качественно произвести очистку мировой акватории.

Нефтяные катастрофы в океане

Одна из крупнейших катастроф произошла 20 апреля 2010 года. В Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deepwater Horizon произошёл взрыв. Через 2 дня вышка затонула, но ещё на протяжении более 3 месяцев на поверхность залива вытекала нефть (до 700 т в сутки).

Для морских обитателей катастрофы с нефтью в океане несут смерть. Многие из них сейчас находятся на грани исчезновения.

В 1979 году в Карибском море было разлито почти 290 000 тонн нефтепродуктов. При столкновении двух танкеров «Эгейский капитан» и «Атлантическая императрица» – один затонул.

Столкновения танкеров, аварии на нефтяных платформах проходят с завидным постоянством. Атлантический океан – самый загрязнённый океан нефтью. Через него проходят нефтяные пути, и ведется добыча нефти у его берегов