Картографирование нефтяных разливов с помощью спутниковых снимков

Нефтяные разливы могут нанести большой вред природной среде и часто являются побочным продуктом нашей зависимости от нефтяных и газовых ресурсов. До сих пор было непросто нанести на карту и узнать, где находятся нефтяные разливы в глобальном масштабе, а также собрать информацию о крупных и относительно небольших нефтяных пятнах, часто встречающихся на морских путях.

Новое исследование с использованием радарных спутниковых снимков Sentinel-1 теперь позволило нанести на карту нефтяные разливы, что позволяет нам реагировать на эти экологические угрозы.

Нефтяные разливы могут быть естественными просачиваниями и могут быть найдены в разных местах; однако, в недавней работе Dong et al. (2022), подавляющее большинство нефтяных пятен в настоящее время связано с антропогенными причинами, причем около 94% всех нефтяных разливов связаны с нашей зависимостью от ресурсов нефти и газа.[1]

Анализ спутниковых снимков для картирования нефтяных разливов

В этой работе было использовано 563 705 изображений Sentinel-1, которые охватывали период между 2014-2019 годами. Нефтяные разливы были обнаружены с помощью синоптических данных, предоставленных SAR-изображениями, которые применялись в предыдущих методах, таких как обнаружение пятен в результате разлива Deepwater Horizon.[2]

Откуда берутся нефтяные пятна?

Ранее считалось, что естественная фильтрация составляет почти 46% нефтяных пятен; однако теперь новое исследование показало, что нефть, найденная естественным путем, обычно из углеводородных коллекторов, выделяющих нефть, составляет относительно небольшой процент. Фактически, судоходство, по-видимому, является основным видом деятельности, вносящим наибольший вклад в образование нефтяных разливов (в 21 регионе обнаружены разливы), а также разработкой нефти и газа на шельфе.

Около 50% разливов можно найти в пределах 38 км от береговой линии. Более 30% нефтяных пятен приходится на Яванское море, Средиземное море и Южно-Китайское море, которые являются самыми активными судоходными регионами в мире.

Спутниковый снимок Sentinel-1, показывающий 35-километровый разлив нефти, произошедший в результате столкновения двух судов в Средиземном море к северу от французского острова Корсика 8 октября 2018 года. Изображение: содержит модифицированные данные Copernicus Sentinel (2018), обработанные ЕКА, CC BY-SA 3.0 IGO.

Гвинейский залив известен самой высокой концентрацией нефтяных разливов.

С 1983 года действует Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов, направленная на ограничение загрязнения нефтью, связанного с судоходством. Однако в настоящее время эта работа показала, что судоходство остается основным компонентом загрязнения нефтью, демонстрируя, что это соглашение не привело к быстрому уменьшению нефтяных разливов в результате деятельности человека.

Учитывая сложность устранения утечек и просачивания нефти, эта работа подчеркивает необходимость быстрого реагирования со стороны регулирующих органов и правительств для обеспечения более строгого контроля за судоходством и нефтяными платформами, которые вносят значительный вклад в наблюдаемые разливы.

Картирование и мониторинг нефтяных разливов

В других исследованиях ранее подчеркивалось, что загрязнение нефтью может увеличиваться, хотя они не определяли это количественно так четко, как Dong et al. Тем не менее, работа Букина и др. (2021) также подчеркнула необходимость более тщательного мониторинга нефтяных разливов.

Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые чаще контролируют активные зоны судоходства, помогает более оперативно выявлять разливы. Используя компьютерное зрение и методы глубокого обучения, теперь можно автоматически обнаруживать нефтяные пятна по мере их появления на судах, а разливы, обнаруженные на снимках, могут информировать власти о существенной утечке нефти с данных судов.[3]

Другие исследования также высветили достижения в области использования химических и биологических диспергаторов, которые способны растворять нефтяные разливы до того, как они достигнут берега или нанесут значительный ущерб морской флоре и фауне.[4] Однако эти возможности по-прежнему часто ограничены, и их нелегко быстро распределить, чтобы реагировать на утечки или разливы.

Хотя такие изменения приветствуются и необходимы, возможно, также было бы проще улучшить стандарты судоходства и обеспечить соблюдение существующих законов, чтобы в большей степени ограничить разливы нефти. Крупные штрафы могут быть введены в качестве потенциальных краткосрочных решений, которые помогут лучше обеспечить соблюдение существующих законов.

Исследования показали, что судоходство и продолжающаяся зависимость от ресурсов нефти и газа создают существенно большую долю нефтяных разливов в наших океанах. Хотя у нас была информация и раньше, но масштабы этого явления теперь лучше поняты, учитывая использование глобального картографирования, проведенного учеными.

Задача будет заключаться в смягчении и ограничении будущих разливов. Существуют такие решения, как использование беспилотных летательных аппаратов для автоматизации мониторинга судоходных путей или даже диспергаторов, которые могут растворять разливы, нам также может потребоваться лучше обеспечивать соблюдение существующих морских законов и серьезно относиться к нашему воздействию на морскую флору и фауну и природную среду. Это может быть реализовано в форме крупных штрафов, налагаемых на судоходные компании или нефтегазовых операторов, которые допускают даже относительно небольшие разливы.

Благодаря результатам, продемонстрированным с помощью снимков Sentinel-1, мы теперь знаем, какие регионы подлежат высокому риску загрязнения нефтяными разливами.


Рекомендации

[1] Подробнее о картировании и распределении нефтяных разливов в период 2014-2019 гг. см.: Донг, Ю.; Лю, Ю.; Ху, С.; Макдональд, И.Р.; Лу, Ю. Хроническое загрязнение мирового океана нефтью. Наука 2022, 376, 1300-1304, doi: 10.1126/science.abm5940.

[2] Подробнее о методах, используемых для обнаружения разливов нефти и пятен, см.: Лейфер И.; Лер У.Дж.; Симечек-Битти Д.; Брэдли Э.; Кларк Р.; Деннисон П.; Ху Ю.; Мэтисон С.; Джонс К.Э.; Холт Б.; и др. Современное дистанционное зондирование разливов нефти со спутников и с воздуха на море: применение к разливу нефти BP Deepwater Horizon. Дистанционное зондирование окружающей среды 2012, 124, 185-209, doi: 10.1016/j.rse.2012.03.024.

[3] Для получения дополнительной информации об использовании беспилотных летательных аппаратов для мониторинга нефтяных разливов см.: Букин О.; Прощенко Д.; Коровецкий Д.; Чехленок А.; Юрчик В.; Букин И. Разработка методов искусственного интеллекта и оптического зондирования для мониторинга нефтяного загрязнения моря с помощью беспилотных летательных аппаратов. Прикладные науки 2021, 11, 3642, doi: 10.3390/app11083642.

[4] Подробнее о биологических или химических вариантах, используемых в качестве диспергаторов для ограничения воздействия нефтяных разливов, см.: Zhu, Z.; Merlin, F.; Yang, M.; Lee, K.; Chen, B.; Liu, B.; Cao, Y.; Song, X.; Ye, X.; Li, Q.K.; и др. Последние достижения в области химического и биологического разложения разлитой нефти: Обзор применения диспергаторов в морской среде. Журнал опасных материалов 2022, 436, 129260, doi: 10.1016/j.jhazmat.2022.129260.