Космонавтика - экологии
Спутниковым мониторинг антропогенных загрязнений прибрежной зоны
О. Ю. ЛАВРОВА,
кандидат физико-математических наук М. И. МИТЯГИНА, кандидат физико-математических наук Институт космических исследований РАН
Прибрежные зоны океанов и морей представляют собой целостный географический и экологический объект с уникальными и, как правило, ценными свойствами. В России их изучают и осваивают, чтобы решать экономические проблемы, обеспечивать социально приемлемые и экологически безопасные условия для жизни людей. К сожалению, прибрежные зоны, обладающие огромным экономическим и
АНТРОПОГЕННЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВБЛИЗИ МОРСКИХ БЕРЕГОВ РОССИИ
В последние годы резко возросло загрязнение нефтепродуктами прибрежной зоны российских морей. Это вызвано увеличением объемов перевозок морским транспортом, в частности экспортируемой нефти, вводом в эксплуатацию новых нефтя-
биологическим потенциалом, подвергаются антро-
ных терминалов и морских буровых установок, выносом реками загрязненных вод. Нефтяные загрязнения не только пагубно воздействуют на флору и фауну прибрежных районов, нарушая процессы физико-химико-биологического обмена в системе океан-атмосфера, но влияют также на социальные процессы. При своевременном обнаружении экологи-
погенному воздействию в первую очередь.
ческой опасности ущерб в сельском хозяйстве и индустрии туризма может быть снижен в десятки раз.
Прибрежный регион Краснодарского края, единственная курортная зона России на Черном море, испытывает значительное антропогенное воздействие. Особенно сложна экологическая обстановка в районе Новороссийска, крупнейшего российского
26
© Лаврова О.Ю., Митягина М.И.
Фрагмент радиолокационного изображения, полученного со спутника "Епу1ваГ (размер 45 х х 30 км, разрешение 12.5 м). Видны катастрофические разливы нефти общей площадью более 200 км2. Каспийское море, район Апшеронского полуострова и поселка "Нефтяные камни". 10 сентября 2004 г. ЕБЛ.
порта на Черном море. Ежегодно через него экспортируется около 32 млн. т нефти, а в ближайшие 10 лет объем перекачки, с учетом увеличения экспорта с каспийских месторождений, может увеличиться втрое. Ситуация усугубляется еще и тем, что возможности Черного моря для самоочищения весьма ограниченны, во-первых, в силу слабого водообмена с сопряженным бассейном, а во-вторых, из-за крайне слабого вертикального перемешивания.
Каспийское море -первый в мире крупный водоем, который подвергся масштабному нефтяному загрязнению. По расчетам специалистов, с момента начала разработки бакинского месторождения в Южный Каспий поступило при добыче и транспортировке 2.5 млн. т сырой нефти, что в корне изменило условия среды на западном шельфе. Изношенность оборудования на старейших морских буровых платформах ухудшает ситуацию, происходят практически каждодневные выбросы нефтепродуктов в море.
Ситуация на Балтийском море в настоящий момент выглядит менее
угрожающей, но случаются сбросы нефтепродуктов с судов. В последние годы здесь построены новые нефтяные терминалы, одновременно возросла транспортировка нефти судами и, соответственно, увеличился риск аварий. Ежедневно в Балтийском море находится около 2 тыс. больших кораблей и танкеров. Судоходство, включая транспортировку и перевалку нефти на терминалах, оказывает основное негативное влияние на морскую окружающую среду и береговую зону. По оценке Финского института окружающей среды (2004), в Балтийском море ежегодно появляется около 10 тыс. нефтяных пятен. Особую озабоченность экологов вызвал ввод в эксплуатацию в 2004 г. нефтяной платформы на расстоянии всего
22 км от уникального заповедника Куршская коса.
Через российскую часть Баренцева моря осуществляется транспортировка экспортной российской нефти и нефтепродуктов на западный рынок. В соответствии с оценками норвежских государственных служб, ежегодные объемы экспорта российской нефти, перевозимой морским транспортом вдоль северных берегов Норвегии и через российский сектор, в течение следующего десятилетия могут достичь 50150 млн. т.
ПРИБРЕЖНЫЙ МОНИТОРИНГ МОРЕЙ РОССИИ
В настоящее время необходим постоянный мониторинг прибрежной зоны практически всех российских морей. Вследствие больших размеров аквато-
Спутник Европейского космического агентства "Envisat", запущенный в марте 2002 г., на котором установлен радиолокатор с синтезированной апертурой ASAR.
рий, а зачастую и географической удаленности, задача может быть решена только методами дистанционного зондирования из космоса.
Особое место в ряду средств космического дистанционного зондирования морской поверхности принадлежит микроволновым приборам. Их излучение с длинами волн от нескольких миллиметров до нескольких дециметров слабо поглощается атмосферой и облаками и потому позволяет осуществлять круглосуточный мониторинг поверхности Земли практически при любых метеорологических условиях. Пространственное разрешение космических микроволновых приборов составляет от десятка метров (для микроволновых радиолокаторов
с синтезированной апертурой) до нескольких километров (для пассивных измерителей - радиометров с реальной антенной апертурой) при полосе обзора от 100 до 1500 км. Эти приборы незаменимы при изучении Мирового океана.
Мониторинг загрязнений морской поверхности осуществляется сегодня с помощью специально оборудованных самолетов и кораблей, а также спутниковых радиолокаторов. Но морские и авиационные средства наблюдения малочисленны и дорогостоящи. Кроме того, существенно ограничивают оперативность и регулярность этого мониторинга неблагоприятные погодные условия, недостаточная освещенность и удаление от береговой черты, а также невозможность работать в воздушном пространстве и на акватории сопредельных государств. Действующие ныне системы мониторинга при благоприятных условиях способны эффективно отслеживать в основном крупные (аварийные) разливы
нефтепродуктов. Загрязнения среднего и малого масштаба, такие как утечки нефтепродуктов при транспортировке морем, выбросы при эксплуатации морских нефтедобывающих платформ, сбросы с кораблей вод, содержащих нефтепродукты, а также жидкие промышленные отходы или их регулярный вынос реками, как правило, не выявляются. Между тем вклад подобных загрязнений в общую картину значительнее, чем единичных катастрофических разливов.
Регулярный оперативный мониторинг акватории российских морей до сих пор не проводится. В полуоперативном режиме с 2003 г. выполняется лишь ежегодный спутниковый мониторинг состояния природной среды прибрежной полосы российского сектора Азовского и Черного морей. Сотрудники лаборатории Аэрокосмической радиолокации Института космических исследований РАН непосредственно участвуют в этом и других проектах, обеспе-
Радиолокационное изображение (70 х 100 км) морской поверхности в районе Керченского пролива, полученное со спутника "Envisat"2 августа 2006 г. 1,2 -пленки нефтяных загрязнений; 3 - пленки биогенных загрязнений вдоль линий тока поверхностных течений; 4 - пленки биогенных загрязнений вдоль линий тока циклонического вихря; 5 -области ветрового затишья; 6 -скопление судов. Во врезке -участки особенно сильного загрязнения. Общая площадь нефтяного загрязнения: на участке 1 - 0.7км2, 2- 1.1 км2. ESA.
чивая прием, обработку и интерпретацию данных спутниковой радиолокации морской поверхности.
Основное средство спутникового контроля состояния морской поверхности и оценки степени загрязненности - радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), установленные на искусственных спутниках Земли "ЕПЗ-2"и "Ет'^а" Европейского космического агентства и 'Яабагэа^' Канадского космического агентства. Они обеспечивают возможность круглосуточной работы и всепогодной съемки, так как атмосфера практически прозрачна для используемого микроволнового излучения. Высокое пространственное разрешение современных
космических радиолокаторов (с синтезированной апертурой) позволяет с необходимой точностью определять нефтяные загрязнения даже небольшого размера.
Нефтяные загрязнения в море резко меняют поверхностное натяжение воды, что приводит к гашению волнения сантиметрового диапазона. На радиолокационных изображениях (РЛИ) они выглядят как темные пятна на светлом фоне. Следует отметить, что применительно к данной проблеме РСА обладают и некоторыми существенными недостатками. Главный из
них состоит в том, что видимое на РЛИ "сглаживание" поверхностного волнения может быть вызвано не только пленочными загрязнениями различной природы, но и другими причинами. Это, например, ослабление приповерхностного ветра, образование пленки цветущих водорослей. Поэтому для интерпретации радиолокационных данных необходимо измерять скорости ветра и течений, температуры, содержания биомассы.
СБРОСЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ -НА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ
Катастрофические разливы нефтепродуктов,
главным образом при авариях танкеров, происходят, к счастью, довольно редко, но они привлекают внимание прессы и общественности. Гораздо чаще загрязнения поверхности моря бывают вызваны рутинными операциями на судах. Незаконные сбросы промывочных и балластных вод настолько распространены, что в совокупности наносят неизмеримо больший ущерб экосистеме морей, чем отдельные катастрофические разливы нефти.
Один из главных характерных признаков, помогающих выявить нефтяное пятно на РЛИ, - его геометрическая форма. С этой точки зрения сбросы
Сброс содержащих нефтепродукты вод с движущегося судна на участке Анапа-Геленджик. Длина следа - 32 км (1). 19 сентября 2006 г. Спутник "Envisat". ESA.
с кораблей можно условно разделить на два класса, в зависимости от того, происходят они на ходу или при остановке судов. В обоих случаях на фоне общей структуры пятна на РЛИ выглядят "инородными телами".
При сбросе загрязняющих вод с судна, находящегося в движении, пятно
с.ш.
44°
43°
> -
* \Новорос V о* ** * * * сийск Туапсе
** * к * -эК- * * * * * * \Сочи * X :
* ЧЕРНОЕ М ОРЕ ■ *
36° 37° 38° 39° 40°
в.д.
Обобщенная карта-схема участков нефтяных загрязнений в российском секторе Черного моря в апреле-октябре 2006 г. вблизи терминал
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.