X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Поиск нефтяных месторождений и разливов нефти в Каспийском море орбитальным радиолокационным методом
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Каспийское море – крупнейшее озеро на планете – является судоходным. Из-за этого на поверхности постоянно появляются загрязнения от выбросов судами остатков нефтепродуктов, топлива. Помимо этого, зачастую оказываются замеченными нефтяные плёнки, находящиеся далеко от судоходных трасс, в местах, где не занимаются судовым промыслом.
Нефтяные плёнки опасны для морской фауны, т.к. перекрывают поступление света и кислорода в воду.
При попадании во внутренние органы нефть и нефтепродукты вызывают внутреннее кровотечение.
Передо мной поставлена задача найти и определить природные и антропогенные разливы нефти на поверхности Каспийского озера, используя снимки со спутников, предоставляемые в открытом доступе. Это позволит открыть новые месторождения нефти и определить точки для отправки судов для очистки воды от неприродных загрязнений. Всё это даст новый источник одного из самых необходимых в наше время ресурсов и, к тому же, позволит улучшить экологическую обстановку в акватории Каспийского моря.
Цель
Своей целью я определила поиск разливов нефти на поверхности Каспийского моря, систематизацию информации о них на основе данных с радиолокационных и оптических снимков со спутников и создание областей на карте, в которых, предположительно, находятся месторождения.
Задачи
Для достижения цели были выделены основные задачи
Определение временного промежутка изучаемых данных
Сбор материала для работы
Формирование базы из полученных данных
Оцифровка разливов нефти
Анализ полученных данных
Формирование карты с готовыми данными
Используемые методы
Для нахождения сликов я изучала снимки оптических и радиолокационных спутников. Разные спутники фиксируют волны разной длины, поэтому показывают или игнорируют отличные друг от друга материалы (волна с маленькой длиной будет замечать более мелкие предметы и быстрее затрачивать энергию, отчего быстрее рассеется. В свою очередь, волны с большой длиной могут огибать некоторые препятствия и распространяться дальше).
На оптических снимках изображение идёт в обычном видимом диапазоне, поэтому нефть видна как чёрное пятно на голубой воде. Недостаток такого метода заключается в том, что облака могут закрыть обзор, отчего поверхность воды в нужной области не видна, и можно перепутать тень от объекта в небе с нефтью (данная ситуация не так проблемна, т.к. в подобных случаях несложно заметить одинаковую форму у тени и облака рядом). Также, оптическая съёмка является пассивной, поэтому снимать можно только при солнце.
Радиолокационные волны, испущенные спутником, проходят сквозь облака и отражаются от воды обратно к спутнику. Нефтяные плёнки гладкие и плохо рассеивают волны, отчего на снимках видны чёрные пятна. Также волны не поглощаются и хорошо отражаются плоскими поверхностями, как крыши судов, что позволяет отследить виновника антропогенного разлива (можно даже отследить направление движения судна, т.к. на снимке виден кильватер). Спутник сам отправляет радиоволны, поэтому может снимать в любое время суток. Недостаток такого метода в том, что множество объектов, даже водная гладь в штиль, тоже окрашены в чёрный цвет на снимке.
При определении источника загрязнения учитываются местоположение, форма и регулярность появления разлива. Антропогенные разливы обычно имеют вытянутую форму и идут вдоль судоходных трасс (могут смещаться ветром и течением). Природные разливы имеют форму петель или дуг и появляются в одних и тех же местах несколько раз (регулярность – самый важный признак природного разлива).
Используемы ресурсы
Project.scanex – радиолокационные снимки, направление и скорость ветра, судоходные трассы, данные AIS (предоставлены канадской компанией exactEarth), карта глубин (предоставлена компанией Транзас)
Sentinel-hub – оптические снимки
Worldview – температура воды
Результат изучения снимков
Были изучены снимки на промежутке времени с 1 по 31 мая 2019 года. В результате, мной отмечены на карте 197 сликов [прил. А] на 84 снимках (17 снимков на Sentinel-2, 57 снимков на Sentinel-1, 10 снимков на Landsat). 115 сликов были определены как природные, остальные 82 – антропогенные. Информация о дате, времени, координатах, площади разлива, ветре, температуре воды представлена в виде таблицы. Наиболее часто фиксированные температура и скорость ветра близ разливов 16°С (47 случаев) и 4 м/с (70 случаев).
Анализ полученных данных
После нанесения всех сликов на карту было выдвинуто предположение о возможном расположении месторождений нефти [прил. Б]. Их количество оказалось равным 38. Месторождения выделены буферными зонами диаметром до 3000 метров, внутри которых и находятся. Наиболее обеспеченный нефтяными месторождениями участок – запад южной части Каспийского моря [прил. В]. Наиболее загрязнённые человеком участки – северо-запад, север и юго-восток южной части Каспийского моря. Данные участки расположены рядом с судоходными путями. Больше всего разливов у порта Баку [прил. Г].
Суммарная площадь разливов за период составила 4070,26 кв. км, из которых 2981,26 кв. км – природные разливы, 1089 кв. км – антропогенные. Средняя площадь разливов – 20,66 кв. км (13,28 кв. км для антропогенных; 25,92 для природных).
Мной также было отмечено, что при повышении температуры воды увеличивается площадь слика [прил. Д]. Это объясняется тем, что при повышении температуры вязкость нефти уменьшается.
Большая часть сликов была замечена в дни, когда вода в море тёплая. Из 197 сликов только один окружён водой с температурой ниже 14°С [прил. Е]. Это объясняется тем, что в холодной воде нефть содержится в виде одного небольшого сложно замечаемого сгустка, а в тёплой растекается.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Карта разливов
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Карта месторождений
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Карта области наиболее эффективной добычи
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Карта областей наибольшего загрязнения
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
График зависимости площади слика от температуры воды
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
График распределения разливов по температурам
11