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          摸清海洋浮油污染“家底” 遙感技術描繪全球首幅浮油分布圖

          【摘要】:
          該研究首次勾勒出一幅全球海洋浮油圖。團隊研究發現,人類活動是全球海面浮油的最主要來源,人為來源的浮油占全球浮油總面積約94%。同時,近海浮油污染更加嚴重,50%的浮油集中于距岸38千米海域內。在航運繁忙的海域,研究還首次觀測到21條與航線高度吻合的高密度浮油污染帶。

           

           

           

           

           

           

           

          摸清海洋浮油污染“家底” 遙感技術描繪全球首幅浮油分布圖

           

           

           

           

           

           

           

           

          該研究首次勾勒出一幅全球海洋浮油圖。團隊研究發現,人類活動是全球海面浮油的最主要來源,人為來源的浮油占全球浮油總面積約94%。同時,近海浮油污染更加嚴重,50%的浮油集中于距岸38千米海域內。在航運繁忙的海域,研究還首次觀測到21條與航線高度吻合的高密度浮油污染帶。

          海洋浮油,如同散布在洋面上的一塊塊“牛皮癬”,讓一片“深藍”變得渾濁不堪。它們來自何處,又在哪里形成“重災區”?

          6月17日,刊載于國際權威學術期刊《科學》上的一篇論文,首次勾勒出一幅全球海洋浮油圖。

          南京大學領銜的中美科學家團隊研究發現,人類活動是全球海面浮油的最主要來源,人為來源的浮油占全球浮油總面積約94%。同時,近海浮油污染更加嚴重,50%的浮油集中于距岸38千米海域內。在航運繁忙的海域,研究還首次觀測到21條與航線高度吻合的高密度浮油污染帶。該文同時被《科學》新聞團隊推薦為當期亮點文章。

          浮油主要分布在沿海地區

          “海洋浮油是漂浮在海面上的礦物油膜。”論文的通訊作者、南京大學地理與海洋科學學院教授劉永學將海洋浮油分為自然來源和人為來源,前者來自海底油氣層滲漏的天然烴,后者來自船舶、海上油氣平臺、海底油氣管道和陸地排放。

          “浮油污染嚴重威脅海洋生物多樣性和生態環境,污染物中的多環芳烴等有毒物質也會沿著食物鏈累積,威脅食品安全。”劉永學常年關注海洋生態,幾年前,他和團隊建立全球海洋油氣開發平臺數據庫時,常發現這些海上平臺附近有很多浮油,幾個問題也隨之浮上心頭,“這些浮油來自哪里,與人類活動有關嗎,全球的海洋浮油有多少是人為造成的?”

          2019年起,劉永學團隊決定為全球海洋浮油分布理清“家底”。但浮油的生存周期往往在1周以內,它們會在風、海浪等海洋動力的助力下慢慢擴散、崩解、分化,如何定位浮油?

          “海面的浮油會抑制海面毛細波和短重力波,降低海面粗糙度,在合適風速下成像的合成孔徑雷達影像中,浮油后向散射信號減弱,表現為黑色暗斑。我們從谷歌地球引擎的云計算平臺獲取、處理了全球2014—2019年56萬多幅合成孔徑雷達影像,通過標記點指示影像中可能的浮油區域,再結合海表溫、葉綠素、底形、風速等多源數據,去除海洋浮油類似物,就能獲取浮油的分布、面積等信息。”劉永學介紹,通過這種“目視標記+自動分割”的方法,團隊首次建立了分辨率為10米的全球海面浮油數據集,探測發現全球海洋浮油面積超過法國國土面積的兩倍。

          “浮油主要分布在沿海地區,距離海岸越遠,浮油面積總體減少。浮油分布最密集的區域在距岸7千米海域內,約50%的浮油在距岸38千米海域內,約90%的浮油在距岸160千米內。”劉永學解釋。

          在不同的海岸和海域,浮油的面積差別很大。他介紹,在爪哇海、南海、幾內亞灣及其周邊海域,海面浮油污染最為嚴重。

          在航運繁忙海域,研究還首次觀測到21條與航線高度吻合的高密度浮油污染帶。其中在地中海和黑海有10個油污帶,在霍爾木茲海峽、孟加拉灣、馬六甲海峽、爪哇海等海域有11個船舶油污帶。在這些浮油污染帶外,研究還發現了82982處可能來自船只排放的帶狀浮油,這些污染帶和浮油區至少占全球浮油總面積的19.8%。

          全球共有435個海底自然滲漏中心

          此前,海底油氣層的自然滲漏一直被認為是浮油的一大來源,那么,自然滲漏的浮油又分布在哪里,是否存在規律?

          研究團隊發現,全球共有435個海底自然滲漏中心,這些中心位于距海岸線400千米以內的海域內,水深從4米至5526米不等。其中,墨西哥灣的自然滲漏中心最多,達176個,占總數的40%。幾內亞灣有62個,里海有43個、厄瓜多爾和秘魯海岸有31個。

          “20世紀70年代一份研究顯示的全球自然滲漏圖中有190個近海滲漏點。這190處中,我們在此次研究中發現有48處沒有被識別出來??紤]到這些未識別點位的衛星觀測頻次最少也有138次,我們判斷這要么是自然滲漏頻次很低,要么是沒有滲漏。”劉永學說。

          研究同時發現,世界各地的海上油氣基礎設施附近也會頻繁發生漏油和排放。“新發現有137處與油氣平臺、管道相關的浮油聚集中心,它們絕大多數此前未被發現。”劉永學介紹,其中的111個海洋浮油聚集中心與油氣生產平臺密切相關。其中大西洋東部的北海和挪威海貢獻了34個,其次是幾內亞灣有33個中心,南海和爪哇海有15個。

          此外,有26個浮油聚集中心距離海底油氣管道很近,平均距離不到1千米,科研人員將之歸類為管道浮油中心。

          “需要注意的是,在墨西哥灣中北部,18個海底油氣管道泄油中心距離已知的自然滲漏點不遠,這需要進一步調查它們是由管道滲漏還是自然滲漏造成的??偟膩碚f,所有的管道滲漏中心的浮油只占全球總量的0.5%。”劉永學介紹。

          超九成海洋浮油來自人類活動

          雖然海底自然滲漏中心較以往增多,但圍繞在近海的大量浮油,到底更多來自自然還是人為?

          從遙感影像中甄別漏油點是關鍵。劉永學介紹,海底油氣層如果有滲漏,會在固定位置持續地釋放油,這在時間序列遙感影像檢測結果中呈現出獨特的特征。

          不過,海上油氣開發平臺、海下管道的油污排放也有固定持續排放的特點,如何區分自然滲漏點和浮油人為來源?

          “我們收集了已有的海底油氣管道數據,此前課題組也已建立了全球海洋油氣開發平臺數據庫,數據庫里標注出了這些油氣平臺的分布和數量。隨后根據浮油在時序影像中的空間聚集特征,識別出所有固定持續排放源,再把油氣開發平臺和海底油氣管道的點位排除,剩下的就是海底自然滲漏點。”劉永學說,這兩者區分好后,再加入船舶和來自陸地排油點的數據,就可以將自然和人為排油點分別統計。

          經過統計,研究人員發現,自然滲漏、油氣管道、油氣平臺、船舶和陸基排放浮油面積的比例分別為6.2%、0.5%、1.6%和91.7%,這意味著自然和人為產生的浮油分別為6.2%和93.8%。

          “根據美國國家研究委員會此前推算的1990—1999年的全球浮油量,自然和人為來源占比分別為46.15%和53.85%,而我們此次發現的人為源浮油占比增長了近一倍。”劉永學說,這些人為來源的浮油來自何處可以從另一組數據管中窺豹,根據統計,船舶排放的浮油面積至少是自然浮油的三倍??蒲腥藛T將之歸因于全球海上運輸的擴張。

          “從2000年到2019年,全球海洋運力增長了2.5倍。此外,新興經濟體沿海地區,例如越南、印度尼西亞、馬來西亞和巴西的石油污染尤其顯著,而在過去20多年里,這些地區對全球經濟增長的貢獻率約為25%。”劉永學表示,這是人為源浮油比例升高的潛在原因。

          “事實上,濃度為1至10毫克/升的多環芳烴,就會損害幼魚的心臟發育,即使是少量的石油泄漏也可能對海洋生物產生直接影響。”劉永學認為,污染海洋后再進行生態治理往往得不償失,而且需要耗費更多人力物力,對海洋的保護應該防患于未然。

          “現在知道哪里污染嚴重,就應該主動地采取措施,為子孫后代留下一片蔚藍的海洋。”劉永學呼吁。(來源:科技日報 記者 金鳳)

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