摸清海洋浮油污染“家底”遙感技術(shù)描繪全球首幅浮油分布圖

金鳳

該研究首次勾勒出一幅全球海洋浮油圖。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，人類活動(dòng)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(shí)，近海浮油污染更加嚴(yán)重，50%的浮油集中于距岸38千米海域內(nèi)。在航運(yùn)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(lán)”變得渾濁不堪。它們來自何處，又在哪里形成“重災(zāi)區(qū)”？

2022年6月17日，刊載于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上的一篇論文，首次勾勒出一幅全球海洋浮油圖。

南京大學(xué)領(lǐng)銜的中美科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，人類活動(dòng)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(shí)，近海浮油污染更加嚴(yán)重， 50%的浮油集中于距岸38千米海域內(nèi)。在航運(yùn)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(shí)被《科學(xué)》新聞團(tuán)隊(duì)推薦為當(dāng)期亮點(diǎn)文章。

浮油主要分布在沿海地區(qū)

“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(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院教授劉永學(xué)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(tái)、海底油氣管道和陸地排放。

“浮油污染嚴(yán)重威脅海洋生物多樣性和生態(tài)環(huán)境，污染物中的多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)也會(huì)沿著食物鏈累積，威脅食品安全?！眲⒂缹W(xué)常年關(guān)注海洋生態(tài)，幾年前，他和團(tuán)隊(duì)建立全球海洋油氣開發(fā)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫時(shí)，常發(fā)現(xiàn)這些海上平臺(tái)附近有很多浮油，幾個(gè)問題也隨之浮上心頭，“這些浮油來自哪里，與人類活動(dòng)有關(guān)嗎，全球的海洋浮油有多少是人為造成的？”

從2019年起，劉永學(xué)團(tuán)隊(duì)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(nèi)，它們會(huì)在風(fēng)、海浪等海洋動(dòng)力的助力下慢慢擴(kuò)散、崩解、分化，如何定位浮油？

“海面的浮油會(huì)抑制海面毛細(xì)波和短重力波，降低海面粗糙度，在合適風(fēng)速下成像的合成孔徑雷達(dá)影像中，浮油后向散射信號(hào)減弱，表現(xiàn)為黑色暗斑。我們從谷歌地球引擎的云計(jì)算平臺(tái)獲取、處理了全球2014—2019年56萬多幅合成孔徑雷達(dá)影像，通過標(biāo)記點(diǎn)指示影像中可能的浮油區(qū)域，再結(jié)合海表溫、葉綠素、底形、風(fēng)速等多源數(shù)據(jù)，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(xué)介紹，通過這種“目視標(biāo)記+自動(dòng)分割”的方法，團(tuán)隊(duì)首次建立了分辨率為10米的全球海面浮油數(shù)據(jù)集，探測發(fā)現(xiàn)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(qū)，距離海岸越遠(yuǎn)，浮油面積總體減少。浮油分布最密集的區(qū)域在距岸7千米海域內(nèi)，約50%的浮油在距岸38千米海域內(nèi)，約90%的浮油在距岸160千米內(nèi)。”劉永學(xué)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(nèi)亞灣及其周邊海域，海面浮油污染最為嚴(yán)重。

在航運(yùn)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(gè)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(gè)船舶油污帶。在這些浮油污染帶外，研究還發(fā)現(xiàn)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(qū)至少占全球浮油總面積的19.8%。

全球共有435個(gè)海底自然滲漏中心

此前，海底油氣層的自然滲漏一直被認(rèn)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(guī)律？

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，全球共有435個(gè)海底自然滲漏中心，這些中心位于距海岸線400千米以內(nèi)的海域內(nèi)，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(dá)176個(gè)，占總數(shù)的40%。幾內(nèi)亞灣有62個(gè)，里海有43個(gè)、厄瓜多爾和秘魯海岸有31個(gè)。

“20世紀(jì)70年代一份研究顯示的全球自然滲漏圖中有190個(gè)近海滲漏點(diǎn)。這190處中，我們?cè)诖舜窝芯恐邪l(fā)現(xiàn)有48處沒有被識(shí)別出來。考慮到這些未識(shí)別點(diǎn)位的衛(wèi)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(xué)說。

研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，世界各地的海上油氣基礎(chǔ)設(shè)施附近也會(huì)頻繁發(fā)生漏油和排放?！靶掳l(fā)現(xiàn)有137處與油氣平臺(tái)、管道相關(guān)的浮油聚集中心，它們絕大多數(shù)此前未被發(fā)現(xiàn)?！眲⒂缹W(xué)介紹，其中的111個(gè)海洋浮油聚集中心與油氣生產(chǎn)平臺(tái)密切相關(guān)。其中大西洋東部的北海和挪威海貢獻(xiàn)了34個(gè)，其次是幾內(nèi)亞灣有33個(gè)中心，南海和爪哇海有15個(gè)。

此外，有26個(gè)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(gè)海底油氣管道泄油中心距離已知的自然滲漏點(diǎn)不遠(yuǎn)，這需要進(jìn)一步調(diào)查它們是由管道滲漏還是自然滲漏造成的。總的來說，所有的管道滲漏中心的浮油只占全球總量的0.5%?！眲⒂缹W(xué)介紹。

超九成海洋浮油來自人類活動(dòng)

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(diǎn)是關(guān)鍵。劉永學(xué)介紹，海底油氣層如果有滲漏，會(huì)在固定位置持續(xù)地釋放油，這在時(shí)間序列遙感影像檢測結(jié)果中呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。

不過，海上油氣開發(fā)平臺(tái)、海下管道的油污排放也有固定持續(xù)排放的特點(diǎn)，如何區(qū)分自然滲漏點(diǎn)和浮油人為來源？

“我們收集了已有的海底油氣管道數(shù)據(jù)，此前課題組也已建立了全球海洋油氣開發(fā)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫里標(biāo)注出了這些油氣平臺(tái)的分布和數(shù)量。隨后根據(jù)浮油在時(shí)序影像中的空間聚集特征，識(shí)別出所有固定持續(xù)排放源，再把油氣開發(fā)平臺(tái)和海底油氣管道的點(diǎn)位排除，剩下的就是海底自然滲漏點(diǎn)?！眲⒂缹W(xué)說，這兩者區(qū)分好后，再加入船舶和來自陸地排油點(diǎn)的數(shù)據(jù)，就可以將自然和人為排油點(diǎn)分別統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，研究人員發(fā)現(xiàn)，自然滲漏、油氣管道、油氣平臺(tái)、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(chǎn)生的浮油分別為6.2%和93.8%。

“根據(jù)美國國家研究委員會(huì)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(fā)現(xiàn)的人為源浮油占比增長了近一倍?！眲⒂缹W(xué)說，這些人為來源的浮油來自何處可以從另一組數(shù)據(jù)管中窺豹，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，船舶排放的浮油面積至少是自然浮油的三倍。科研人員將之歸因于全球海上運(yùn)輸?shù)臄U(kuò)張。

“從2000年到2019年，全球海洋運(yùn)力增長了2.5倍。此外，新興經(jīng)濟(jì)體沿海地區(qū)，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(qū)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率約為25%。”劉永學(xué)表示，這是人為源浮油比例升高的潛在原因。

“事實(shí)上，濃度為1至10毫克/升的多環(huán)芳烴，就會(huì)損害幼魚的心臟發(fā)育，即使是少量的石油泄漏也可能對(duì)海洋生物產(chǎn)生直接影響?！眲⒂缹W(xué)認(rèn)為，污染海洋后再進(jìn)行生態(tài)治理往往得不償失，而且需要耗費(fèi)更多人力物力，對(duì)海洋的保護(hù)應(yīng)該防患于未然。

“現(xiàn)在知道哪里污染嚴(yán)重，就應(yīng)該主動(dòng)地采取措施，為子孫后代留下一片蔚藍(lán)的海洋?！眲⒂缹W(xué)呼吁。