遥感技术描绘全球首幅浮油分布图
海洋浮油，如同散布在洋面上的一块块“牛皮癣”，让一片“深蓝”变得浑浊不堪。它们来自何处，又在哪里形成“重灾区”？
南京大学领衔的中美科学家团队研究发现，人类活动是全球海面浮油的最主要来源，人为来源的浮油占全球浮油总面积约94%。同时，近海浮油污染更加严重，50%的浮油集中于距岸38千米海域内。在航运繁忙的海域，研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度浮油污染带。
浮油主要分布在沿海地区
“海洋浮油是漂浮在海面上的矿物油膜。”南京大学地理与海洋科学学院教授刘永学将海洋浮油分为自然来源和人为来源，前者来自海底油气层渗漏的天然烃，后者来自船舶、海上油气平台、海底油气管道和陆地排放。
“浮油污染严重威胁海洋生物多样性和生态环境，污染物中的多环芳烃等有毒物质也会沿着食物链累积，威胁食品安全。”刘永学常年关注海洋生态，几年前，他和团队建立全球海洋油气开发平台数据库时，常发现这些海上平台附近有很多浮油，几个问题也随之浮上心头，“这些浮油来自哪里，与人类活动有关吗，全球的海洋浮油有多少是人为造成的？”
从2019年起，刘永学团队决定为全球海洋浮油分布理清“家底”。但浮油的生存周期往往在1周以内，它们会在风、海浪等海洋动力的助力下慢慢扩散、崩解、分化，如何定位浮油？
“海面的浮油会抑制海面毛细波和短重力波，降低海面粗糙度，在合适风速下成像的合成孔径雷达影像中，浮油后向散射信号减弱，表现为黑色暗斑。我们从谷歌地球引擎的云计算平台获取、处理了全球2014—2019年56万多幅合成孔径雷达影像，通过标记点指示影像中可能的浮油区域，再结合海表温、叶绿素、底形、风速等多源数据，去除海洋浮油类似物，就能获取浮油的分布、面积等信息。”刘永学介绍，通过这种“目视标记+自动分割”的方法，团队首次建立了分辨率为10米的全球海面浮油数据集，探测发现全球海洋浮油面积超过法国国土面积的两倍。
“浮油主要分布在沿海地区，距离海岸越远，浮油面积总体减少。浮油分布最密集的区域在距岸7千米海域内，约50%的浮油在距岸38千米海域内，约90%的浮油在距岸160千米内。”刘永学解释。
在不同的海岸和海域，浮油的面积差别很大。他介绍，在爪哇海、南海、几内亚湾及其周边海域，海面浮油污染最为严重。
在航运繁忙海域，研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度浮油污染带。其中在地中海和黑海有10个油污带，在霍尔木兹海峡、孟加拉湾、马六甲海峡、爪哇海等海域有11个船舶油污带。在这些浮油污染带外，研究还发现了82982处可能来自船只排放的带状浮油，这些污染带和浮油区至少占全球浮油总面积的19.8%。
全球共有435个海底自然渗漏中心
此前，海底油气层的自然渗漏一直被认为是浮油的一大来源，那么，自然渗漏的浮油又分布在哪里，是否存在规律？
研究团队发现，全球共有435个海底自然渗漏中心，这些中心位于距海岸线400千米以内的海域内，水深从4米至5526米不等。其中，墨西哥湾的自然渗漏中心最多，达176个，占总数的40%。几内亚湾有62个，里海有43个、厄瓜多尔和秘鲁海岸有31个。
“上世纪70年代一份研究显示的全球自然渗漏图中有190个近海渗漏点。这190处中，我们在此次研究中发现有48处没有被识别出来。考虑到这些未识别点位的卫星观测频次最少也有138次，我们判断这要么是自然渗漏频次很低，要么是没有渗漏。”刘永学说。
研究同时发现，世界各地的海上油气基础设施附近也会频繁发生漏油和排放。“新发现有137处与油气平台、管道相关的浮油聚集中心，它们绝大多数此前未被发现。”刘永学介绍，其中的111个海洋浮油聚集中心与油气生产平台密切相关。其中大西洋东部的北海和挪威海贡献了34个，其次是几内亚湾有33个中心，南海和爪哇海有15个。
此外，有26个浮油聚集中心距离海底油气管道很近，平均距离不到1千米，科研人员将之归类为管道浮油中心。
“需要注意的是，在墨西哥湾中北部，18个海底油气管道泄油中心距离已知的自然渗漏点不远，这需要进一步调查它们是由管道渗漏还是自然渗漏造成的。总的来说，所有的管道渗漏中心的浮油只占全球总量的0.5%。”刘永学介绍。
超九成海洋浮油来自人类活动
虽然海底自然渗漏中心较以往增多，但围绕在近海的大量浮油，到底更多来自自然还是人为？
从遥感影像中甄别漏油点是关键。刘永学介绍，海底油气层如果有渗漏，会在固定位置持续地释放油，这是在时间序列遥感影像检测结果中呈现出的特征。
不过，海上油气开发平台、海下管道的油污排放也有固定持续排放的特点，如何区分自然渗漏点和浮油人为来源？
“我们收集了已有的海底油气管道数据，此前课题组也已建立了全球海洋油气开发平台数据库，数据库里标注出了这些油气平台的分布和数量。随后根据浮油在时序影像中的空间聚集特征，识别出所有固定持续排放源，再把油气开发平台和海底油气管道的点位排除，剩下的就是海底自然渗漏点。”刘永学说，这两者区分好后，再加入船舶和来自陆地排油点的数据，就可以将自然和人为排油点分别统计。
经过统计，研究人员发现，自然渗漏、油气管道、油气平台、船舶和陆基排放浮油面积的比例分别为6.2%、0.5%、1.6%和91.7%，这意味着自然和人为产生的浮油分别为6.2%和93.8%。
“根据美国国家研究委员会此前推算的1990—1999年的全球浮油量，自然和人为来源占比分别为46.15%和53.85%，而我们此次发现的人为源浮油占比增长了近一倍。”刘永学说，这些人为来源的浮油来自何处可以从另一组数据管中窥豹，根据统计，船舶排放的浮油面积至少是自然浮油的三倍。科研人员将之归因于全球海上运输的扩张。
“从2000年到2019年，全球海洋运力增长了2.5倍。此外，新兴经济体沿海地区，例如越南、印度尼西亚、马来西亚和巴西的石油污染尤其显著，而在过去20多年里，这些地区对全球经济增长的贡献率约为25%。”刘永学表示，这是人为源浮油比例升高的潜在原因。
“事实上，浓度为1至10毫克/升的多环芳烃，就会损害幼鱼的心脏发育，即使是少量的石油泄漏也可能对海洋生物产生直接影响。”刘永学认为，污染海洋后再进行生态治理往往得不偿失，而且需要耗费更多人力物力，对海洋的保护应该防患于未然。
“现在知道哪里污染严重，就应该主动地采取措施，为子孙后代留下一片蔚蓝的海洋。”刘永学呼吁。
（据《中国科学报》有删节）
南京大学领衔的中美科学家团队研究发现，人类活动是全球海面浮油的最主要来源，人为来源的浮油占全球浮油总面积约94%。同时，近海浮油污染更加严重，50%的浮油集中于距岸38千米海域内。在航运繁忙的海域，研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度浮油污染带。
浮油主要分布在沿海地区
“海洋浮油是漂浮在海面上的矿物油膜。”南京大学地理与海洋科学学院教授刘永学将海洋浮油分为自然来源和人为来源，前者来自海底油气层渗漏的天然烃，后者来自船舶、海上油气平台、海底油气管道和陆地排放。
“浮油污染严重威胁海洋生物多样性和生态环境，污染物中的多环芳烃等有毒物质也会沿着食物链累积，威胁食品安全。”刘永学常年关注海洋生态，几年前，他和团队建立全球海洋油气开发平台数据库时，常发现这些海上平台附近有很多浮油，几个问题也随之浮上心头，“这些浮油来自哪里，与人类活动有关吗，全球的海洋浮油有多少是人为造成的？”
从2019年起，刘永学团队决定为全球海洋浮油分布理清“家底”。但浮油的生存周期往往在1周以内，它们会在风、海浪等海洋动力的助力下慢慢扩散、崩解、分化，如何定位浮油？
“海面的浮油会抑制海面毛细波和短重力波，降低海面粗糙度，在合适风速下成像的合成孔径雷达影像中，浮油后向散射信号减弱，表现为黑色暗斑。我们从谷歌地球引擎的云计算平台获取、处理了全球2014—2019年56万多幅合成孔径雷达影像，通过标记点指示影像中可能的浮油区域，再结合海表温、叶绿素、底形、风速等多源数据，去除海洋浮油类似物，就能获取浮油的分布、面积等信息。”刘永学介绍，通过这种“目视标记+自动分割”的方法，团队首次建立了分辨率为10米的全球海面浮油数据集，探测发现全球海洋浮油面积超过法国国土面积的两倍。
“浮油主要分布在沿海地区，距离海岸越远，浮油面积总体减少。浮油分布最密集的区域在距岸7千米海域内，约50%的浮油在距岸38千米海域内，约90%的浮油在距岸160千米内。”刘永学解释。
在不同的海岸和海域，浮油的面积差别很大。他介绍，在爪哇海、南海、几内亚湾及其周边海域，海面浮油污染最为严重。
在航运繁忙海域，研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度浮油污染带。其中在地中海和黑海有10个油污带，在霍尔木兹海峡、孟加拉湾、马六甲海峡、爪哇海等海域有11个船舶油污带。在这些浮油污染带外，研究还发现了82982处可能来自船只排放的带状浮油，这些污染带和浮油区至少占全球浮油总面积的19.8%。
全球共有435个海底自然渗漏中心
此前，海底油气层的自然渗漏一直被认为是浮油的一大来源，那么，自然渗漏的浮油又分布在哪里，是否存在规律？
研究团队发现，全球共有435个海底自然渗漏中心，这些中心位于距海岸线400千米以内的海域内，水深从4米至5526米不等。其中，墨西哥湾的自然渗漏中心最多，达176个，占总数的40%。几内亚湾有62个，里海有43个、厄瓜多尔和秘鲁海岸有31个。
“上世纪70年代一份研究显示的全球自然渗漏图中有190个近海渗漏点。这190处中，我们在此次研究中发现有48处没有被识别出来。考虑到这些未识别点位的卫星观测频次最少也有138次，我们判断这要么是自然渗漏频次很低，要么是没有渗漏。”刘永学说。
研究同时发现，世界各地的海上油气基础设施附近也会频繁发生漏油和排放。“新发现有137处与油气平台、管道相关的浮油聚集中心，它们绝大多数此前未被发现。”刘永学介绍，其中的111个海洋浮油聚集中心与油气生产平台密切相关。其中大西洋东部的北海和挪威海贡献了34个，其次是几内亚湾有33个中心，南海和爪哇海有15个。
此外，有26个浮油聚集中心距离海底油气管道很近，平均距离不到1千米，科研人员将之归类为管道浮油中心。
“需要注意的是，在墨西哥湾中北部，18个海底油气管道泄油中心距离已知的自然渗漏点不远，这需要进一步调查它们是由管道渗漏还是自然渗漏造成的。总的来说，所有的管道渗漏中心的浮油只占全球总量的0.5%。”刘永学介绍。
超九成海洋浮油来自人类活动
虽然海底自然渗漏中心较以往增多，但围绕在近海的大量浮油，到底更多来自自然还是人为？
从遥感影像中甄别漏油点是关键。刘永学介绍，海底油气层如果有渗漏，会在固定位置持续地释放油，这是在时间序列遥感影像检测结果中呈现出的特征。
不过，海上油气开发平台、海下管道的油污排放也有固定持续排放的特点，如何区分自然渗漏点和浮油人为来源？
“我们收集了已有的海底油气管道数据，此前课题组也已建立了全球海洋油气开发平台数据库，数据库里标注出了这些油气平台的分布和数量。随后根据浮油在时序影像中的空间聚集特征，识别出所有固定持续排放源，再把油气开发平台和海底油气管道的点位排除，剩下的就是海底自然渗漏点。”刘永学说，这两者区分好后，再加入船舶和来自陆地排油点的数据，就可以将自然和人为排油点分别统计。
经过统计，研究人员发现，自然渗漏、油气管道、油气平台、船舶和陆基排放浮油面积的比例分别为6.2%、0.5%、1.6%和91.7%，这意味着自然和人为产生的浮油分别为6.2%和93.8%。
“根据美国国家研究委员会此前推算的1990—1999年的全球浮油量，自然和人为来源占比分别为46.15%和53.85%，而我们此次发现的人为源浮油占比增长了近一倍。”刘永学说，这些人为来源的浮油来自何处可以从另一组数据管中窥豹，根据统计，船舶排放的浮油面积至少是自然浮油的三倍。科研人员将之归因于全球海上运输的扩张。
“从2000年到2019年，全球海洋运力增长了2.5倍。此外，新兴经济体沿海地区，例如越南、印度尼西亚、马来西亚和巴西的石油污染尤其显著，而在过去20多年里，这些地区对全球经济增长的贡献率约为25%。”刘永学表示，这是人为源浮油比例升高的潜在原因。
“事实上，浓度为1至10毫克/升的多环芳烃，就会损害幼鱼的心脏发育，即使是少量的石油泄漏也可能对海洋生物产生直接影响。”刘永学认为，污染海洋后再进行生态治理往往得不偿失，而且需要耗费更多人力物力，对海洋的保护应该防患于未然。
“现在知道哪里污染严重，就应该主动地采取措施，为子孙后代留下一片蔚蓝的海洋。”刘永学呼吁。
（据《中国科学报》有删节）