Οπτική εμφάνιση του πετρελαίου στην επιφάνεια του νερού

Κατά περιόδους, όταν τα μέσα της τηλεπισκόπησης δεν ήταν ακόμη διαθέσιμα για τη θαλάσσια εποπτεία η οπτική επιθεώρηση ήταν το μόνο μέσο για τον εντοπισμό ρύπων στη θάλασσα. Σε περίπτωση εσκεμμένων απορρίψεων πετρελαίου και, ακόμη σημαντικότερο, έπειτα από τυχαία απόρριψη μεγάλων ποσοτήτων πετρελαίου, η ποσότητα του πετρελαίου και η διανομή της στην επιφάνεια του νερού εκτιμούταν από την οπτική παρατήρηση.

Όπως αναφέρεται στην Σελίδα 3 του κεφαλαίου αυτού, μια νέα πετρελαιοκηλίδα απλώνεται γρήγορα στην επιφάνεια του νερού. Γι'αυτό τον λόγο, τα παχύτερα τμήματα των κηλίδων εξαφανίζονται μέσα σε λίγες ώρες, καθιστώντας έτσι τις δραστηριότητες του καθαρισμού με σκάφη καταπολέμησης πετρελαίου πολύ αναποτελεσματικές ή ακόμα και αδύνατες. Ως εκ τούτου, είναι υψίστης σημασίας να λαμβάνονται πληροφορίες σχετικά με την κατανομή του πάχους του πετρελαίου στο συντομότερο δυνατό χρονικό διάστημα.

Το χρώμα του νερού στην παρουσία του πετρελαίου

Μια οπτική εκτίμηση του πάχους της διαρροής προέρχεται από το χρώμα του λαδιού που επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Αυτό δεν είναι εύκολη υπόθεση: ακόμη και υπό καλές συνθήκες στο φως της ημέρας, ο εμπειρογνώμονας διαρροής πετρελαίου επί ενός σκάφους για την καταπολέμηση των πετρελαιοκηλίδων έχει πολύ περιορισμένη οπτική επαφή. Συνεπώς, είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν στην επιφάνεια της θάλασσας χαρακτηριστικά κατά πολύ περισσότερο από εκατό μέτρα απόσταση. Αυτό είναι πολύ πιο εύκολο όταν πετάμε πάνω από τη διαρροή πετρελαίου και να κοιτάζουμε προς τα κάτω, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Μέρος μιας πετρελαιοκηλίδας από 50μ³, με βαρύ διαρροή μαζούτ, που λαμβάνεται με φωτογραφική μηχανή που κοιτάζει στο ναδίρ στα 200μ. υψόμετρο πτήσης. Το μέγεθος της εικόνας επί του εδάφους είναι 370μ x 250μ.

Σε αυτή την φωτογραφία μπορεί κανείς να δει ότι το πετρέλαιο δεν απλώνεται με τον ίδιο ρυθμό πάνω από την επιφάνεια του νερού. Υπάρχουν περιοχές με ένα βαθύ καφέ χρώμα. Υπάρχουν, επίσης, περιοχές όπου υπάρχει μια ασημί λάμψη, και επίσης μερικά σημεία όπου η επιφάνεια της θάλασσας φαίνεται σχεδόν καθόλου να έχει πειραχθεί από το πετρέλαιο.

Πώς μπορούμε να εξηγήσουμε αυτή την ποικιλία των χρωμάτων; Το βαρύ μαζούτ που χρησιμοποιείται για την κίνηση των πλοίων έχει ένα βαθύ καφέ χρώμα. Μπορούμε λοιπόν να υποθέσουμε ότι οι σκούρο καφέ περιοχές στην φωτογραφία αντιστοιχούν στα παχύτερα τμήματα της διαρροής, με ένα πάχος στρώματος στο φάσμα του χιλιοστού με εκατοστού. Οι τομείς αυτοί είναι η πηγή των ενώσεων πετρελαίου, οι οποίες μεταδίδονται με μεγάλη ταχύτητα πάνω από την επιφάνεια του νερού, και παράγουν στρώματα με πάχος μερικών μικρόμετρων.

Το φως της ημέρας απορροφάται πολύ λιγότερο σε αυτές τις λεπτές στρώσεις από ό, τι στα παχύτερα στρώματα. Οι λεπτές στρώσεις συνεπώς, είναι σχεδόν διαφανές. Την ίδια στιγμή το φως της ημέρας αυξάνει της αντανάκλασης. Η ανακλαστικότητα R μιας ουσίας είναι στενά συνδεδεμένη με διαθλαστικό δείκτη n, δηλαδή, ένας υψηλότερος διαθλαστικός δείκτης οδηγεί σε υψηλότερη ανακλαστικότητα. Η εξίσωση για την ανακλαστικότητα του φωτός που λάμπει στην κάθετη επίπτωση σε ένα υγρό (νερό ή λάδι) είναι:

Ο δείκτης διάθλασης του αέρα είναι κοντά στο 1. Για το καθαρό νερό ο δείκτης διάθλασης είναι n_νερό=1,33, και ως εκ τούτου R_νερό= 0,02 ή 2% του προσπίπτοντος φωτός που αντανακλάται πίσω στον ουρανό. Με n_{πετρέλαιο}=1,5 για το πετρέλαιο, προκύπτει R_{πετρέλαιο} = 0.04 ή 4%. Ως εκ τούτου, η ανακλαστικότητα του πετρελαίου είναι δύο φορές υψηλότερη από αυτό του νερού. Αυτό εξηγεί την ασημένια λάμψη των λεπτών στρώσεων του πετρελαίου σε σχέση με τον νερό γύρω από το πετρέλαιο που δεν έχει μολυνθεί απο την πετρελαιοκηλίδα.

Οι έμπειροι λειτουργοί χρησιμοποιούν τον ακόλουθο πίνακα για τον υπολογισμό του πάχος της πετρελαιοκηλίδας ανάλογο με το χρώμα της επιφάνειας της θάλασσας:

Βιογενικές κηλίδες

Δεν προέρχονται όλες οι κηλίδες που μπορείτε να δείτε στην επιφάνεια του νερού από ορυκτέλαιο. Πράγματι, σε ήρεμες συνθήκες ανέμου μπορείτε να βρείτε κηλίδες, σε σχεδόν κάθε φυσική επιφάνεια του νερού. Ένα παράδειγμα φαίνεται στη παρακάτω φωτογραφία.

Κηλίδες στην επιφάνεια του νερού, από εξιδρώματα των φυκών.

Αυτές οι φυσικές κηλίδες παράγονται από φύκια τα οποία εκχυλίζουν ουσίες που δεν διαλύονται με νερό. Συνεπώς, οι ουσίες αυτές προκαλούν επιφανειακά στρώματας που δύσκολα μπορεί να διακριθούν από ορυκτές πετρελαιοκηλίδες. Το πάχος του φυσικού στρώματος είναι συνήθως της τάξης του ενός μορίου μόνο. Ως εκ τούτου ονομάζονται μονομοριακές κηλίδες!

Παρά το γεγονός ότι έχουν πολύ μικροσκοπικό πάχος, οι φυσικές κηλίδες αντακλούν το φως της ημέρας καλύτερα από ό, τι το νερό που δεν έχει μολυνθεί από πετρέλαιο, γεγονός που εξηγεί την καλή ορατότητά τους.

Σχειτκοί σύνδεσμοι SEOS

• Φύλλο εργασίας: Οπτική εμφάνιση του πετρελαίου στην επιφάνεια του νερού,
  ως σελίδα html or as σε μορφή rtf για εκτύπωση
• The Side-looking Airborne Radar (SLAR)
• The UV-IR Scanner
• The Microwave Radiometer (MWR)
• The Laser Fluorosensor (LFS)