Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 1, стр. 94-98

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Для выявления факельных установок, функционирующих на ключевой территории иссле- дования, использовались снимки спутников Ландсат,   находящиеся в свободном доступе (https://www.usgs.gov/land-resources/nli/landsat). На ключевой территории исследования площадью 77 000 км², расположенной в пределах степной и лесостепной зон Волго-Уральского региона (Заволжье и Общий Сырт), размещены около 200 нефтегазовых месторождений. Данная территория находится в границах одной сцены спутника Ландсат (рис. 2).

Рис. 2.

Ключевая территория исследования в границах Волго-Уральского степного региона: 1 – Волго-Уральский степной регион, 2 – нефтяные месторождения (согласно открытым данным ФАН “Роснедра” [7]), 3 – ключевая территория исследования.

В процессе экспертного анализа изображений Ландсат-8 авторами установлено, что источники открытого огня хорошо выявляются при отображении зимних снимков в сочетании каналов инфракрасного спектра. Подобное отображение снимков позволяет идентифицировать местонахождения термоточек в границах месторождений и соответственно решить первую задачу исследования (рис. 3).

Рис. 3.

Идентификация факельных установок на основе изображений Ландсат: 1 – факельная установка, 2 – направление распространения газового шлейфа.

В ходе наземных исследований было выявлено, что вблизи горящих факелов сжигания ПНГ, особенно наземных горизонтальных установок, отмечается повышение температуры приземного слоя атмосферы. Точки размещения нескольких факельных установок были зафиксированы с помощью GPS-навигатора. На основе тематической обработки тепловых каналов снимков Ландсат-8 в специализированном ПО ENVI 5.2 произведен анализ изменения температуры земной поверхности в радиусе действия факельных установок с шагом 30 м (1 пиксель изображения Landsat). Указанный способ позволяет установить основные параметры теплового воздействия на ландшафты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

С помощью изображения Ландсат-8 на ключевой территории исследования в границах нефтегазопромыслов обнаружено 112 термоточек. Выявлено, что при функционировании факельных установок температура земной поверхности может увеличиваться более чем на 8 градусов в радиусе от 30 до 350 м от точки открытого огня (рис. 4).

Рис. 4.

График изменения температуры земной поверхности в радиусе действия факельных установок по данным термоканала спутника Ландсат: (а) Боголюбовского месторождения; (б) Покровского месторождения; (в) Первомайского месторождения; (г) Герасимовского месторождения. Расстояние между точками измерения составляет 1 пиксель (30 м). Источник тепла (факел) расположен в точке максимального значения температуры.

Согласно исследованиям V.N. Ojeh [11], в регионах влажного экваториального климата с преобладанием густого лесного покрова, расстояние, на котором наблюдается измененная газовым факелом температура, может достигать 450 м. Таким образом, в условиях степной зоны можно говорить о действии ряда специфических характеристик в формировании рассеивающей способности атмосферы: низкой влажности, преобладании ветреной погоды над безветренной, отсутствии природно-географических рубежей рассеивания геохимических потоков в атмосфере.

Проведенные расчеты показали, что одна факельная установка может привести к изменению температуры поверхности ландшафта и приземного слоя атмосферы в среднем на площади 0.085 км², то есть при сжигании ПНГ на 112 установках возможно повышение температуры от 1 до 8°С на площади более чем 10 км². Результаты выполненных измерений и подсчетов доказывают формирование в Волго-Уральском степном регионе так называемых “островков тепла”, являющихся результатом функционирования факельных установок нефтегазовых месторождений. Термин “островки тепла” (англ. “heat islands”) широко используется в мировой науке для характеристики тепловых аномалий, имеющих антропогенное происхождение [11]. Можно предположить, что формирование подобных тепловых аномалий в районах нефтегазодобычи способно привести к повышению фоновой температуры окружающей среды, которое может быть выявлено в результате анализа долговременного ряда температурных данных, имеющихся на локальных метеостанциях.

Согласно некоторым данным, на одну тонну сгоревшего в факеле попутного газа приходится в среднем 50–80 кг выбросов загрязняющих веществ [4], основными из которых являются CO, NO₂, SO₄ и СН₄, летучие органические соединения и полициклические ароматические углеводороды [11]. На космических изображениях зимних снимков Ландсат можно четко проследить размеры дымового шлейфа и площадь его рассеивания (см. рис. 3). Длина дымового газового шлейфа может достигать 11 км и рассеиваться на ширину до 3 км, покрывая площадь более чем в 30 км² по любому румбу, в зависимости от направления, скорости ветра и прочих метеорологических условий в момент сжигания ПНГ. Продукты сгорания могут накапливаться, например, в сельскохозяйственных насаждениях [8] в случае их соседства с нефтегазовыми промыслами на территории степной зоны. В частных разговорах местные сельхозпроизводители, ведущие сельскохозяйственные работы в зонах действия факельных установок, называют прилежащие территории не иначе как “техногенными пустошами” и “бесполезными землями”. Интересен также факт, что в Оренбургской области, являющейся лидером по добыче нефти и газа в Волго-Уральском степном регионе, в структуре первичной заболеваемости населения лидируют болезни органов дыхания – 42.9%, причем ежегодно наблюдается явный тренд к увеличению заболеваемости [5].

К сожалению, в настоящее время в России отсутствует соответствующий общественный контроль за утилизацией ПНГ. В связи с этим населению остается надеяться лишь на сознательность руководителей нефтегазодобывающих компаний и добросовестное исполнение своих обязанностей экологическими контрольно-надзорными органами. Однако только независимая от компаний-недропользователей экологическая экспертиза, объективный мониторинг глубины и масштабов трансформации природных комплексов в сочетании с усилением профессионального контроля за текущими сценариями природопользования будут способствовать сохранению и восстановлению степных ландшафтов, снижению риска их техногенной деградации.