Пластиковое загрязнение вдоль береговой линии — это экологический кошмар. Каждый год миллионы тонн пластика выбрасываются на пляжи по всему миру, нанося ущерб экосистемам, морской жизни и даже местной экономике. Но задача заключается не только в его выяснении, но и в его надежном обнаружении и измерении. Именно здесь на помощь приходит новое исследование. Используя спутниковые снимки, исследователи разработали Индекс выброшенного на берег пластикового мусора (BPDI), который может изменить правила игры в отслеживании загрязнения пляжей.

В поисках пластика из космоса

Пластиковые бутылки, упаковка, окурки — пляжный мусор бывает разных форм и размеров. Он также часто смешивается с песком и растительностью, что затрудняет его обнаружение издалека. Традиционные исследования пляжей включают людей, физически гуляющих по береговой линии, а это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Но что, если бы вы могли сначала составить карту горячих точек загрязнения, а затем сосредоточить на них усилия?

Именно здесь на помощь приходит новое исследование под руководством Дженны Гаффогг. Используя данные со спутников, таких как WorldView-3, исследователи хотят создать более быструю и точную картину того, где накапливается пластик. BPDI, специально разработанный для пляжных условий, использует коротковолновые инфракрасные (SWIR) спектральные диапазоны спутника, которые могут улавливать уникальные «спектральные отпечатки» пластика.

Это не первый раз, когда спутниковые технологии используются для картирования пластика. Спутниковые снимки уже используются для отслеживания пластика, плавающего в наших океанах. Однако обнаружить пластик на пляже сложнее, поскольку он имеет тенденцию сливаться с окружающей средой.

«Хотя влияние океанского пластика на окружающую среду, рыболовство и туризм хорошо задокументировано, методы измерения точного масштаба проблемы или проведения операций по очистке, которые иногда наиболее необходимы в отдаленных местах, сдерживаются технологическими ограничениями. — сказал Гаффогг из Университета RMIT в Австралии.

Наука, лежащая в основе индекса пластика

В основе эффективности BPDI лежит коротковолновый инфракрасный диапазон. Пластмассы поглощают SWIR-излучение иначе, чем природные материалы, такие как песок или растительность, создавая в данных отчетливый сигнал. Чтобы проверить точность BPDI, исследователи провели эксперимент в Меллоу-Инлет, песчаном прибрежном районе в Виктории, Австралия. Они разместили различные пластиковые цели, в том числе обычный пляжный мусор, такой как крышки от бутылок и рыболовные сети, в сетке, а затем сделали спутниковые снимки, чтобы проанализировать, насколько хорошо BPDI может обнаружить пластик среди песка.

Исследователи не просто бросали пластик на пляж. Они тщательно выбирали материалы на основе таких характеристик, как цвет, прозрачность и состав. Это позволило им увидеть, как BPDI работает с различными типами пластика.

Исследование не ограничивалось изолированным тестированием BPDI. Команда сравнила свои результаты с другими широко используемыми индексами. BPDI значительно превзошел эти индексы при отделении пластика от других материалов, таких как вода, песок и растительность.

«Это невероятно интересно, поскольку до сих пор у нас не было инструмента для обнаружения пластика в прибрежной зоне из космоса», — сказала соавтор Мариэла Сото-Берелов. «Прелесть спутниковых снимков в том, что они позволяют снимать большие и отдаленные территории через определенные промежутки времени.

Мы могли бы контролировать пляжный пластик лучше, чем когда-либо прежде

Помимо обнаружения, BPDI предлагает два ключевых преимущества: скорость и масштабируемость. Проведение пляжных обследований вручную на обширных береговых линиях невозможно. Спутниковые изображения с точным индексом, таким как BPDI, позволяют экологическим организациям и правительствам быстро получить обзор горячих точек загрязнения. Это позволяет им более эффективно распределять ресурсы по очистке, концентрируясь на участках с наибольшей нагрузкой мусора, а не на догадках.

Точность — еще одна победа BPDI. В отличие от предыдущих индексов, которые часто стирали грань между пластиком и органическими веществами, BPDI неизменно показывал точные результаты, даже когда пластик покрывал лишь небольшую часть пикселей изображения (ниже 30%). Такой уровень точности имеет решающее значение для выявления пластикового загрязнения на ранних стадиях, в идеале до того, как оно распространится дальше или глубоко проникнет в береговую линию.

Потенциал BPDI выходит за рамки простого мониторинга пляжей. С модификациями его можно будет использовать для мониторинга берегов рек и эстуариев, где пластик часто накапливается перед попаданием в океаны.

Переезд в реальный мир

Сейчас исследователи стремятся перенести этот индекс с испытательного полигона в реальный мир. Однако по-прежнему существуют большие проблемы, и одна из них — стоимость. Снимки высокого разрешения со спутников, таких как WorldView-3, стоят недешево, что может ограничить доступность BPDI для малобюджетных экологических проектов или небольших организаций.

Более того, на производительность BPDI могут повлиять факторы окружающей среды, такие как облачность или влага в песке. Исследовательская группа обнаружила, что поглощение водой определенных длин волн в SWIR-спектре иногда может мешать сигналу, особенно когда пластик частично погружен в воду.

Тем не менее, исследование закладывает основу для дальнейшего развития. Индекс может быть уточнен для различных типов погоды или условий местности, адаптированных в зависимости от ситуации. Избавить наши пляжи от пластика будет непросто, но, по крайней мере, мы сможем начать его картографировать.

«Мы стремимся к сотрудничеству с организациями на следующем этапе этого исследования; это шанс помочь нам защитить деликатные пляжи от пластикового мусора», — сказал Сото-Беролов.

Это исследование закладывает основу для более разумной и целенаправленной очистки пляжей. При дальнейшем развитии и более широком внедрении такие инструменты, как BPDI, могут изменить нашу способность управлять пластиковым загрязнением, помогая защитить как прибрежные экосистемы, так и сообщества.

Ссылка в журнале: «Индекс выброшенного на берег пластикового мусора; Современный индекс обнаружения пластика на пляжах» (DOI: 10.1016/j.marpolbul.2024.117124), авторами которого являются Дженна Гаффогг, Мариэла Сото-Берелов, Крис Беллман, Саймон Джонс и Эндрю Скидмор, опубликован в Бюллетень по загрязнению морской среды .