Kees Floor, Zenit, juli/augustus 2009.

Olielagen op het zeeoppervlak zijn moeilijk te zien op satellietbeelden in natuurlijke kleuren. De donkere tinten van de oliesporen wijken niet of nauwelijks af van de kleur van het zeewater. Bij een gunstige stand van de zon blijkt het wél mogelijk de olie te detecteren. Het resultaat is dan vergelijkbaar met wat radarmetingen vanuit de ruimte laten zien. Veel olie blijkt afkomstig uit natuurlijke bronnen.

'Olie op zee' wordt door velen direct gekoppeld aan milieurampen met supertankers. De afgelopen vijftig jaar deden zich dan ook talrijke grote olierampen voor. Namen van schepen als Prestige (Spanje, 2002), Exxon Valdez (Alaska, 1989), Amoco Cadiz (Britannië, 1978) en Torrey Canyon (Scilly Eilanden, 1967) liggen velen nog vers in het geheugen. Hoewel dergelijke ongelukken met strandende en in tweeën brekende supertankers in de media breed worden uitgemeten, dragen ze verrassend genoeg voor nog geen tien procent bij aan de totale hoeveelheid olie in de oceanen. Dat is weliswaar meer dan gelekt wordt tijdens de oliewinning (zie diagram), maar minder dan wat er bij het lozen van ruimwater of andere als normaal beschouwde operaties tijdens het transport met tankers in het zeewater terecht komt. Belangrijkste bron van olie blijkt echter de natuur zelf. Naar schatting bijna de helft van de olie in de oceaan lekt weg uit bronnen in de zeebodem boven oliehoudende sedimenten daaronder. Door de opwaartse kracht stijgt de olie op en kan zo boven komen drijven.

a. Elk jaar komt ongeveer 1,5 miljard liter olie in de oceaan terecht. Daarvan is bijna de helft afkomstig uit natuurlijke bronnen. Daarnaast levert het vervoer van olie met olietankers een belangrijke bijdrage. Een kwart van de olie komt vrij bij routineoperaties tijdens het vervoer; olierampen zijn verantwoordelijk voor bijna 10 procent. De rest van de olie spoelt vanaf het land de zee in of hangt samen met oliewinning, luchtverontreiniging en luchtvaart.. De cijfers in de figuur zijn wereldgemiddelden; de verhoudingen kunnen tussen de verschillende regio's op aarde sterk variëren. Bron: Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

b. Satellietbeelden van olie op zee tonen slechts een deel van de reis die de uit natuurlijke bronnen op de zeebodem lekkende olie aflegt. Dit diagram brengt het volledige traject in kaart. Linksonder bevindt zich de bron waaruit de olie lekt. De reis verloopt met de wijzers van de klok mee. Een deel van de olie is al afgebroken door bacteriën voor de olievlekken zich vormen. Een ander deel van de olie verdampt, de rest zakt terug naar de bodem, waarbij hij onderweg verder wordt afgebroken. Bron: John E. Cook, WHOI.

Radarbeelden
De meest voor de hand liggende manier om de olie vanuit de ruimte te detecteren is met een radarinstrument op een satelliet. Zo'n instrument bevindt zich bijvoorbeeld op de commerciële Canadese satelliet RADARSAT, gelanceerd in november 1995, en op de Envisat van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, die in maart 2002 in een baan rond de aarde werd gebracht. Beide satellieten werken nog steeds.
Met radar kan de ruwheid van het aardoppervlak vanuit de ruimte worden gemeten. Een landoppervlak is ruwer dan een zeeoppervlak, verstrooit daardoor meer radarstraling en krijgt zo een lichtere tint op het uiteindelijke radarbeeld. Op het zwartwitbeeld van Zuid-Korea en de Gele Zee na de ramp met de tanker Hebei Spirit in december 2007 is deze verdeling van tinten goed te zien. Op het satellietbeeld is de olie die de kustwateren verontreinigt, zwart, maar dat komt niet doordat olie zwart is! De olie dempt de kleinere, door de wind opgewekte golven, zodat het verontreinigde oppervlak minder ruw is (zie YouTubefilmpje onderaan deze pagina), minder radarstraling terugstrooit en een donkerder tint krijgt. Andere gevallen van rampen met olietankers waarvan radarbeelden vanuit de ruimte vrijgegeven werden, zijn onder andere die met de supertankers Prestige bij Spanje (2002) en de Sea Empress bij Wales (blauwgroen beeld uit 1996).
De detectie van oliesporen op de oceaan met radar is echter niet optimaal. De beelden zijn weliswaar van uitstekende kwaliteit en bewolking of duisternis vormen geen probleem, maar. radarbeelden zijn, vooral in de tropen, slechts af en toe beschikbaar en in het geval van de commerciële satelliet ook nog eens erg duur. Routinematige monitoring is niet mogelijk, zodat olie aan het oppervlak al deels verdwenen kan zijn voor een satelliet met radar overkomt om de situatie vast te leggen. Het zou mooi zijn als informatie over olie op zee ook af te leiden zou zijn uit dagelijkse routinewaarnemingen van andere satellieten, waarvan de meetgegevens bij voorkeur gratis beschikbaar zouden moeten zijn.

1(links). Zonneglinstering en oliestrepen op het water van de Golf van Mexico, 13 mei 2006. Aan de bovenzijde liggen de Verenigd Staten met ongeveer in het midden van de kustlijn de Mississippi Delta. De baan van de Amerikaanse satelliet Terra, die de informatie voor dit zichtbaarlichtbeeld in natuurlijke kleuren leverde, loopt van rechtsboven naar middenonder over het midden van de zilverwitte band met zonneglinstering. Het beeld is opgebouwd uit stroken van 6 tot 9 kilometer breedte loodrecht op de baan van de satelliet, waardoor in de heldere zonneschittering een lamellenpatroon ontstaat. De reflecties van zonlicht treden op in golven waarvan hellingen de juiste stand hebben om het zonlicht in de richting van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) van de satelliet te weerkaatsen. In de donkere gebieden, zoals rechts op het beeld ten zuiden van de kusten van Atlanta en Florida, is het windstil, zodat er geen golven zijn die aan het zonneglinsteringseffect kunnen bijdragen. Op de linkerflank van de strook met zonneglinstering zijn ten zuiden van de kust van Louisiana donkere strepen zichtbaar in het overigens zilverwitte gebied; het volgende satellietbeeld geeft een uitvergroting van dit gebied. De strepen worden veroorzaakt door natuurlijk vrijgekomen olie. De olie dempt de golven, waardoor de reflecties verdwijnen. Volgens Amerikaanse onderzoekers bieden satellietbeelden met zonneglinstering veel extra informatie over natuurlijke of door menselijke activiteit op het water terecht gekomen olie, die een zeer bruikbare aanvulling vormt op de niet routinematig beschikbare en in sommige gevallen erg dure radarbeelden vanuit de ruimte. Bron: NASA/Earth Observatory. 2(midden). Oliestrepen in een gebied met zonneglinstering op de Golf van Mexico. De olie is van natuurlijke oorsprong en lekt weg uit bronnen boven oliehoudende sedimenten onder de zeebodem. Uitvergroting van een deel van het voorgaande satellietbeeld. 3 (rechts). Op 7 december 2007 kwam de olietanker Hebei Spirit bij Zuid-Korea in aanvaring met een ander schip. Uit het wrak van de tanker stroomde meer dan 10.000 ton ruwe olie de Gele Zee in. De kuststrook raakte zo verontreinigd, dat de Zuid-Koreaanse regering de noodtoestand uitriep. Het satellietbeeld van 11 december 2007, 01:40 UTC toont de Zuid-Koreaanse bodem in lichtere tinten dan de zee; water dat verontreinigd is met olie is zwart. Het beeld is afkomstig van de Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) op de Envisat satelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA.

Zonneglinstering
Een methode die deels aan deze verlangens tegemoet komt, blijkt inderdaad te bestaan. De Amerikaanse oceanograaf Chuanmin Hu laat samen met een aantal collega's in een eerder dit jaar in de vakpers verschenen artikel zien hoe je daarbij te werk kunt gaan. Het idee ontstond toen Hu op zoek was naar tekenen van giftige algenbloei, zogeheten rood tij (zie Zenit december 2005), in de Golf van Mexico. Hij bekeek daartoe talrijke, dagelijks routinematig gegenereerde, kosteloos beschikbare MODIS-beelden van de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua. Uit kleurverschillen in het zeewater hoopte hij situaties met rood tij te kunnen opsporen. Op veel van die beelden zijn echter in sommige delen van het gescande gebied eventuele door bijvoorbeeld chlorofyl of biomassa veroorzaakte kleurennuances van het zeewater niet zichtbaar. Dat komt door het optreden van zonneglinstering. Het satellietbeeld van de Golf van Mexico toont een voorbeeld. De door sterke reflecties van zonlicht in het water overbelichte delen van het beeld maken op tintverschillen gebaseerd onderzoek onmogelijk. Wat veel onderzoekers met dezelfde belangstelling als Hu betreft kunnen de meetgegevens van het overstraalde zeeoppervlak dan ook zonder meer de prullenbak in.
Hu merkte echter op dat de zones met zonneglinstering geregeld donkere stroken bevatten. Overleg met andere onderzoekers, tevens mede-auteurs van Hu's artikel, brachten hem op het spoor van uit natuurlijke bronnen lekkende olie.

Meer contrast
Ook nu is het daarbij belangrijk dat de olie de golven op het zeeoppervlak dempt. In het ene geval wordt de zee ter plekke geschikter voor het terugkaatsen van zonlicht naar de satelliet, in het andere geval juist minder geschikt. Wel is er steeds een duidelijk contrast tussen gebieden met olie en schoner water. Nu eens is de olie donkerder van tint (zoals op het openingsbeeld in natuurlijke kleuren van de Golf van Mexico en het blauw-getinte beeld van Libanon en de Middellandse Zee), dan weer gaat het om lichtere strepen in een donkerder omgeving (zoals op het rood-wit-blauwe beeld van de Fillipijnen).
Hu bestudeerde de MODIS-satellietbeelden van de Golf van Mexico uit de meimaanden van negen opeenvolgende jaren om te zien of er vaker dergelijke strepen, en dus oliesporen, waargenomen konden worden. Van de 200 beelden met zonneglinstering in het onderzochte gebied, waren er maar liefst 50 waarop dergelijke sporen te zien waren.
Hu en collega's concluderen dan ook dat de zones met zonneglinstering op zichtbaarlichtbeelden in ware kleuren geschikt zijn voor het detecteren van oliesporen, ongeacht of het gaat om olieverontreinigingen of om olie van natuurlijke oorsprong. De olievlekken moeten wel minstens enkele honderden meters in doorsnee zijn om ze op de MODIS-beelden te kunnen zien. Voor beelden gebaseerd op metingen van de Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), een instrument dat eveneens op de Terra wordt meegevoerd, geldt dat overigens niet. De resolutie van ASTER-zichtbaarlichtbeelden, zoals die van Libanon en van de Filipijnen, bedraagt 15 meter, zodat ook kleinere olievlekken zichtbaar te maken zijn.

Levensloop
De olievlekken op de oceaan die de satellieten kunnen waarnemen, vormen slechts een deel van het levensverhaal van de uit onderzeese bronnen lekkende olie. Om het verhaal compleet te maken, moet je ook bekijken wat er onder water en in de atmosfeer gebeurt. Dat deden collega-onderzoekers onlangs in een ander vaktijdschrift. Hun relaas is samengevat in het tweede diagram. Linksonder zien we een oliereservoir waaruit de olie lekt naar de zeebodem. Een deel daarvan blijft op de zeebodem achter; daarnaast stijgen oliedruppeltjes en gasbellen met methaan omhoog naar het zeeoppervlak. Het methaan lost deels op in het zeewater; de rest verdwijnt de atmosfeer in. De olie vormt vlekken, zoals die soms vanuit de ruimte te zien zijn op radarbeelden en - in de gebieden met zonneglinstering - op zichtbaarlichtbeelden. Uiteindelijk verdampt de olie of zinkt - voor zover niet onderweg door bacteriën afgebroken -vijf tot dertig kilometer verderop terug naar de bodem. Veel schade treedt daarbij niet op: planten en dieren in de omgeving zijn eraan gewend of hebben zich eraan aangepast.
Voor de olie van olierampen ligt dat heel anders. Deze komt terecht in een milieu waar het niet thuis hoort en waar de planten- en dierenwereld zich niet op stel en sprong kan aanpassen. Bovendien breekt deze olie als hij langs de kust vermengd wordt met modder of sediment, moeilijk af.

4. In november 2002 verongelukte de tanker Prestige bij het noordwesten van Spanje. Het schip brak in tweeën en er vormde zich een oliespoor van meer dan 150 kilometer lengte. Ook kwam veel olie op de kust terecht. Op dit radarbeeld van het getroffen gebied heeft de olie een donkere tint. Het beeld van 17 november 2002,10:45 UTC is afkomstig van de ASAR op ESA's Envisat.	5. In de avond van 15 februari 1996 liep de supertanker Sea Empress vast op de rotsen bij Carmarthen Bay, een uitstulping van het Bristol Channel, op zijn beurt weer en uitstulping van de Keltische Zee bij Wales. Meer dan 65000 ton ruwe olie kwam in zee terecht. Zeven dagen later leverde de Synthetic Aperture Radar (SAR) op de commerciële Canadese satelliet RADARSAT-1 de gegevens voor dit radarbeeld. Donkere tinten duiden op olie; niet verontreinigd zeewater is aanzienlijk lichter. De tint van het water waar de olie bezig is te verdwijnen of waar schoonmaakoperaties in gang zijn gezet, neemt een tussenpositie in. De olie verplaatst zich in oostelijke richting langs de kust van Wales. Rechtsboven mondt de Tywi River uit in zee; het in de Carmarthen Bay uitstromende water houdt de olie op afstand. Bron: Canadian Space Agency.	6. Op 11 augustus 2006 zonk de tanker MT Solar 1 in de omgeving van het Filipijnse eiland Guimaras (rood). Er stroomde 500.000 liter olie in zee en de 200 kilometer lange kust van Guimaras raakte verontreinigd met olie. Het wrak van de tanker bevindt zich onder water 20 kilometer ten zuidwesten van het eiland en midden onder in beeld. De olie lekt uit het wrak in een langgerekt, wit spoor. Het satellietbeeld is gebaseerd op metingen van de Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) op de satelliet Terra. Vegetatie, zoals aanwezig op Guimaras en enkele kleinere eilanden, is rood, bewolking wit. Datum: 29 augustus 2006. Bron: NASA/Earth Observatory.	7. In de zomer van 2006 ontstond er een militair conflict tussen Israël en Libanon. Daarbij raakte onder andere de aan de Middellandse Zeekust gelegen Jiyeh-elektriciteitscentrale (niet in beeld, meer naar het zuiden) beschadigd, waarna duizenden tonnen olie in de Middellandse Zee terecht kwamen. Doordat zolang de vijandelijkheden voortduurden geen opruim- of bestrijdingswerkzaamheden konden worden uitgevoerd, breidde de olie zich over grote gebieden uit. Het satellietbeeld geeft de situatie op 10 augustus 2006. Beiroet en zijn haven liggen langs het van west naar oost verlopende gedeelte van de kustlijn. Het land heeft een lichte tint, het zeewater is donkerder, maar door zonneglinstering toch lichter van tint dan normaal. Waar olie drijft, zijn de golven gedempt, treed geen zonneglinstering op en krijgt het oppervlak de donkerste tinten. Instrument: ASTER. Satelliet: Terra. Bron: NASA/Earth Observatory.

Literatuur:

Farrington. J.W. and McDowell, J.E., Mixing oil and water, Tracking the sources and impacts of oil pollution in the marine environment, Oceanus Magazine 43 (1), 2004.
Farwell, C. et al., Weathering and the Fallout Plume of Heavy Oil from Strong Petroleum Seeps Near Coal Oil Point, CA. Environmetal Science & Technology 43 (10), 15 mei 2009.
Hu, C. et al., Detection of natural oil slicks in the NW Gulf of Mexico using MODIS Imagery, Geophysical Research Letters 36, L01604, januari 2009.