Физика катастрофы
Ученые МГИ и ЮНЦ РАН восстановили полную картину разлива мазута в Керченском проливе
Ученые Морского гидрофизического института РАН совместно с коллегами из Южного научного центра РАН провели комплексное исследование последствий крупнейшей экологической катастрофы в истории российского сектора Черного моря — гибели танкеров «Волгонефть-212» и «Волгонефть-239» в Керченском проливе 15 декабря 2024 года: в жестокий шторм они переломились и затонули. По оценке Министерства транспорта, в море попало от 2500 до 3000 т мазута марки М-100.
Ликвидация последствий разлива нефтепродуктов на береговой линии в Анапе
Фото: Александр Черных, Коммерсантъ
Ликвидация последствий разлива нефтепродуктов на береговой линии в Анапе
Фото: Александр Черных, Коммерсантъ
Впервые на основе численного моделирования и спутниковых данных восстановлена полная пространственно-временная картина распространения мазутного загрязнения, оценены его экологические последствия и подтверждена высокая точность разработанной в МГИ РАН системы оперативного прогнозирования. Результаты опубликованы в журнале Physical Oceanography («Морской гидрофизический журнал»). В основе исследования — отечественная система прогнозирования дрейфа и трансформации нефтепродуктов в морской среде FOTS (Floating Object Tracking System), разработанная в Морском гидрофизическом институте. Для оценки характеристик морской среды использовались результаты работы Экспериментального центра морских прогнозов Азово-Черноморского региона МГИ РАН, который предоставлял данные о прогнозе скорости течений и температуры глубинных слоев на десять дней вперед от текущей даты.
Система FOTS в ходе ликвидации аварии заблаговременно — за двое-трое суток — предсказала выход мазута к берегам Анапы, Керчи, Севастополя и Евпатории, что позволяло МЧС России концентрировать силы в районах ожидаемого загрязнения. Точность расчетов подтверждена результатами верификации по радарным снимкам спутника Sentinel-1, оптическим снимкам Landsat-8 и данным натурных наблюдений МЧС России и Морской спасательной службы.
На основе полученных результатов оценены ареалы распространения мазутных загрязнений в Черном море. Проведенное исследование показало, что загрязнение охватило более 700 км побережья — от Евпатории до Анапы, а активная фаза его распространения длилась свыше 25 дней, что значительно превышает типичные временные масштабы подобных инцидентов.
Наиболее опасная обстановка сложилась в мелководных прибрежных зонах, прежде всего в районах Анапы и Керченского пролива, где осевший на дно мазут формирует долгосрочные источники вторичного загрязнения. Для оценки ущерба специалистами Южного научного центра РАН в январе 2025 года было оперативно проведено экспедиционное обследование более 80 км побережья Анапской пересыпи с закладкой 27 шурфов и подводными съемками с помощью телеуправляемого аппарата. Экспедиционное обследование выявило пять типов загрязнения прибрежной зоны, в том числе погребенные под слоем песка слои мазута на глубинах 12–35 см общей массой 25,3 т.
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Радарные наблюдения начиная с апреля 2025 года фиксируют признаки вторичного загрязнения в Керченском проливе и вблизи Анапы. Вместе с тем объемы вторичного загрязнения оказались относительно невелики: аномальные ветровые условия в 2025 году привели к понижению температуры придонных вод Керченского пролива, что препятствовало всплытию осевшего мазута и способствовало постепенной нормализации экологической обстановки.
Полученные результаты имеют важное значение для совершенствования систем мониторинга и прогнозирования нефтяного загрязнения морской среды, а также для разработки более эффективных методов ликвидации последствий аварийных разливов тяжелых нефтепродуктов. Высокая эффективность использованных методов указывает на необходимость создания аналогичных региональных прогностических систем для других морских бассейнов России.
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Фото: МГИ РАН
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках крупного научного проекта по приоритетным направлениям научно-технологического развития (соглашение №075-15-2024-528 от 24.04.2024).
Арсений Кубряков, заместитель директора МГИ РАН по науке, доктор физико-математических наук, ответил на вопросы «Ъ-Науки».
— Какие факторы привели к тому, что шторм 15 декабря 2024 года обернулся крупнейшей экологической катастрофой в российском секторе Черного моря?
— Определяющим фактором стало стечение нескольких обстоятельств одновременно. Южный шторм 15 декабря сформировал волны высотой до двух с половиной метров высотой, что превышало допустимые эксплуатационные параметры для судов класса «река—море», к которым относились оба танкера. Суда этого класса изначально не предназначены для работы в условиях открытого моря при подобном волнении, были нарушены сезонные ограничения на плавание в акватории пролива из-за простоя возле порта. Неудовлетворительное состояние судов (им было более 50 лет — 1969 года постройки), в частности усталость металла корпусов,— еще один фактор возникновения аварии. Высокое содержание груза — более 4300 т мазута на каждом борту — и слабое выветривание мазута марки М-100 и определило масштаб катастрофы.
— Если сравнивать эту аварию с предыдущими инцидентами в регионе, в чем принципиальное отличие и почему последствия оказались более серьезными?
— При аварии танкера «Волгонефть-139» в ноябре 2007 года большая часть нефтепродуктов осталась в ограниченной акватории Керченского пролива. В декабре 2024 года особенности циркуляции вод Черного моря сложились принципиально иначе. Мощные дрейфовые течения, вызванные штормовыми ветрами, а затем интенсификация Основного черноморского течения вынесли мазут далеко за пределы пролива. Первоначально наибольшее количество мазута затронуло огромные песчаные пляжи крупнейшего детского курорта в Анапе. Активная фаза загрязнения длилась более 25 дней, значительно дольше, чем в большинстве известных случаев разлива нефтепродуктов. Из-за изменения режима течений загрязнение достигло другого конца побережья России — Евпатории. В результате оно охватило более 700 км побережья. Впервые в условиях Азово-Черноморского бассейна был задокументирован перенос нефтепродуктов на расстояние свыше 300 км от источника.
— Мазут марки М-100 — это тяжелое топливо. Чем его поведение в морской среде отличается от поведения сырой нефти или легких фракций и как это повлияло на характер катастрофы?
— Это принципиально разные вещества с точки зрения поведения в морской среде. Легкие фракции нефти быстро испаряются и диспергируются: природа сама частично справляется с загрязнением за считаные дни. Мазут марки М-100 — тяжелый остаточный продукт нефтепереработки с плотностью 0,89–1 г/см, то есть практически равной плотности морской воды. Он почти не испаряется, очень медленно разрушается и способен длительное время сохраняться в водной толще во взвешенном состоянии. При низких температурах, характерных для зимнего Черного моря, мазут затвердевает, образуя плотные смолистые конгломераты, которые могут существовать в морской среде годами. При взаимодействии со взвешенными частицами он оседает на дно, а с потеплением воды летом способен вновь всплывать. Именно эти свойства обусловили исключительно долгую активную фазу загрязнения и формирование источников вторичного загрязнения, которые мы фиксируем по сей день. Еще одна важная особенность — загрязнения мазута очень сложно ликвидировать с помощью стандартных средств очистки, например нефтяных бон, которые тонут из-за высокой массы сгустков загрязнений.
— Система FOTS стала ключевым инструментом. Можете ли вы простыми словами объяснить механизм ее работы?
— Представьте, что вы хотите предсказать, куда через три дня уплывет брошенный в море поплавок. Для этого нужно знать скорость и направление течений, силу и направление ветра в каждой точке моря и как именно ветер разгоняет поверхностный слой воды. Система FOTS делает именно это, но одновременно для тысяч виртуальных «частиц» мазута. На входе — прогноз течений от нашей гидродинамической модели Азово-Черноморского бассейна и метеорологические данные атмосферной модели с обновлением каждые три часа. Система рассчитывает траекторию каждой частицы с учетом течений, ветрового сноса и физико-химических процессов — испарения, растекания пленки, эмульгирования. На выходе мы получаем карту вероятного распределения загрязнения на несколько суток вперед с указанием конкретных участков берега, находящихся под угрозой, а также имеем возможность оценить изменения массы и объема загрязнений.
— Для подтверждения расчетов использовались спутники Sentinel-1 и Landsat-8. Какую картинку дают радарные снимки в отличие от оптических и почему это было важно именно для обнаружения мазута?
— Оптические снимки — это, по сути, фотография с орбиты: они показывают то, что видно глазу при дневном освещении и в ясную погоду. Радар работает принципиально иначе: спутник сам излучает микроволновый сигнал и регистрирует его отражение от поверхности воды. Чистая морская поверхность при ветре отражает сигнал интенсивно из-за мелкой ряби. Мазутная пленка подавляет эту рябь, поверхность становится более гладкой, и сигнал отражается слабее. На снимке это выглядит как темное пятно. Главное преимущество радара — он работает в любое время суток и сквозь облачность, что критически важно в зимних штормовых условиях декабря. Оптические снимки Landsat-8 мы использовали как дополнение — для уточнения картины в тех случаях, когда позволяла погода.
— Какие шаги необходимо предпринять, чтобы создать аналогичные региональные прогностические системы для Балтийского, Каспийского, Охотского морей, где тоже возрастает танкерный трафик?
— Система прогнозирования распространения нефтяного загрязнения — это не изолированный инструмент, а надстройка над региональной гидродинамической моделью, которая в режиме реального времени воспроизводит циркуляцию конкретного морского бассейна. Для Балтийского, Каспийского или Охотского морей потребуется прежде всего создание или адаптация таких региональных моделей с усвоением спутниковых данных: уровня моря, температуры поверхности. В настоящее время в Морском гидрофизическом институте функционирует глобальная система прогноза состояния Мирового океана. Однако для отдельных акваторий необходимы модели повышенного разрешения, с учетом специфики каждого района: глубин, характера течений, сезонных условий. Это позволит давать более точные и достоверные прогнозы поля течений. Следующий шаг — настройка модуля переноса нефтепродуктов с учетом специфики каждого района, источников и типов загрязнений, особенностей береговой линии. Наконец, необходима отработанная цепочка оперативного взаимодействия с МЧС и аварийными службами. Именно она превращает научный инструмент в практически работающую систему предупреждения. Опыт, накопленный при работе в Азово-Черноморском бассейне, может стать основой для тиражирования этого подхода.
— Впервые была восстановлена полная картина распространения загрязнения. Какое из сделанных открытий стало для вас самым неожиданным или наиболее важным с научной точки зрения?
— Во-первых, очень большая длительность существования загрязнений — более 25 дней. Во-вторых, исключительная скорость переноса мазута к берегам Севастополя — более 280 км менее чем за неделю, объясненная резким усилением Основного черноморского течения из-за сильного шторма над районом переноса. В-третьих, то, что наши модели смогли описать такое длительное и масштабное распространение, что является высоким достижением мирового уровня и знаком качества созданных систем.