Monitoring of mud-volcanic fluid manifestations in the Caspian Sea according to multispectral satellite data

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this paper, 180 cases of mud-volcanic fluid (MVF) manifestations on the marine surface and in the near-surface layer of the Caspian Sea in the area of Cheleken-Livanovsk Rise in 2019-2021 were detected and studied based on the results of satellite monitoring using multispectral satellite data. For the areas of MVF manifestations, the reflectance was analyzed in 7 spectral bands of the Landsat-8 and Sentinel-2A/B equipment in the wavelength range of 0.44–2.2 µm. Significant positive contrasts in Violet (~0.44 µm), Blue (~0.48 µm), and Green (~0.56 µm) spectral bands due to the presence of suspended matter and gas bubbles in the near-surface layer of the water column were detected in the areas of MVF manifestations. Mathematic expectations of Weber contrasts in those spectral bands varied in a range between С~0.47 and С~0.77. Complex analysis of spatiogeometric MVF manifestation characteristics and region bathymetry map allowed us to find coordinates of emission sources that corresponded to the peak of the mud-volcanic shoal.

About the authors

V. G. Bondur

AEROCOSMOS Research Institute for Aerospace Monitoring

Email: office@aerocosmos.info
Moscow, Russia

V. N. Chernikova

AEROCOSMOS Research Institute for Aerospace Monitoring

Email: office@aerocosmos.info
Moscow, Russia

V. V. Zamshin

AEROCOSMOS Research Institute for Aerospace Monitoring

Author for correspondence.
Email: office@aerocosmos.info
Moscow, Russia

References

  1. Aliev A.D. Griazevoi` vulkanizm Iuzhno-Kaspii`skogo neftegazonosnogo bassei`na // Geologiia i polezny`e iskopaemy`e mirovogo okeana. 2006 (a). № 3. Pp. 35–51.
  2. Aliev A.I. Griazevy`e vulkany` ‒ ochagi periodicheskoi` gazogidrodinamicheskoi` razgruzki by`stropogruzhaiushchikhsia osadochny`kh bassei`nov i vazhny`e kriterii prognoza gazonosnosti bol`shikh glubin // Geologiia nefti i gaza. 2006 (b). № 5. Pp. 26–32.
  3. Ae`rokosmicheskii` monitoring ob``ektov neftegazovogo kompleksa / pod red. V.G. Bondura. Moskva: Nauchny`i` mir, 2012. 558 p.
  4. Bogoiavlenskii` V.I. Vy`brosy` gaza i nefti na sushe i akvatoriiakh Arktiki i Mirovogo okeana // Burenie i neft`. 2015. № 6. Pp. 4–10.
  5. Bondur V.G., Kuznetsova T.V. Detecting Gas Seeps in Arctic Sea Water Areas Using Remote Sensing Data. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 2015. Vol. 51. No. 9. Рр. 1060‒1072. doi: 10.1134/S0001433815090066.
  6. Bondur V.G. Aerospace Methods and Technologies for Monitoring Oil and Gas Areas and Facilities // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2011. Vol. 47. No. 9. P. 1007‒1018. doi: 10.1134/S0001433811090039.
  7. Bondur V.G., Grebenyuk Yu.V., Sabinin K.D. The spectral characteristics and kinematics of short-period internal waves on the Hawaiian shelf // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2009. Vol. 45. No. 5. P. 598‒607. doi: 10.1134/S0001433809050077.
  8. Bondur V.G., Filatov N.N., Grebenyuk Yu.V., Dolotov Yu.S., Zdorovennov R.E., Petrov M.P., Tsidilina M.N. Studies of hydrophysical processes during monitoring of the anthropogenic impact on coastal basins using the example of Mamala Bay of Oahu Island in Hawaii // Oceanology. 2007. Vol. 47. No. 6. P. 769‒787. doi: 10.1134/S0001437007060033.
  9. Bondur V.G., Zhurbas V.M., Grebenyuk Yu.V. Mathematical Modeling of Turbulent Jets of Deep-Water Sewage Discharge into Coastal Basins // Oceanology. 2006 (a). Vol. 46. No. 6. P. 757‒771. doi: 10.1134/S0001437006060014.
  10. Bondur V.G., Keeler R.N., Starchenkov S.A., Rybakova N.I. Monitoring zagryazneniy pribrezhnyh akvatoriy s ispolzovaniem mnogospektralnyh sputnikovyh izobrazheniy vysokogo prostranstvennogo razresheniya (Monitoring of the pollution of the ocean coastal water areas using space multispectral high resolution imagery) // Issledovanie Zemli is Kosmosa. 2006 (b). No. 6. P. 42‒49.
  11. Gidrometeorologiia i gidrohimiia morei` / pod red. F.S. Terziev, A.N. Kosarev, A.A. Kerimov. 1992. Tom 6. Vy`p. 1. SPb: Gidrometeoizdat. 360 p.
  12. Dmitrievskii` A.N. i dr. Mehanizm obrazovaniia zalezhei` uglevodorodov // Gazovaia promy`shlennost`. 1999. № 5. Pp. 74–77.
  13. Erlov N.G. Opticheskaia okeanografiia. M.: Mir, 1970. 224 p.
  14. Ershov V.V. Fliuidodinamicheskie protcessy` v zone central`nosahalinskogo razloma (po rezul`tatam nabliudenii` na Iuzhno-Sahalinskom griazevom vulkane) // Geodinamika i tektonofizika. 2015. T. 3. № 4. Pp. 345–360. doi: 10.5800/GT-2012-3-4-0078.
  15. Ivanov A.Yu. Slicks and Oil Films Signatures on Syntetic Aperture Radar Images. Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2007. № 3. Pp. 73‒96.
  16. Lavrova O.Iu., Uvarov I.A., Krasheninnikova Iu.S. Satellite observations of the eruption of a mud volcano on the Dashly Island in the Caspian Sea on July 4, 2021 // Sovremenny`e problemy` distantcionnogo zondirovaniia Zemli iz kosmosa. 2021. T. 18. № 3. Pp. 332–336. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-332-336.
  17. Matrosova E.R., Khodaeva V.N., Ivanov A.Yu. Determining the Characteristics of Natural Oil Seeps and Their Underwater Sources Based on Remote Sensing Data // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2022. Т. 58. № 9. Pp. 1008–1027. doi: 10.1134/S0001433822090146.
  18. Methane and climate change: scientific problems and technological aspects. Moscow: Russian Academy of Sciences, 2022 / Ed. by academician of the RAS V.G. Bondur, academician of the RAS I.I. Mokhov, and correspondent member of the RAS A.A. Makosko. 388 p.
  19. Solov`ev V.F. Griazevoi` vulkan “banka Livanova” v Kaspii`skom more. DAN SSSR, ser. geol., № 2, 1952.
  20. Holodov V.N. O proishozhdenii griazevy`kh vulkanov // Geologiia i polezny`e iskopaemy`e mirovogo okeana. 2019. T. 15. № 4 (58). Pp. 57–80. doi: 10.15407/gpimo2019.04.057.
  21. Holodov V.N. Griazevy`e vulkany`: rasprostranenie i genezis // Geologiia i polezny`e iskopaemy`e mirovogo okeana. 2012. № 4. Pp. 5–27.
  22. Cherkashin V.I. i dr. Tektonicheskoe stroenie i perspektivy` neftegazonosnosti osadochnogo pokrova dna Kaspii`skogo moria // Trudy` Instituta Geologii Dagestanskogo Nauchnogo Centra RAN. 2018. № 4 (75). Pp. 24–29.
  23. Shniukov E.F., Aliev Ad.A., Rakhmanov R.R. Griazevoi` vulkanizm Sredizemnogo, Chernogo i Kaspii`skogo Morei`: Spetcifika razvitiia i proiavleniia // Geologiia i polezny`e iskopaemy`e Mirovogo okeana. 2017. № 2 (48). Pp. 5–25.
  24. Iusubov N.P., Guliev I.S. Griazevoi` vulkanizm i uglevodorodny`e sistemy` Iuzhno-Kaspii`skoi` vpadiny` (Po novei`shim danny`m geofizicheskikh i geohimicheskikh issledovanii`). Baku: E`lm, 2022. 168 p.
  25. Iaitckaia N.A. Vosstanovlenie polei` temperatury` i solenosti vod Kaspii`skogo moria s pomoshch`iu gidrodinamicheskogo modelirovaniia // Prirodny`e resursy` Arktiki i Subarktiki. 2017. № 1 (85). Pp. 122–128.
  26. Al-Lashi R.S., Gunn S.R., Czerski H. Automated processing of oceanic bubble images for measuring bubble size distributions underneath breaking waves // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2016. V. 33. № 8. P. 1701–1714. doi: 10.1175/JTECH-D-15-0222.
  27. Fallati L., Panieri G., Argentino C., Varzi A.G., Bünz S., and Savini A. Characterizing Håkon Mosby Mud Volcano (Barents Sea) cold seep systems by combining ROV-based acoustic data and underwater photogrammetry. Front. Mar. Sci. 2023. 10:1269197. doi: 10.3389/fmars.2023.1269197.
  28. Kopelevich O.V., Sheberstov S.V., Yunev O., Basturk O., Finenko Z.Z., Nikonov S., Vedernikov V.I. Surface chlorophyll in the Black Sea over 1978–1986 derived from satellite and in situ data, Journal of Marine Systems. V. 36. Iss. 3–4. 2002. P. 145‒160. doi: 10.1016/S0924-7963(02)00184-7.
  29. Landsat 8 (L8) Data Users Handbook. Sioux Falls, SD, USA: USGS, 2019. Ed. 5. 114 p.
  30. Peli E. Contrast in complex images // J. Opt. Soc. Am. A, JOSAA. 1990. V. 7. № 10. P. 2032–2040. doi: 10.1364/JOSAA.7.002032.
  31. Sentinel-2 User Handbook. European Space Agency (ESA) // ESA Standard Document. V.1. 2015. 64 p.
  32. Stramski D. Gas microbubbles: an assessment of their significance to light scattering in quiescent seas// Proc. SPIE 2258, Ocean Optics XII, (26 October 1994). V. 2258. P. 704–710. doi: 10.1117/12.190117.
  33. Zhang X., Lewis M., Johnson B. Influence of bubbles on scattering of light in the ocean // Appl. Opt., AO. 1998. V. 37. № 27. P. 6525–6536. doi: 10.1364/AO.37.006525.
  34. Vincent P. Sentinel-1 Product Specification. MPC-S1: ESA, 2020. 197 p.
  35. Wu T., Deng X., Yao H., Liu B., Ma J., Haider S.W., Yu Z., Wang L., Yu M., Lu J., Sohoo Engr.N., Kalhoro N.A., Kahkashan S., Wei J. Distribution and development of submarine mud volcanoes on the Makran Continental Margin, offshore Pakistan // Journal of Asian Earth Sciences. 2021. Vol. 207. P. 104653. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2020.104653

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».