26 augustus 2021 – Plastic, in een periode van 70 jaar veranderd van werelduitvinding naar wereldprobleem. Een probleem dat 950 miljoen olifanten groot is! Hoe dan? De productie van plastic kwam in de jaren 50 op gang en sinds die tijd hebben we ongeveer 8,3 miljard ton plastic gefabriceerd. Ruim 6,3 miljard ton daarvan is afval. 5,7 miljard ton daarvan is weg en we weten niet waar het gebleven is.
Naar de maan
Dat is een ongelofelijke hoeveelheid afval die we kwijt zijn. Dat is zoveel, we zouden het volledige landgedeelte van de aardoppervlakte (144,5 miljoen km2) met een laag afval plastic kunnen bedekken. Terug naar de olifanten. Een Afrikaanse olifant weegt gemiddeld 6000 kg, dus 5,7 miljard ton komt overeen met 950 miljoen olifanten (bron: National Geographic). Een Afrikaanse olifant is gemiddeld 3,2-meter hoog, dus met 950 miljoen olifanten kunnen we bijna 8 stapels van olifanten maken, van de aarde naar de maan. In 70 jaar tijd zijn we het equivalent van 950 miljoen olifanten aan plastic afval kwijtgeraakt. Waar is het gebleven?
We weten wel dat de zeeën de afvalput van de wereld zijn. Regelmatig lezen we over zeedieren die verstrikt zijn in plastic afval of gestorven zijn met plastic in hun maag. Echter, we weten niet hoeveel plastic er in de zee terecht komt. Het plastic wat in zee komt vormt de zogenaamde plastic soep en delen daarvan zinken naar verloop van de tijd naar de bodem of spoelen weer aan.
Zou het mogelijk zijn om met remote sensing technieken die 950 miljoen olifanten aan plastic in de zee terug te vinden? Dat is een vraag die we helaas met ja en nee moeten beantwoorden. Het blijft een ongelofelijke hoeveel afval, maar die heeft zicht heel goed weten te verstoppen op onze aarde.
Geen opnames
Op het moment van schrijven zijn er meer dan 2787 satellieten om de aarde in gebruik. Zo’n 426 satellieten worden gebruikt voor aardobservatie, waarvan ongeveer 27% in gebruik is voor milieuobservatie. Daar in dat woord, aardobservatie, zit gelijk onze uitdaging. Het monitoren van de zee in het elektromagnetisch spectrum doen we simpel gezegd niet.
Figuur 2, het monitoren van de aarde door Sentinel 2, laat het mooi zien. Boven de oceanen, die zo’n 71% van het aardoppervlakte beslaan, worden geen opnames gemaakt. Dat scheelt een hoop data, data waarvan we eerst dachten dat we deze niet nodig hadden.
Een kaartje van de The Ocean Cleanup brengt duidelijk de uitdaging in beeld, de verschillende “plastic garbage belts” in de wereld ontstaan juist op de plekken waar de verschillende koude en warme golfstromen elkaar ontmoeten.
Dit zijn dus precies de plekken waar de camera’s van onze milieuobservatie satellieten geen opnames van maken. Kunnen we dat plastic dan niet terugvinden? Nog niet, tenminste niet midden op de oceanen.
Bak met data
Aan de kust, daar waar bijvoorbeeld de rivieren in de zee uitmonden kunnen we wel plastic in het water vinden. Hoe dat kan wordt in het artikel Finding Plastic Patches in Coastal Waters using Optical Satellite Data, Lauren Biermann, Daniel Clewley, Victor Martinez-Vicente & Konstantinos Topouzelis uitgelegd. Zij maken gebruik van Sentinel 2 data om in spectrale profiel plastic te detecteren.
Als een soort grote stofzuiger neemt de Sentinel 2 satelliet verdeeld over in 13 verschillende banden in het elektromagnetisch spectrum data waar, terwijl deze op een hoogte van 786 km komt overvliegen. Het beeld dat genomen wordt, beslaat een gebied van 110 bij 110 km, een beste ‘bak’ met data.
De data uit de verschillende banden, zoals getoond in figuur 4, vertellen ons veel over het opgenomen gebied. Sentinel-2’s bereik van 13 spectrale banden, van het zichtbare en het nabij-infrarode tot de korte golf infrarood op verschillende ruimtelijke resoluties, variërend van 10 tot 60m op de grond, worden gebruikt om het plastic in het water te detecteren.
Wanneer er zonlicht op een object valt zal een deel van het licht teruggekaatst worden, dat is voor ons als mens zichtbaar als de verschillende kleuren. Een satelliet kan veel meer zien, een van de onderwerpen uit het artikel laat zien wat het spectrale profiel van “rotzooi” in de zee is
Om deze rotzooi te detecteren heeft het onderzoeksteam de Floating Debris Index (FDI) ontwikkeld. Een index in remote sensing kan als volgt worden uitgelegd:
Een index is een enkel getal dat bijvoorbeeld de vegetatiebiomassa en/of de groeikracht van de plant kwantificeert voor elke pixel in een remote sensingbeeld. De index wordt berekend met behulp van verschillende spectrale banden die gevoelig zijn voor plantenbiomassa en groeikracht.
Op basis het spectrale profiel van “rotzooi in de zee” is de berekening voor de FDI bepaalt.
Kuststreken
Door vervolgens van hetzelfde gebied de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) te berekenen (de index voor levende planten) en deze van elkaar aftrekken kan plastic afval in de zee worden gedetecteerd. Let wel dit is een grove benadering, voor een nauwkeuriger bepaling wordt gebruik gemaakt van atmosferisch gecorrigeerde beelden en worden er een analyse stap op basis van machine learning toegepast. Voor nu maak ik alleen gebruik van de FDI minus de NDVI. De Ocean Cleanup heeft eveneens een mooi kaart op hun site staan waarin de uitstoot in tonnen plastic per rivier worden weergegeven.
Voor dit blog heb ik twee willekeurige voorbeelden bij Tobago en de Bosporus genomen. Geheel willekeurig natuurlijk niet, de feiten dat er plastic uitstoot is en er recentelijke heldere beelden vanuit het Sentinel-2 programma beschikbaar waren hebben mijn keuze wel beïnvloed.
Nu hebben Sentinel-2 beelden een behoorlijk grove resolutie, deze resolutie (een pixel) is 10×10 meter. Om nu plastic afval te kunnen ontdekken in een pixel moet in zo’n 60% van de oppervlakte plastic voorkomen. Onderstaand plaatje geeft hier een voorstelling van, 1 pixel van een Sentinel-2 beeld waar de FDI van berekend kan worden laat zich het beste vergelijken met 8 parkeervakken waarin minimaal 5 auto’s geparkeerd staan.
Sentinel 2 beelden zijn bekend binnen ERDAS IMAGINE, de NDVI is een standaard toepassing en de Formule van de FDI kan, zoals onderstaand wordt weergeven, binnen de Spatial Modeler in ERDAS IMAGINE ‘geconfigureerd’ worden.
Plastic spotten
We zijn klaar om van start te gaan. Het eerst beeld is een opname van de zee voor San Fernando op Trinidad en Tobago. De Caribbean staan negatief bekend om hun enorme uitstoot aan afval per hoofd van de bevolking. Trinidad en Tobago hebben de twijfelachtige eer om hier de leiding in te nemen.
Op het satellietbeeld zelf zien we een prachtige blauwe Caribische zee. Bij het toepassen van de FDI worden de boten op weg naar de haven duidelijk zichtbaar. Logisch, ze zijn niet plantaardig en ze zijn zo groot dat ze uit meerdere pixels bestaan. Hun waarde is echter te hoog (lichten rood in het beeld bij de gekozen visualisatie). Echter, tussen de boten in zijn verschillende lichtgekleurde pixels zichtbaar. Grote concentraties van “rotzooi” in de 10×10 meter vakken, die weer voor een groot deel uit plastics bestaan.
Ingezoomd op het beeld wordt het nog duidelijker zichtbaar, in die mooie blauwe zee zijn, als we goed kijken, plekken plastic afval. Afval wat via de zeestromingen op weg is naar 1 van de plastic garbage belts in de oceanen.
Eenzelfde effect zien we voor de Bosporus, ook hier zien we “gele” vlekken die voor groot deel uit plastic afval bestaan.
Eigenlijk is het best schrikken, we weten allemaal dat plastic in het milieu absoluut niet goed is. Als we over straat lopen zien we vaak genoeg plastic liggen. Plastic dat via de sloten en rivieren uiteindelijk in de zee terecht komt. Dat niet alleen, het is zo veel plastic dat een satelliet die op een hoogte van 786 km boven aarde cirkelt dit kan waarnemen. Hoeveel olifanten komen er nog bij?
