Abstract

Protection of the Arctic marine environment is a subject of increasing concern due to the industrial use of local resources and the opening of maritime shipping routes. Thus, there are emerging risks of marine pollution associated with these development trends. The lack of readily available response capabilities, long distances from populated areas, harsh climate with long periods of darkness, extreme cold, and frequent storms make spill response and clean-up operations difficult.

This doctoral dissertation examined the challenges related to oil spill response (OSR) in the Arctic, specifically focusing on the Barents Sea. The study aimed to address Arctic oil spill response technologies, the impact of Arctic weather on response efforts, and the potential ecological impacts caused by oil spill accidents.

There are currently three main oil spill response technologies available for the Arctic marine environment: mechanical recovery with skimmers and booms, chemical dispersion, and the combustion of oil at sea. However, the research revealed that the weather conditions in the Barents Sea present significant challenges for oil spill response efforts, and the ambient conditions restrict application of these technologies. Thus, the commonly used methods are limited to only the summer months. Unfavorable weather conditions during autumn, winter, and spring, such as extremely low temperatures, high winds and wave activity, ice cover, limited daylight, precipitation storms, and low visibility, make it difficult to conduct effective oil spill response operations at sea.

To assess the potential ecological impacts of oil spill accidents, this work suggests using spatial overlap analysis. This method involves comparing oil spill trajectory patterns with environmental sensitivity or species distribution data. The severity of impacts has a strong correlation with ecosystem seasonality and the sensitivity of the area. Summer was found to be a highly sensitive season for the Barents marine environment. Therefore, the prevention of accidents should be the highest priority during this period of high biological production and species abundance. At the same time, overall preparedness for oil spill accidents in this season is the most efficient. The chances to respond to an accident are the highest, especially as summer also shows a high probability of localized spill accidents. Vital ecosystem activities continue in autumn. Although Svalbard has non-breeding season at this time, if an accident happens close to the mainland, the potential impacts will be high. The operational capacity of the Arctic OSR toolbox at this time of the year has levels of partial applicability or complete inefficiency. Based on the studies and observations conducted on local oceanographic conditions, autumn is also a season when oil slicks can spread and travel the furthest distances from the initial spill location. This provides a just reason to concentrate closely on accident prevention. Measures may include risk reduction actions (e.g., traffic control, enhanced navigation management, reduction of shipping activities, route replanning to avoid sensitive areas) or the improvement of OSR preparedness.

Tiivistelmä

Arktisen meriympäristön suojeleminen on kasvava huolenaihe lisääntyvän arktisten luonnonvarojen käytön ja uusien meriliikenteen reittien avaamisen vuoksi. Tämä kehitys lisää meren saastumisen riskejä. Soveltuvien torjuntakeinojen uupuminen, pitkät etäisyydet, ankara ilmasto ja pimeys, äärimmäinen kylmyys ja usein esiintyvät myrskyt tekevät mahdollisista kemikaali- ja öljyvuotojen torjunnasta ja puhdistustoimista vaikeita.

Tämä tohtoriväitöskirjatyö tarkastelee öljyvahinkojen torjuntaan liittyviä haasteita Arktisella alueella, keskittyen erityisesti Barentsinmerialueeseen. Tutkimuksen tavoitteena oli käsitellä arktisen öljyvahinkojen torjuntateknologioita, arktisten sääolosuhteiden vaikutuksia torjuntatoimiin ja öljyvahinkojen mahdollisia ekologisia vaikutuksia.

Arktisessa meriympäristössä on tällä hetkellä käytössä kolme pääasiallista öljyvahinkojen torjuntateknologiaa: mekaaninen öljynkerääminen käyttäen öljynkerääjiä ja poijuja, öljyn kemiallinen hajottaminen sekä öljynpoltto merellä. Tutkimus kuitenkin paljasti, että Barentsinmeren sääolosuhteet asettavat merkittäviä haasteita öljyvahinkojen torjunnalle ja ympäristön olosuhteet rajoittavat näiden teknologioiden soveltamista. Tämän vuoksi yleisesti käytetyt menetelmät rajoittuvat vain kesäkuukausiin. Epäsuotuisat sääolosuhteet syksyllä, talvella ja keväällä, kuten äärimmäisen alhainen lämpötila, voimakkaat tuulet ja aallokko, jääpeite, vähäinen päivänvalo, sadekuurot ja huono näkyvyys vaikeuttavat tehokasta öljyvahinkojen torjuntaa merellä.

Öljyvahinkojen mahdollisten ekologisten vaikutusten arvioimiseksi voidaan hyödyntää spatiaalista limittyvyyden analyysiä. Tämä menetelmä sisältää öljyvuotojen ennustemallien vertailun ympäristön olosuhteisiin tai lajien levinneisyystietoihin. Ekosysteemivaikutuksilla on vahva yhteys vuodenaikaan ja alueen luonnontilan herkkyyteen. Kesä osoittautui erittäin herkäksi vuodenajaksi Barentsin meriympäristössä. Siksi onnettomuuksien ehkäiseminen tulisi olla ensisijainen tavoite kesällä, jolloin ympäristön biologinen aktiivisuus ja lajien runsaus ovat suurimmillaan. Samalla öljyvahinkojen varautuminen tähän aikaan on tehokkainta. Onnettomuuteen reagoimisen mahdollisuudet ovat myös suurimmat kesällä, jolloin on suuri todennäköisyys paikallisille vuodoille. Useat tärkeät ekosysteemin toiminnat jatkuvat syksyllä. Vaikka Svalbardissa ei ole lintujen pesimiskautta tähän aikaan, vaikutukset voivat olla suuret, jos onnettomuus tapahtuu lähellä manteretta. Arktisen öljyvahinkojen torjuntamenetelmien soveltuvuus on kuitenkin tällöin vain osittaista tai täysin tehotonta. Tehdyt tutkimukset ja havainnot paikallisista merioloista osoittavat, että syksy on myös aikaa, jolloin öljylautat voivat levitä ja kulkeutua pisimmälle. Siksi onkin tärkeää keskittyä onnettomuuksien ennaltaehkäisyyn. Toimenpiteet voivat sisältää riskien vähentämistoimia (esimerkiksi liikenteen ohjausta, navigoinnin tehostamista, meriliikenteen vähentämistä ja reittien suunnittelua herkkien alueiden välttämiseksi) tai öljyvahinkojen varautumisen parantamista.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Pavlov, V. (2020). Arctic marine oil spill response methods: Environmental challenges and technological limitations. In E. Pongrácz, V. Pavlov, & N. Hänninen (Eds.), Arctic Marine Sustainability (pp. 213–248). https://doi.org/10.1007/978-3-030-28404-6_11

2. Pavlov, V., Aguiar, V. C. M. D., Hole, L. R., & Pongrácz, E. (2021). A 30-year probability map for oil spill trajectories in the Barents Sea to assess potential environmental and socio-economic threats. Resources, 11(1), 1. https://doi.org/10.3390/resources11010001

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Pavlov, V., James, N. A., Masden, E. A., De Aguiar, V. C. M., Hole, L. R., Liimatainen, H., & Pongrácz, E. (2023). Impacts of offshore oil spill accidents on island bird communities: A test run study around Orkney and Svalbard archipelagos. Environmental Pollution, 334, 122193. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.122193

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version