Algorytm i autonomiczne pojazdy strzegą Bałtyku przed chemiczną katastrofą związaną z zatopieniem w morzu broni chemicznej i amunicji z czasów I, II wojny światowej i „zimnej wojny”. O systemie pomagającym ocenić zagrożenie opowiada dr Jacek Bełdowski z Instytutu Oceanologii PAN w rozmowie z Tomaszem Jurczakiem

Jak dużo amunicji spoczywa na dnie Morza Bałtyckiego?

Dr Jacek Bełdowski: Kilka lat temu Niemcy zrobili inwentaryzację swoich wód zarówno Morza Północnego jak i Bałtyckiego i im wyszło, że mają ok. 1,8 mln ton zatopionej amunicji. My szacujemy mniej więcej 40 tysięcy ton w Bałtyku, a 150 tysięcy ton broni chemicznej tylko w jednej z duńskich cieśnin – Skagerraku. Jeśli chodzi o broń konwencjonalną to samych min morskich z okresów wojen światowych jest około 200 tysięcy sztuk. Całkowitą masę broni chemicznej i konwencjonalnej w Bałtyku właściwym szacujemy na pół miliona ton, i jakieś dodatkowe 200 tysięcy ton w Cieśninach Duńskich.

Wyciągnięcie takiej ilości amunicji przy dzisiejszych rozwiązaniach technologicznych jest nierealne, dlatego rozwinęliśmy system pozwalający ocenić, które elementy uzbrojenia należy wyciągnąć w pierwszej kolejności.

Ludzie wyobrażają sobie, że amunicja to są beczki, które leżą z różnymi substancjami i wyciekają, a to są głównie, bomby i pociski. Tylko niewielka część, została zatopiona w pojemnikach, natomiast większość to gotowa do użycia amunicja nieuzbrojona, którą zapakowano na statki i wyrzucono do morza.

Które elementy uzbrojenia są najgroźniejsze?

Bomby lotnicze mają cienkie ścianki i są z kiepskiej stali. Część zawartych w nich substancji już wyciekła lub właśnie wycieka do środowiska. Co ciekawe na pociskach tworzą się organiczne powłoki, które spowalniają wycieki. Niestety dyfuzja szkodliwego materiału jest stała. Skutek jest taki, że zawarty w bombach iperyt otwarty 20-30 lat temu na działanie morza nadal tam jest i powoli się rozprzestrzenia.

Dr Jacek Bełdowski podczas misji na Bałtyku

Wiedza o miejscach uwalniania się iperytu jest ważna dla rybaków. W przeszłości zdarzało się, że takie pociski zaplątywały się w sieci, a próby ich usunięcia na pokładzie kończyły się poparzeniami rybaków. Dlatego nasz algorytm bierze pod uwagę czym pocisk był wypełniony.

Szczególnie groźne są pociski 105 mm i 155 mm, których w Bałtyku jest najwięcej. Tempo ich korozji wynosi ok. 90 lat do całkowitego rozszczelnienia, więc może to nastąpić za ok. 20 lat od teraz. Zbadaliśmy to, zatapiając na rok kawałki takiej samej stali, z jakiej zrobione były niewybuchy. Po tym czasie wyciągaliśmy nasze próbki i ocenialiśmy poziom korozji.

Skąd wziął się pomysł, by skażenie chemikaliami pochodzącymi z broni analizował algorytm?

Niemiecka Politechnika w Clausthal wykonała go na zlecenie Instytutu Oceanologii PAN w Gdańsku. Został uruchomiony wiosną 2019 roku, ale bierze pod uwagę dane, które były zbierane od 2011 roku.

Jest on współfinansowany przez Unię Europejską w ramach projektów Daimon i Daimon II. Mają one na celu analizę negatywnego wpływu skorodowanej amunicji na Morze Bałtyckie.

Badamy nie tylko same obiekty ale i skażenie osadów wokół obiektów: stężenie różnych związków, które tam występują, odległość od obiektów. Do tego dochodzą dane oceanograficzne, czyli układ prądów, zasolenie, stężenie tlenu jak również dane dotyczące organizmów.

Badacie również zwierzęta. W jaki sposób pobierane są próbki?

Badaliśmy głównie dorsze i flądry, a wnioski z tych badań zasiliły nasz algorytm. Ocenialiśmy między innymi ogólną kondycję ryb, stopień ich zapasożycenia, deformacje czy uszkodzenia genetyczne i analizowaliśmy czy wycieki chemiczne wpływają na nie. W laboratorium badaliśmy próbki mięśni i wątroby. Jeśli wykryte zostaną trujące środki bojowe to mamy kolejną wartość do przypisania w naszym algorytmie. Do tej pory przebadaliśmy ok. 20 tysięcy sztuk ryb.

Te dane były materiałem do uczenia się sieci neuronowych. Do tego dochodzą też dane geograficzne, czyli rozmieszczenie pocisków czy układ prądów i warunki meteorologiczne, które pozwalają określić na przykład kierunek rozprzestrzeniania się wycieków.

Ponadto bierzemy pod uwagę jak wycieki związków chemicznych mogą wpłynąć na turystykę, w jakiej odległości od skażonych obszarów są plaże, czy miejsca nurkowania rekreacyjnego.

Dopiero tak zbudowany system w oparciu o dwie sieci neuronowe, z czego jedna zajmuje się ogólnym ryzykiem, a druga – ryzykiem związanym z obiektami, które chcemy chronić, pozwalają dokonywać porównań.

Czy w pobliżu brzegów Polski jest zatopiona amunicja?

Przy polskich wybrzeżach nie ma szczególnie zagrożonych rejonów, to wszystko jest raczej oddalone od brzegu i na głębokiej wodzie. Najbliższym obszarem, gdzie zatopiono broń jest Głębia Gdańska. Dawne Niemcy Wschodnie zatopiły tam w 1954 roku 60 ton broni konwencjonalnej i chemicznej. Obecność broni chemicznej w tym miejscu potwierdziły nasze badania. Znaleźliśmy tam też olbrzymie wysypisko butli po acetylenie.

W jaki sposób poszukujecie składowisk amunicji?

Cały proces wygląda tak, że zaczyna się od obrazu sonarowego dna, na to nakładany jest wynik z magnetometru, czyli czegoś takiego jak nieco lepszej jakości wykrywacz metalu. Pozwala nam on wykryć anomalie w ziemskim polu magnetycznym, dzięki czemu dowiadujemy się czy obiekty są metalowe czy nie, znamy też ich kształt i wielkość. Na tej podstawie przypisywana jest klasa, pierwsza oczywiście będzie oznaczać obiekt metalowy, którego kształt i wielkość odpowiada amunicji. Takie dane są bezpośrednio wprowadzane do systemu wspierania decyzji, czyli do naszego algorytmu.

skorodowana bomba KC 250, widać bryłę iperytu i ładunek rozpraszający

Trzeba pamiętać, że z jednego przejazdu sonarowego, który trwa mniej więcej trzy godziny, otrzymuje się obszar 500 na 1000 metrów. Na tym obszarze, jeśli jest bogaty w cele mamy np. 100 kontaktów, które prawdopodobnie są amunicją. Trzeba to jeszcze zweryfikować zdalnie sterowanym pojazdem.

Co to za pojazd?

Jeśli chodzi o sonar i magnetometr to jest to częściowo autonomiczny pojazd podwodny AUV (autonomous underwater vehicle) z sonarem, który jest specjalnie programowany. Ma on szereg zachowań autonomicznych, aby śledził dno i pozostawał w danej odległości od niego, omijał przeszkody i reagował na różne nieprzewidziane zdarzenia.

Jeśli zaś chodzi o identyfikację to jest to pojazd zdalnie sterowany ROV (remotely operated vehicle), zasilany z powierzchni specjalnym kablem (pępowiną). Jest on wyposażony w kamery, sonary dookólne działające nieco jak radar, i kamerę akustyczną – sonar wysokiej rozdzielczości patrzący w przód, który umożliwia obrazowanie nawet w mętnej wodzie.

Jak taki pojazd działa i jak zbiera informacje z dna? Czy jego skuteczność jest 100 procentowa?

Robota (ROV) wysyłamy już na wybrane cele, żeby zidentyfikować amunicję. Jedna misja pojazdu podwodnego to około 2 godziny i w tym czasie można odwiedzić 1-2 obiekty. Jeśli mamy do czynienia z setką, odwiedzimy nie więcej niż 10. To oznacza sporą niepewność, którą zmniejszamy poprzez działanie algorytmu. Do badania dna morskiego wykorzystujemy też kamerę akustyczną, czyli sonar patrzący w przód, który tworzy obraz trochę podobny do USG.

Należy pamiętać, że widoczność w Bałtyku jest prawie żadna. Jeśli mamy dobry dzień to wynosi około 1,5 metra, w gorsze dni jest to 20 cm, trzeba się zatem bardzo zbliżyć do celu, aby pozyskać dane. To także trwa.

Oczywiście dalej nie wiemy, czy to jest broń chemiczna czy konwencjonalna, chyba że zachowały się jakieś oznaczenia. Żeby to rozpoznać jest stworzony cały katalog danych online, gdzie znajdują się choćby wymiary amunicji. Próbki osadów dennych pobieramy za pomocą robota, korzystając ze zdalnie sterowanych czerpaków. Na podstawie stanu korozji, jeśli są jakieś otwarcia, widoczne dziury, ocenia się możliwość wycieku.

Instytut Oceanologii PAN w 2011 roku rozpoczął walkę o uratowanie Bałtyku przed toksynami z amunicji. Jak ta sytuacja wygląda po 8 latach? Czy planujecie rozwój algorytmu wspierania decyzji?

Liczę na to, że do zimy uda się nam stworzyć wersję bardziej przyjazną użytkownikom, a od wiosny przyszłego roku zaczniemy intensywnie szkolić wszystkie agencje, które zajmują się morzem, czyli urzędy morskie oraz resorty środowiska i infrastruktury.

System jako taki jest całkiem pewny, ale projektujemy go w taki sposób, aby w miarę pojawiania się nowych danych był coraz dokładniejszy. W tej chwili ta dokładność jest na poziomie ok. 80 procent. Aby była 100 procentowa skuteczność muszą cały czas trwać programy badawcze. Dzięki temu algorytm pozwoli ocenić ryzyko na przyszłość, a nie tylko to, jakie jest w tej chwili.

Dlatego staramy się też stworzyć prosty model predykcji, który będzie mówił co się stanie. System ma potencjał rozwoju, ale problemem będzie finansowanie. Liczymy na wsparcie rządowe, szczególnie w obszarze infrastruktury systemów i zasobów ludzkich do obsługi systemu i wsparcia dla użytkowników.

Zastanawiamy się też nad takim rozwiązaniem, aby wersja dla rządów była bezpłatna, natomiast ta dla przemysłu płatna. Nie byłyby to drogie licencje, ale pozwoliłby utrzymywać ten system w bieżącym działaniu.

Czy dane systemu działającego w Instytucie Oceanologii są wymieniane, porównywane ze światowymi badaniami w tym zakresie? Czy o zagrożeniu składowaną na dnie mórz i oceanów bronią chemiczną można mówić jako o światowym zagrożeniu?

Temat jest międzynarodowy i jest kilka społeczności, które dziś się tym zajmują. Są Włosi, którzy prowadzą badania na Adriatyku, są Amerykanie, którzy analizują dane na Pacyfiku wokół Pearl Harbour, bo tam jest duży zrzut i kilka drobnych miejsc na świecie. Tzn. amunicji jest tam mnóstwo tylko prac powstało na ten temat niewiele np. Morze Irlandzkie, gdzie jest milion ton czy wybrzeże Belgii.

Oczywiście dzielimy się wynikami takich badań. Na Bałtyku scena badawcza jest zintegrowana, natomiast integracja europejska lub światowa leży kompletnie.


Badania opisane w artykule zostały wykonane w ramach projektu DAIMON 2 Interreg Baltic Sea Region Programme i zostały częściowo sfinansowane z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.


Dr Jacek Bełdowskiukończył Uniwersytet Gdański w 1998, na kierunku oceanografia biologiczna. Od r. 2000 jest zatrudniony w Instytucie Oceanologii PAN w Sopocie w Zakładzie Chemii i Biochemii Morza. W 2004 r. na Uniwersytecie Gdańskim obronił doktorat dotyczący obiegu rtęci w Bałtyku. Prowadził i brał udział w kilkudziesięciu rejsach naukowych na Bałtyku, Morzu Śródziemnym i morzach arktycznych. Brał udział w kilkunastu projektach międzynarodowych, zarówno w ramach pracy w IOPAN jak i 2,5-letniego stażu po-doktorskiego w Instytucie Badań Morza Bałtyckiego w Warnemuende, Niemcy. Od 2010 r. uczestniczy w pracach nad zatopioną amunicją chemiczną i konwencjonalną – jako współprzewodniczący grup HELCOM MUNI i SUBMERGED, oraz koordynator projektów Interreg – CHEMSEA, DAIMON, DAIMON2 i NATO SPS MODUM. Autor wielu artykułów na temat amunicji oraz edytor książki NATO ASI series na temat monitoringu miejsc zatopień.

Skip to content