Fisica

Per mitigare i danni derivanti da una fuoriuscita di petrolio in mare, le squadre di intervento necessitano di previsioni accurate su come il petrolio si degraderà e si diffonderà nel tempo. La temperatura e la luce solare influenzano entrambe le proprietà del petrolio greggio, ma fino ad ora l’importanza relativa di ciascuna non era chiara. Ora Danielle Haas Freeman, Collin Ward e i loro colleghi della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Massachusetts, riportano i risultati di esperimenti che affrontano questo problema [1]. I loro risultati suggeriscono che il petrolio esposto alla luce solare si comporta diversamente nelle fredde acque artiche rispetto agli oceani tropicali. Lo studio aggiunge una componente mancante alle previsioni sul destino del petrolio e potrebbe aiutare a guidare lo sviluppo di protocolli di pulizia adattati ad ambienti specifici.

Gli scienziati sanno che la temperatura dell'acqua influenza le proprietà meccaniche del petrolio greggio. Le previsioni sulle fuoriuscite di petrolio tengono conto di tale conoscenza utilizzando relazioni empiriche derivate da esperimenti condotti nell’oscurità. Ma gli scienziati sanno anche che la luce solare può avere un impatto sulle proprietà meccaniche del petrolio greggio, così come sulla sua composizione chimica. Ad esempio, le misurazioni dell’acqua di mare recentemente raccolte nel Golfo del Messico suggeriscono che l’8% del petrolio rimasto dall’esplosione della Deepwater Horizon del 2010 si è trasformato in composti solubili in acqua mediante reazioni fotochimiche del petrolio indotte dalla luce. Ciò che rimaneva incerto era se la luce solare interagisse con il petrolio greggio in modo diverso nelle acque calde e fredde e, in tal caso, in che modo eventuali differenze potrebbero influire sulle proprietà del petrolio.

Per studiare questo problema, Freeman, Ward e il resto del team hanno eseguito una serie di esperimenti su campioni di petrolio prelevati dal pozzo Deepwater Horizon e sull'acqua di mare da Vineyard Sound a Falmouth, Massachusetts. Il gruppo ha rimosso dal petrolio i componenti che dovrebbero volatilizzarsi naturalmente entro il primo giorno o due dopo una fuoriuscita. Questi componenti rappresentano il 35% della massa dell'olio e la loro rimozione ha comportato un aumento di sette volte della viscosità dell'olio. Il team ha quindi eseguito una serie di misurazioni dipendenti dalla temperatura delle proprietà meccaniche di questo olio alterato per evaporazione e dell’acqua di mare dopo che era stata irradiata in un simulatore solare per 120 ore (nove giorni). Hanno ripetuto la stessa serie di misurazioni su campioni che erano stati tenuti all’oscuro.

Gli esperimenti mostrano che sia la luce che la temperatura influiscono sulla viscosità e sulla solubilità in acqua del petrolio greggio. Ad esempio, il team ha scoperto che un campione esposto alla luce solare e conservato a 40 °C aveva una viscosità quasi 2 volte maggiore di un campione tenuto al buio, ma 8 volte inferiore a quello di un campione esposto alla luce solare e conservato a 20 °C. . Cambiamenti simili sono stati osservati per la solubilità in acqua dei campioni, tranne per il fatto che la direzione del cambiamento è stata invertita: i campioni irradiati tenuti a temperature più elevate contenevano più contenuto solubile in acqua rispetto a quelli conservati a temperature più basse. E quelli oscuri ne avevano meno di quelli tenuti nella luce. "Siamo rimasti sorpresi di scoprire che le relazioni tra le proprietà del petrolio e la temperatura sono molto diverse per il petrolio che è stato trasformato dalla luce solare rispetto al petrolio lasciato al buio", afferma Freeman.

Dopo una fuoriuscita di petrolio, la risposta di pulizia si concentra in gran parte sulla rimozione del petrolio che si trova in superficie. Le nuove misurazioni suggeriscono che il petrolio freddo, alterato fotochimicamente, dovrebbe trascinarsi – una diffusione indotta dalla turbolenza – e dissolversi meno della sua controparte calda. Di conseguenza, ci dovrebbe essere più olio superficiale da rimuovere in caso di fuoriuscita di acqua fredda rispetto a quella di acqua calda, ma l’olio sarà più localizzato. Questi fattori potrebbero influenzare la quantità di petrolio che potrebbe arrivare a terra e avere un impatto sugli ecosistemi costieri. La maggiore viscosità del petrolio in una fuoriuscita di acqua fredda potrebbe anche avere un impatto sul metodo di risposta, poiché l'efficacia di uno strumento di risposta alla fuoriuscita (diffusione di disperdenti chimici, scrematura o combustione in situ) dipende dalle proprietà di flusso del petrolio.

I risultati del team WHOI mostrano che il petrolio greggio ha proprietà fisiche molto diverse dopo che è stato esposto alla luce solare, afferma Matthew Tarr, un chimico analitico dell'Università di New Orleans che studia la degradazione fotochimica degli inquinanti. Secondo lui, l’aggiunta di tali informazioni ai modelli sulle fuoriuscite di petrolio dovrebbe rendere le previsioni più accurate. Merv Fingas, fisico ambientale ed ex capo della Divisione Scienze delle Emergenze dell'Ambiente Canada, è d'accordo con Tarr, ma si chiede se i risultati del team WHOI resisteranno a ulteriori interrogatori. Egli osserva che il team ha basato le conclusioni su una serie di misurazioni e su un modello per il sistema. Ad esempio, la scoperta che il trascinamento del petrolio è influenzato dalla luce solare si basa su un modello che include il trascinamento. “Altri modelli non includono questo destino del petrolio e il trascinamento del petrolio non è universalmente accettato tra gli studiosi delle fuoriuscite di petrolio”, afferma.