Física

Para mitigar los daños causados ​​por un derrame de petróleo en el mar, los equipos de respuesta requieren pronósticos precisos de cómo el petróleo se degradará y se extenderá con el tiempo. Tanto la temperatura como la luz solar afectan las propiedades generales del petróleo crudo, pero hasta ahora la importancia relativa de cada una no estaba clara. Ahora Danielle Haas Freeman, Collin Ward y sus colegas del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI), Massachusetts, informan sobre los resultados de experimentos que abordan ese problema [1]. Sus hallazgos sugieren que el petróleo erosionado por la luz solar se comporta de manera diferente en las frías aguas del Ártico que en los océanos tropicales. El estudio añade un componente faltante a las predicciones sobre el destino del petróleo y podría ayudar a guiar el desarrollo de protocolos de limpieza adaptados a entornos específicos.

Los científicos saben que la temperatura del agua influye en las propiedades mecánicas del petróleo crudo. Los pronósticos de derrames de petróleo tienen en cuenta ese conocimiento utilizando relaciones empíricas que se derivan de experimentos realizados en la oscuridad. Pero los científicos también saben que la luz solar puede afectar las propiedades mecánicas del petróleo crudo, así como su composición química. Por ejemplo, las mediciones de agua de mar recolectadas recientemente en el Golfo de México sugieren que el 8% del petróleo sobrante de la explosión de Deepwater Horizon en 2010 se ha transformado en compuestos solubles en agua mediante reacciones fotoquímicas del petróleo inducidas por la luz. Lo que seguía siendo incierto era si la luz solar interactúa con el petróleo crudo de manera diferente en aguas cálidas y frías y, de ser así, cómo cualquier diferencia podría afectar las propiedades del petróleo.

Para estudiar este problema, Freeman, Ward y el resto del equipo realizaron una variedad de experimentos en muestras de petróleo tomadas del pozo Deepwater Horizon y en agua de mar de Vineyard Sound en Falmouth, Massachusetts. El grupo eliminó del petróleo los componentes que deberían volatilizarse naturalmente dentro del primer día o dos de un derrame. Estos componentes representan el 35% de la masa del aceite y su eliminación dio como resultado un aumento siete veces la viscosidad del aceite. A continuación, el equipo realizó una serie de mediciones dependientes de la temperatura de las propiedades mecánicas de este petróleo erosionado por evaporación y del agua de mar después de haber sido irradiado en un simulador solar durante 120 horas (nueve días). Repitieron el mismo conjunto de mediciones en muestras que se habían mantenido en la oscuridad.

Los experimentos muestran que tanto la luz como la temperatura afectan la viscosidad y la solubilidad en agua del petróleo crudo. Por ejemplo, el equipo descubrió que una muestra expuesta a la luz solar mantenida a 40 °C tenía una viscosidad casi 2 veces mayor que la de una muestra que se había mantenido en la oscuridad, pero 8 veces menor que una expuesta a la luz solar mantenida a 20 °C. . Se observaron cambios similares para la solubilidad en agua de las muestras, excepto que la dirección del cambio se invirtió: las muestras irradiadas mantenidas a temperaturas más altas contenían más contenido soluble en agua que aquellas mantenidas a temperaturas más bajas. Y los oscuros tenían menos que los que se mantenían en la luz. "Nos sorprendió descubrir que las relaciones entre las propiedades del petróleo y la temperatura son muy diferentes para el petróleo que ha sido transformado por la luz solar en comparación con el petróleo que se deja en la oscuridad", dice Freeman.

Después de un derrame de petróleo, la respuesta de limpieza se centra en gran medida en eliminar el petróleo que se encuentra sobre el agua. Las nuevas mediciones sugieren que el petróleo frío erosionado fotoquímicamente debería arrastrarse (una dispersión inducida por turbulencia) y disolverse menos que su contraparte caliente. Como resultado, debería haber más petróleo superficial que eliminar en un derrame de agua fría que en uno de agua tibia, pero ese petróleo estará más localizado. Estos factores podrían influir en la cantidad de petróleo que podría llegar a la costa y afectar los ecosistemas costeros. La mayor viscosidad del petróleo en un derrame de agua fría también podría afectar el método de respuesta, ya que la eficacia de una herramienta de respuesta a derrames (esparcimiento de dispersantes químicos, espumado o quema in situ) depende de las propiedades de flujo del petróleo.

Los resultados del equipo del WHOI muestran que el petróleo crudo tiene propiedades físicas muy diferentes después de haber sido expuesto a la luz solar, dice Matthew Tarr, químico analítico de la Universidad de Nueva Orleans que estudia la degradación fotoquímica de los contaminantes. Dice que agregar esa información a los modelos de derrames de petróleo debería hacer que los pronósticos sean más precisos. Merv Fingas, físico ambiental y ex jefe de la División de Ciencias de Emergencias de Environment Canada, está de acuerdo con Tarr, pero cuestiona si los hallazgos del equipo de WHOI resistirán más interrogatorios. Señala que el equipo basó las conclusiones en un conjunto de mediciones y un modelo para el sistema. Por ejemplo, el hallazgo de que el arrastre de petróleo se ve afectado por la luz solar se basa en un modelo que incluye el arrastre. "Otros modelos no incluyen este destino del petróleo y el arrastre de petróleo no es universalmente aceptado entre los científicos dedicados a los derrames de petróleo", dice.

Los investigadores de WHOI reconocen estos comentarios. Dicen que esperan que sus hallazgos alienten a otros grupos de investigación a estudiar cómo la erosión provocada por la luz solar afecta las propiedades físicas del petróleo derramado en el mar. "Sólo recientemente la comunidad ha comenzado a comprender y aceptar la importancia de la erosión provocada por la luz solar en relación con otros procesos de erosión", dice Ward. "Se necesita mucha más investigación para comprender completamente cómo y con qué rapidez el petróleo se erosiona en el mar y qué impactos tienen los procesos de erosión en las predicciones de los modelos y las operaciones de respuesta".

Mientras tanto, con el aumento del tráfico marítimo debido a los veranos cada vez más libres de hielo, los derrames en las frías aguas del Ártico son cada vez más probables. Freeman, Ward y el equipo dicen que los nuevos resultados podrían ayudar a los equipos de limpieza a tomar decisiones sobre cómo evitar que esas malas situaciones empeoren. La exposición a la luz solar puede hacer que los derrames de petróleo sean más fáciles o más difíciles de limpiar, dependiendo de dónde ocurran, dice Ward. "Los derrames de petróleo siempre son malos, y nuestros hallazgos no deben interpretarse en el sentido de que un derrame de petróleo está 'bien' si ocurre en una determinada zona de temperatura o con una cierta cantidad de luz solar", dice Ward.

–Rachel Berkowitz

Rachel Berkowitz es editora correspondiente de la revista Physics Magazine con sede en Vancouver, Canadá.

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