M. Mitchell Waldrop
Grandi quantità di petrolio, gas e disperdente si riversarono nel Golfo del Messico durante il disastro di Deepwater Horizon. Capire la chimica e la fisica di questo mix mentre si agita attraverso l'acqua salata si rivela essere un problema estremamente complesso con un sacco di incognite.
Il 30 aprile 2010, 10 giorni dopo uno scoppio, distrusse la piattaforma di perforazione offshore Deepwater Horizon al largo della Louisiana e scatenò quella che stava rapidamente diventando la peggiore fuoriuscita di petrolio nella storia degli Stati Uniti, il proprietario del pozzo, British Petroleum, inviò un sottomarino pilotato a distanza 1.500 metri fino al fondo del Golfo del Messico. Una volta che il veicolo è arrivato alla testa di pozzo rotta, che emetteva ancora oltre 6.000 litri di olio al minuto, ha bloccato la punta di un tubo lungo chilometri nel pennacchio in eruzione e ha iniziato a pompare disperdenti: sostanze chimiche simili a detergenti progettate per frammentare il idrocarburi in piccole goccioline. Era l'inizio di una campagna che avrebbe iniettato il pennacchio con quasi 3 milioni di litri di sostanze chimiche.
Grandi quantità di petrolio, gas e disperdente si riversarono nel Golfo del Messico durante il disastro di Deepwater Horizon. Capire la chimica e la fisica di questo mix mentre si agita attraverso l'acqua salata si rivela essere un problema estremamente complesso con un sacco di incognite.
Il 30 aprile 2010, 10 giorni dopo uno scoppio, distrusse la piattaforma di perforazione offshore Deepwater Horizon al largo della Louisiana e scatenò quella che stava rapidamente diventando la peggiore fuoriuscita di petrolio nella storia degli Stati Uniti, il proprietario del pozzo, British Petroleum, inviò un sottomarino pilotato a distanza 1.500 metri fino al fondo del Golfo del Messico. Una volta che il veicolo è arrivato alla testa di pozzo rotta, che emetteva ancora oltre 6.000 litri di olio al minuto, ha bloccato la punta di un tubo lungo chilometri nel pennacchio in eruzione e ha iniziato a pompare disperdenti: sostanze chimiche simili a detergenti progettate per frammentare il idrocarburi in piccole goccioline. Era l'inizio di una campagna che avrebbe iniettato il pennacchio con quasi 3 milioni di litri di sostanze chimiche.
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| Nessuno conosceva l'impatto dell'ecosistema dell'utilizzo di enormi quantità di disperdenti nelle acque profonde per rompere la massiccia chiazza di petrolio causata dal disastro del British Petroleum del 2010, visto qui via satellite un mese dopo lo scoppio. Credito immagine: Science Source / NASA. |
Usare il disperdente a quella profondità era un lancio di dadi; le sostanze chimiche erano già state utilizzate in passato con slick di olio di superficie con vari gradi di successo, ma mai in acque così fredde e profonde. Nessuno poteva essere sicuro di quale effetto avrebbero in definitiva sull'ecosistema oceanico, sulla pesca costiera o persino sul petrolio stesso. I soccorritori potevano solo sperare che l'iniezione funzionasse come previsto e che le goccioline di petrolio risultanti sarebbero state consumate dai numerosi batteri del Golfo che mangiano petrolio senza mai arrivare in superficie.
Quindi ha funzionato? Dipende a chi chiedi.
Le compagnie petrolifere certamente pensano che sia così, afferma Tamay Özgökmen, ingegnere meccanico presso l'Università di Miami a Coral Gables, Florida, che ha passato gran parte degli ultimi otto anni a studiare l'incidente di Deepwater Horizon e le sue conseguenze. Le aziende puntano a precipitare le concentrazioni di vapori tossici sopra le squadre di pulizia del petrolio potrebbe finalmente lavorare senza respiratori e alle fotografie aeree che suggeriscono che meno petrolio stava raggiungendo la superficie. Quindi, dal punto di vista delle aziende, afferma Özgökmen, i disperdenti di acque profonde sono passati dall'essere una mossa alla disperazione alla procedura operativa standard. "Si stanno preparando per questo nelle future fuoriuscite di petrolio", dice.
L'Ocean Science Board della National Academy of Sciences tende a concordare: in una bozza di rapporto di consenso pubblicata il 5 aprile, il comitato del Board sull'uso di disperdenti di petrolio ha concluso che sì, l'iniezione in acque profonde era stata generalmente efficace nel disperdere l'olio , rendendo gli idrocarburi più facili da digerire per i batteri, evitando che l'olio di superficie incrini le coste vicine e aumentando la sicurezza dei lavoratori attenuando l'esposizione a sostanze chimiche pericolose legate all'olio (1).
Ma il rapporto - ei numerosi ricercatori che studiano gli effetti dei disperdenti - sottolineano anche le molte incertezze rimanenti. I benefici degli enormi disperdenti delle acque profonde sono ancora oggetto di intenso dibattito tra gli scienziati. E i rischi sono ancora più oscuri. I disperdenti da soli non rappresentano un rischio a breve termine. Essi producono poco più che occhi infiammati e tosse negli umani, e tranne nelle immediate vicinanze del pennacchio di Deepwater Horizon, il rapporto dell'Accademia Nazionale delle Scienze ha concluso che non si sono mai avvicinati a soglie di tossicità acuta per la vita marina che vive sulla superficie dell'acqua. Ma i biologi stanno ancora cercando di capire la minaccia a lungo termine per la salute umana e dell'ecosistema rappresentata da milioni di litri di sostanze combinate con quantità sconosciute di petrolio grezzo allacciate alla propria miscela di tossine e agenti cancerogeni.
Alla base di tutto ciò c'è un mistero: dove è andato effettivamente il petrolio, e in che modo i disperdenti hanno influenzato i suoi movimenti? Prima che la testa di pozzo fosse finalmente chiusa il 15 luglio 2010, aveva liberato circa 760 milioni di litri di petrolio, e ben il 25% di esso rimane disperso.
Sebbene le risposte definitive siano difficili da trovare, importanti indizi sono emersi negli anni successivi all'incidente, poiché i ricercatori hanno studiato la fisica del mondo reale di petrolio, acqua e disperdenti. Hanno analizzato e rianalizzato i dati registrati durante il disastro, hanno studiato la formazione di goccioline di petrolio in laboratorio (con e senza disperdenti), monitorato le correnti nel Golfo con flotte di boe ad alta tecnologia e costruito innumerevoli simulazioni al computer. I ricercatori sanno molto più di quello che hanno fatto una volta su ciò che è accaduto all'olio nel pennacchio profondo mentre si alzava dalla testa pozzo; come l'olio interagisce con la luce del sole, il vento e le onde mentre si diffonde sulla superficie; e esattamente quale ruolo hanno giocato i disperdenti.
E nel giugno 2018, i ricercatori hanno intrapreso la più grande simulazione sperimentale della fuoriuscita di Deepwater Horizon fino ad oggi in un enorme serbatoio di acqua salata nel New Jersey. Nell'esperimento a due fasi, che si concluderà con una seconda serie di esperimenti nel luglio 2019, gli scienziati raccoglieranno un sacco di dati nella speranza di definire alcune delle ultime incertezze rimanenti derivanti da un disastro la cui scala e velocità hanno preso tutti di sorpresa.
Quindi ha funzionato? Dipende a chi chiedi.
Le compagnie petrolifere certamente pensano che sia così, afferma Tamay Özgökmen, ingegnere meccanico presso l'Università di Miami a Coral Gables, Florida, che ha passato gran parte degli ultimi otto anni a studiare l'incidente di Deepwater Horizon e le sue conseguenze. Le aziende puntano a precipitare le concentrazioni di vapori tossici sopra le squadre di pulizia del petrolio potrebbe finalmente lavorare senza respiratori e alle fotografie aeree che suggeriscono che meno petrolio stava raggiungendo la superficie. Quindi, dal punto di vista delle aziende, afferma Özgökmen, i disperdenti di acque profonde sono passati dall'essere una mossa alla disperazione alla procedura operativa standard. "Si stanno preparando per questo nelle future fuoriuscite di petrolio", dice.
L'Ocean Science Board della National Academy of Sciences tende a concordare: in una bozza di rapporto di consenso pubblicata il 5 aprile, il comitato del Board sull'uso di disperdenti di petrolio ha concluso che sì, l'iniezione in acque profonde era stata generalmente efficace nel disperdere l'olio , rendendo gli idrocarburi più facili da digerire per i batteri, evitando che l'olio di superficie incrini le coste vicine e aumentando la sicurezza dei lavoratori attenuando l'esposizione a sostanze chimiche pericolose legate all'olio (1).
Ma il rapporto - ei numerosi ricercatori che studiano gli effetti dei disperdenti - sottolineano anche le molte incertezze rimanenti. I benefici degli enormi disperdenti delle acque profonde sono ancora oggetto di intenso dibattito tra gli scienziati. E i rischi sono ancora più oscuri. I disperdenti da soli non rappresentano un rischio a breve termine. Essi producono poco più che occhi infiammati e tosse negli umani, e tranne nelle immediate vicinanze del pennacchio di Deepwater Horizon, il rapporto dell'Accademia Nazionale delle Scienze ha concluso che non si sono mai avvicinati a soglie di tossicità acuta per la vita marina che vive sulla superficie dell'acqua. Ma i biologi stanno ancora cercando di capire la minaccia a lungo termine per la salute umana e dell'ecosistema rappresentata da milioni di litri di sostanze combinate con quantità sconosciute di petrolio grezzo allacciate alla propria miscela di tossine e agenti cancerogeni.
Alla base di tutto ciò c'è un mistero: dove è andato effettivamente il petrolio, e in che modo i disperdenti hanno influenzato i suoi movimenti? Prima che la testa di pozzo fosse finalmente chiusa il 15 luglio 2010, aveva liberato circa 760 milioni di litri di petrolio, e ben il 25% di esso rimane disperso.
Sebbene le risposte definitive siano difficili da trovare, importanti indizi sono emersi negli anni successivi all'incidente, poiché i ricercatori hanno studiato la fisica del mondo reale di petrolio, acqua e disperdenti. Hanno analizzato e rianalizzato i dati registrati durante il disastro, hanno studiato la formazione di goccioline di petrolio in laboratorio (con e senza disperdenti), monitorato le correnti nel Golfo con flotte di boe ad alta tecnologia e costruito innumerevoli simulazioni al computer. I ricercatori sanno molto più di quello che hanno fatto una volta su ciò che è accaduto all'olio nel pennacchio profondo mentre si alzava dalla testa pozzo; come l'olio interagisce con la luce del sole, il vento e le onde mentre si diffonde sulla superficie; e esattamente quale ruolo hanno giocato i disperdenti.
E nel giugno 2018, i ricercatori hanno intrapreso la più grande simulazione sperimentale della fuoriuscita di Deepwater Horizon fino ad oggi in un enorme serbatoio di acqua salata nel New Jersey. Nell'esperimento a due fasi, che si concluderà con una seconda serie di esperimenti nel luglio 2019, gli scienziati raccoglieranno un sacco di dati nella speranza di definire alcune delle ultime incertezze rimanenti derivanti da un disastro la cui scala e velocità hanno preso tutti di sorpresa.
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| Un aeroplano rilascia disperdente di petrolio sul petrolio dal disastro di Deepwater Horizon al largo delle coste della Louisiana nel maggio 2010. Tutto sommato, circa 3 milioni di litri di disperdente sono stati utilizzati per la fuoriuscita. Immagine di credito: Science Source / United States Coast Guard. |
Sulla superficie
La chimica e la fisica del mondo reale dell'interfaccia aria-mare sono complicate quanto più. Non appena l'olio di qualsiasi fuoriuscita colpisce la superficie, ad esempio, inizia a cuocere al sole, facendo bollire composti volatili e perdendo quasi la metà del suo volume, trasformandosi in una spazzatura che resiste all'azione disperdente (2). I fumi erano cattive notizie per gli equipaggi della pulizia di Deepwater Horizon; non solo i gas erano un pericolo di incendio, ma includevano anche circa 40 volte i livelli di esposizione consentiti per il benzene, un noto cancerogeno. Benché il 25% del petrolio in quell'incidente sembra essere evaporato in questo modo.
Inoltre, spiega Eric D'Asaro, oceanografo dell'Università di Washington a Seattle, la superficie dell'oceano non è come una piatta pozza di acqua piovana. Si muove, si solleva e si solleva. Le onde che si infrangono e le correnti oceaniche frantumano costantemente le gocce d'olio nelle goccioline e le trascinano di nuovo sotto, dice, "finché non c'è un equilibrio tra le cose trasportate e trasportate verso il basso." Le gocce più sottili vanno più a fondo, dice D'Asaro, che è membro del Consorzio per la ricerca avanzata sul trasporto di idrocarburi nell'ambiente (CARTHE). Ciò significa che la cosiddetta chiazza di petrolio è in realtà uno spesso strato di gocce d'olio che si estende fino a 10 metri.
I disperdenti aggiungono un altro livello di complessità (vedi Fig. 1), afferma Joseph Katz, ingegnere meccanico presso la Johns Hopkins University di Baltimora, MD, che studia gli effetti di queste sostanze chimiche con i finanziamenti di un consorzio finanziato dall'Iniziativa di ricerca del Golfo del Messico, che finanzia separatamente CARTHE. Lavora con un serbatoio d'onda di laboratorio che gli consente di introdurre chiazze di petrolio e quindi guardare attraverso un sistema di laser e microscopi mentre i demolitori rompono le slick in una nuvola sottomarina di gocce d'olio.
La chimica e la fisica del mondo reale dell'interfaccia aria-mare sono complicate quanto più. Non appena l'olio di qualsiasi fuoriuscita colpisce la superficie, ad esempio, inizia a cuocere al sole, facendo bollire composti volatili e perdendo quasi la metà del suo volume, trasformandosi in una spazzatura che resiste all'azione disperdente (2). I fumi erano cattive notizie per gli equipaggi della pulizia di Deepwater Horizon; non solo i gas erano un pericolo di incendio, ma includevano anche circa 40 volte i livelli di esposizione consentiti per il benzene, un noto cancerogeno. Benché il 25% del petrolio in quell'incidente sembra essere evaporato in questo modo.
Inoltre, spiega Eric D'Asaro, oceanografo dell'Università di Washington a Seattle, la superficie dell'oceano non è come una piatta pozza di acqua piovana. Si muove, si solleva e si solleva. Le onde che si infrangono e le correnti oceaniche frantumano costantemente le gocce d'olio nelle goccioline e le trascinano di nuovo sotto, dice, "finché non c'è un equilibrio tra le cose trasportate e trasportate verso il basso." Le gocce più sottili vanno più a fondo, dice D'Asaro, che è membro del Consorzio per la ricerca avanzata sul trasporto di idrocarburi nell'ambiente (CARTHE). Ciò significa che la cosiddetta chiazza di petrolio è in realtà uno spesso strato di gocce d'olio che si estende fino a 10 metri.
I disperdenti aggiungono un altro livello di complessità (vedi Fig. 1), afferma Joseph Katz, ingegnere meccanico presso la Johns Hopkins University di Baltimora, MD, che studia gli effetti di queste sostanze chimiche con i finanziamenti di un consorzio finanziato dall'Iniziativa di ricerca del Golfo del Messico, che finanzia separatamente CARTHE. Lavora con un serbatoio d'onda di laboratorio che gli consente di introdurre chiazze di petrolio e quindi guardare attraverso un sistema di laser e microscopi mentre i demolitori rompono le slick in una nuvola sottomarina di gocce d'olio.
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| Fig. 1. I disperdenti consistono in molecole di tensioattivo composte da un gruppo di testa idrofilo e una coda lipofila (A). Nell'acqua di mare e nell'olio, la componente idrofila si dirige verso l'acqua di mare e il lato lipofilo verso la fase dell'olio, stimolando la formazione di piccole gocce di olio (B). I disperdenti rompono le chiazze di petrolio, inviando goccioline di olio stabilizzate dal disperdente nella colonna d'acqua (C). Ristampato con il permesso di ref. 10, Springer Nature: Nature Reviews Microbiology, copyright 2015. |
"Senza disperdenti", dice Katz, "ho trovato la distribuzione delle dimensioni per essere comprensibile." Cioè, le goccioline hanno mostrato una gamma di dimensioni fino a circa 100 micrometri, o circa piccole come un turbolento può arrivare prima che sia dissipato dal fluido viscosità. "Ma con i disperdenti, non potevo prevedere la distribuzione", dice. Invece di un taglio a 100 micrometri, ha visto goccioline piccole come 1 micrometro (3).
Uno sguardo più attento ha mostrato cosa stava succedendo, dice Katz: in presenza di disperdenti, che riducono la tensione superficiale tra olio e acqua, le goccioline sviluppano ogni sorta di fili e code. "Sembrano cellule spermatiche", dice. In effetti, i disperdenti si stavano concentrando sulle code, che sarebbero cresciute più a lungo e più a lungo fino a quando non si rompevano per produrre i microdroplet.
Sopra la superficie, Katz ha scoperto che i disperdenti provocano un aumento di 100 volte della concentrazione delle goccioline di olii ultrafini che galleggiano nell'aria (4). Non è chiaro come queste goccioline galleggianti formino - lo schiocco delle bolle, forse? - ma la loro presenza solleva nuovi problemi di salute: cosa succede quando le persone respirano goccioline infinitesimali che sono piene di tossine e sostanze cancerogene dall'olio e sono così piccole che possono penetrare in profondità nei polmoni? "Vai alla letteratura e scopri che non ne sappiamo molto", afferma Katz.
Aggiungendo ancora più complessità sono le correnti che agitano il Golfo su tutte le dimensioni, dagli spindidi locali in spiaggia al gigantesco Loop Current: un flusso potente che sorge tra la penisola dello Yucatan e Cuba, vaga per il Golfo in modo irregolare e difficile predire il percorso, e alla fine esce tra Cuba e la Florida per diventare la Corrente del Golfo. Uno scenario da incubo durante l'incidente di Deepwater Horizon è stato che la corrente del Loop avrebbe catturato la marea nera che si stava diffondendo e finendo per sporcare un bel pezzo di Florida o forse anche la costa orientale. Il fatto che ciò non fosse accaduto fu puramente un colpo di fortuna: il Loop Current scorreva a sud del sito di Deepwater Horizon al momento dell'incidente e stava per girare un gorgo gigante che manteneva il petrolio relativamente vicino alla riva.
Tuttavia, ciò significava semplicemente che il destino del petrolio Deepwater Horizon era soggetto a una serie di correnti poco conosciute e di minore scala. Nell'agosto 2012, i membri della CARTHE hanno cercato di mappare quei flussi in dettagli senza precedenti con la Grande dispiegazione di Los Angeles (GLAD) - un esperimento che ha seminato la regione di scoppio con 317 carri su misura progettati per fluttuare con le correnti nel modo in cui il petrolio avrebbe, e quindi tracciati tramite GPS per 10 giorni (5). GLAD è stato il più grande esperimento di questo tipo mai condotto fino all'inizio del 2016, quando il consorzio ha seguito più di 1.000 drifter nell'esperimento di sottoschemi lagrangiani (LASER) (6).
In entrambi i casi, dice D'Asaro, i percorsi a sbalzo hanno mostrato le correnti in modo molto chiaro. Ma sorprendentemente, dice, "abbiamo scoperto che a volte c'erano luoghi in cui i drifter si radunavano", in particolare in una congiunzione tra acque di diversa densità.
Un esempio ricorrente è alla foce del fiume Mississippi, dice. "C'è un ventaglio di acqua fresca che esce, creando un confine piuttosto marcato con l'acqua salata nell'oceano." L'acqua salata è più pesante, quindi si tuffa al di sotto e crea un "fronte" che può raccogliere oggetti fluttuanti.
Durante una fuoriuscita di petrolio, dice D'Asaro, possono essere buone notizie o brutte notizie: "Se c'è olio sul lato salato, sarà impedito di andare a riva. Ma se il fronte interseca la riva, diventerà un canale per il petrolio. "In ogni caso, aggiunge, i modellisti devono imparare come prevedere questi fronti in modo che i membri delle squadre di pulizia nelle future fuoriuscite di petrolio conoscano i posti migliori da scegliere la roba su.
Uno sguardo più attento ha mostrato cosa stava succedendo, dice Katz: in presenza di disperdenti, che riducono la tensione superficiale tra olio e acqua, le goccioline sviluppano ogni sorta di fili e code. "Sembrano cellule spermatiche", dice. In effetti, i disperdenti si stavano concentrando sulle code, che sarebbero cresciute più a lungo e più a lungo fino a quando non si rompevano per produrre i microdroplet.
Sopra la superficie, Katz ha scoperto che i disperdenti provocano un aumento di 100 volte della concentrazione delle goccioline di olii ultrafini che galleggiano nell'aria (4). Non è chiaro come queste goccioline galleggianti formino - lo schiocco delle bolle, forse? - ma la loro presenza solleva nuovi problemi di salute: cosa succede quando le persone respirano goccioline infinitesimali che sono piene di tossine e sostanze cancerogene dall'olio e sono così piccole che possono penetrare in profondità nei polmoni? "Vai alla letteratura e scopri che non ne sappiamo molto", afferma Katz.
Aggiungendo ancora più complessità sono le correnti che agitano il Golfo su tutte le dimensioni, dagli spindidi locali in spiaggia al gigantesco Loop Current: un flusso potente che sorge tra la penisola dello Yucatan e Cuba, vaga per il Golfo in modo irregolare e difficile predire il percorso, e alla fine esce tra Cuba e la Florida per diventare la Corrente del Golfo. Uno scenario da incubo durante l'incidente di Deepwater Horizon è stato che la corrente del Loop avrebbe catturato la marea nera che si stava diffondendo e finendo per sporcare un bel pezzo di Florida o forse anche la costa orientale. Il fatto che ciò non fosse accaduto fu puramente un colpo di fortuna: il Loop Current scorreva a sud del sito di Deepwater Horizon al momento dell'incidente e stava per girare un gorgo gigante che manteneva il petrolio relativamente vicino alla riva.
Tuttavia, ciò significava semplicemente che il destino del petrolio Deepwater Horizon era soggetto a una serie di correnti poco conosciute e di minore scala. Nell'agosto 2012, i membri della CARTHE hanno cercato di mappare quei flussi in dettagli senza precedenti con la Grande dispiegazione di Los Angeles (GLAD) - un esperimento che ha seminato la regione di scoppio con 317 carri su misura progettati per fluttuare con le correnti nel modo in cui il petrolio avrebbe, e quindi tracciati tramite GPS per 10 giorni (5). GLAD è stato il più grande esperimento di questo tipo mai condotto fino all'inizio del 2016, quando il consorzio ha seguito più di 1.000 drifter nell'esperimento di sottoschemi lagrangiani (LASER) (6).
In entrambi i casi, dice D'Asaro, i percorsi a sbalzo hanno mostrato le correnti in modo molto chiaro. Ma sorprendentemente, dice, "abbiamo scoperto che a volte c'erano luoghi in cui i drifter si radunavano", in particolare in una congiunzione tra acque di diversa densità.
Un esempio ricorrente è alla foce del fiume Mississippi, dice. "C'è un ventaglio di acqua fresca che esce, creando un confine piuttosto marcato con l'acqua salata nell'oceano." L'acqua salata è più pesante, quindi si tuffa al di sotto e crea un "fronte" che può raccogliere oggetti fluttuanti.
Durante una fuoriuscita di petrolio, dice D'Asaro, possono essere buone notizie o brutte notizie: "Se c'è olio sul lato salato, sarà impedito di andare a riva. Ma se il fronte interseca la riva, diventerà un canale per il petrolio. "In ogni caso, aggiunge, i modellisti devono imparare come prevedere questi fronti in modo che i membri delle squadre di pulizia nelle future fuoriuscite di petrolio conoscano i posti migliori da scegliere la roba su.
Nel pennacchio
Nel frattempo, un altro gruppo di investigatori della CARTHE stava trovando una nuova serie di complessità nel pennacchio di petrolio e gas che saliva dal fondo del Golfo.
"Pensalo come un'eruzione vulcanica, dove il calore e la forza dell'esplosione [mandano] la roccia e i gas caldi in alto nell'atmosfera", dice Scott Socolofsky, un ingegnere civile della Texas A & M University nella College Station. Il caldo e la forza erano presenti in abbondanza, dice Socolofsky. Da una combinazione di osservazione ed esperimento, oltre a un modello computerizzato dettagliato di:
Nel frattempo, un altro gruppo di investigatori della CARTHE stava trovando una nuova serie di complessità nel pennacchio di petrolio e gas che saliva dal fondo del Golfo.
"Pensalo come un'eruzione vulcanica, dove il calore e la forza dell'esplosione [mandano] la roccia e i gas caldi in alto nell'atmosfera", dice Scott Socolofsky, un ingegnere civile della Texas A & M University nella College Station. Il caldo e la forza erano presenti in abbondanza, dice Socolofsky. Da una combinazione di osservazione ed esperimento, oltre a un modello computerizzato dettagliato di:
"Pensalo come un'eruzione vulcanica, dove il calore e la forza dell'esplosione [mandano] la roccia e i gas caldi in alto nell'atmosfera."
-Scott Socolofsky
il pennacchio (7) che incorporava fattori quali la fluidodinamica, la galleggiabilità del petrolio e del gas e la loro solubilità nell'acqua marina, Socolofsky e altri ricercatori sanno che ciò che è venuto ruggendo sul tubo trapano rotto era un mix di 100°C ad alta pressione di petrolio e gas naturale che si decomprimono bruscamente mentre si schiaccia contro le fredde acque di fondo del Golfo a 4°C. Il gas reagì come l'effervescenza di una lattina scossa, che lampeggiò in una massa di bolle che aiutò a rompere l'olio in una nuvola di sottili goccioline. E da lì, dice Socolofsky, "quando le bolle di gas e le goccioline d'olio hanno iniziato a salire, la loro leggerezza ha creato un pennacchio che ha trascinato l'acqua di mare e l'ha portata con sé".
Ma le bolle e le goccioline hanno solo una capacità limitata di sollevare la densa acqua di fondo, dice Socolofsky. Quindi, ad un certo punto, dice, "hanno iniziato a scendere da questo treno in aumento: 'Questo è il più alto che posso andare.'" In Deepwater Horizon, questo è accaduto a una profondità di circa 1.100 metri, o circa 400 metri sopra il fondo marino. Le gocce più piccole e i composti disciolti si diffondevano in un'intrusione, una specie di nube di funghi sott'acqua che era molto diluita e difficile da vedere direttamente ma che veniva rilevata da tracce chimiche.
Nel frattempo, dice Socolofsky, le goccioline e le bolle più grandi continuano a crescere. Ma non sono nemmeno riusciti a raggiungere la superficie, perché il gas al loro interno si è costantemente dissolto nell'acqua marina circostante mentre si alzavano. Così fece tutto ciò che era solubile nelle goccioline di petrolio: il modello del pennacchio stimava che il 27% della massa originale dell'olio sparisse in questo modo.
Il modello suggerisce anche che i disperdenti iniettati nella testa pozzo hanno potenziato questo effetto riducendo la dimensione delle gocce e delle bolle di circa un terzo, aumentando il rapporto superficie-volume e rendendo più facile la dissoluzione di sostanze volatili come il benzene durante la risalita . Ciò non ha ridotto sensibilmente la quantità totale di petrolio che raggiunge la superficie, afferma Socolofsky, ma ha sicuramente migliorato la qualità dell'aria per le squadre di pulizia. "Gli allarmi del respiratore dei lavoratori smettono di funzionare", dice.
In breve, dice Socolofsky, i ricercatori ora hanno una buona comprensione generale di come fosse il pennacchio. Sfortunatamente, aggiunge, "questo non risponde alla domanda su dove è andato il petrolio." Per questo, dice, dovresti calibrare i modelli con la distribuzione delle dimensioni effettive delle goccioline d'olio che escono dalla testa pozzo, con e senza disperdenti. "È una misurazione impegnativa", afferma, "e non è stato fatto su Deepwater Horizon".
Frustrante, è anche una misurazione quasi impossibile da realizzare in laboratorio. La formazione di gocce dipende dalla tensione superficiale tra l'olio e l'acqua, che non si scala. Quindi, per riprodurre l'intera gamma di goccioline che escono dal tubo di Deepwater Horizon da 50 centimetri, uno sperimentatore avrebbe bisogno di un tubo modello almeno doppio delle dimensioni delle goccioline di olio stabili più grandi, che sono circa 12 millimetri di diametro. (Qualunque cosa più grande si rompe rapidamente da oscillazioni instabili.) Funziona con una dimensione minima del tubo di circa 25 millimetri. Ma un ugello così grande riempirebbe in pochi minuti qualsiasi serbatoio di dimensioni di laboratorio, trasformandolo in un nero impenetrabile. La maggior parte degli esperimenti di laboratorio utilizza ugelli con diametro di 1 o 2 millimetri.
Questa incertezza nella dimensione delle gocce lascia ampio spazio all'interpretazione. Ad esempio, l'oceanografo della University of Miami, Claire Paris, ei suoi collaboratori hanno creato il loro modello del pennacchio (8). Incorpora gran parte della stessa chimica e fisica del modello sviluppato da Socolofsky e dai suoi colleghi, inclusi fattori come la solubilità e la galleggiabilità. Ma usa diversi dati sperimentali, suggerendo che la violenza dell'eruzione dal pozzo ha distrutto l'olio in goccioline così piccole che i disperdenti non avrebbero potuto renderli molto più piccoli. E se così fosse, dice Paris, "l'iniezione di disperdenti non ha modificato in modo significativo la quantità di olio che raggiunge la superficie. Forse il 3%."
Complicare ulteriormente le cose è la presenza di tutto quel gas nel deflusso, principalmente metano, etano e propano. Il membro di CARTHE Michel Boufadel, ingegnere ambientale presso il New Jersey Institute of Technology di Newark, ha recentemente lavorato con Özgökmen e diversi altri colleghi per rianalizzare i dati di Deepwater Horizon (9) e concluse che c'era stato molto più gas nel jet di quanto le persone avessero ipotizzato. "Non si trattava solo di grandi quantità di gas, ma di un violento tumulto e ribollimento", dice Boufadel, membro del gruppo che ha preparato il recente rapporto di consenso sui disperdenti dell'Accademia Nazionale delle Scienze. Quindi, chissà cosa è successo veramente quando i disperdenti sono stati iniettati in questo turbine. "I disperdenti amano rimanere nelle interfacce", dice. Quindi forse stavano reagendo con il gas per tutto il tempo e non con l'olio. "Non ci sono molti esperimenti o anche modelli per questo tipo di flusso di zangola", dice.
Per sistemare tutto questo, dice Boufadel, "abbiamo bisogno di un esperimento su larga scala".
Cosa rimane nel serbatoio
È qui che entra in gioco l'enorme serbatoio del New Jersey. Secondo la legge degli Stati Uniti, dice Özgökmen, non si può mettere petrolio nell'oceano nemmeno per un esperimento. Così i ricercatori si sono rivolti all'impianto di Ohmsett, un serbatoio di acqua salata fuori terra gestito dal Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti a Leonardo, NJ. Circa la dimensione di quattro piscine olimpioniche poste end-to-end, la struttura è progettata per testare i metodi di pulizia dell'olio. Ma una squadra di CARTHE guidata da Boufadel ha preso il controllo del serbatoio dal 18 al 29 giugno 2018 nella prima fase del loro tentativo di ricreare il disastro di Deepwater Horizon in una situazione che si avvicina alla scala reale.
L'attenzione in questa fase iniziale era quella di inchiodare la dinamica della formazione di goccioline senza disperdenti. Per ogni corsa, Boufadel ed i suoi colleghi hanno iniettato circa 10 tonnellate di petrolio attraverso un tubo che veniva trainato lungo il fondo del serbatoio per simulare il flusso di corrente. Il tubo era largo 25 millimetri, abbastanza grande da generare l'intera gamma di dimensioni delle gocce, che i ricercatori hanno misurato con una telecamera sviluppata per l'attività presso l'Università di Miami e che poteva vedere anche goccioline molto piccole su una vasta gamma di distanze.
I risultati sono ancora in preparazione per la pubblicazione, dice Boufadel. Ma i dati finora raccolti coprono l'intera gamma di condizioni, tra cui il flusso di zangola con il 50% / 50% di olio e gas, il flusso frizzante con il 5-10% di gas e il flusso regolare senza gas. Nella seconda fase dell'esperimento, nel luglio 2019, il gruppo misurerà come la formazione di goccioline sia influenzata in ciascuna condizione da diversi livelli di disperdenti.
Si spera che i risultati chiariscano alcune delle incertezze su dove il petrolio è andato dopo Deepwater Horizon. Ma sarà sicuramente il culmine del lavoro di CARTHE sull'incidente, dice Boufadel. Come tutti gli altri consorzi di Iniziativa di ricerca del Golfo del Messico, il gruppo si sta ora spostando verso una fase di consolidamento dei dati orientata all'integrazione dell'immensa quantità di scienza che è stata fatta nel Golfo del Messico e al miglioramento dei modelli di computer che i team di risposta useranno in la prossima fuoriuscita di petrolio.
Ecco quando, non se, dice Boufadel. Le esplosioni future potrebbero o meno essere inaccessibili come Deepwater Horizon, dice - anche se con le compagnie petrolifere che trivellano acque sempre più profonde in tutto il mondo, questa è sempre una possibilità. "Ma ci sono molti tubi sott'acqua", dice. "E se hai un rilascio di petrolio, non deve essere un miglio sotto la superficie."
Dal momento che Deepwater Horizon, dice Boufadel, "è bello essere pronti".
È qui che entra in gioco l'enorme serbatoio del New Jersey. Secondo la legge degli Stati Uniti, dice Özgökmen, non si può mettere petrolio nell'oceano nemmeno per un esperimento. Così i ricercatori si sono rivolti all'impianto di Ohmsett, un serbatoio di acqua salata fuori terra gestito dal Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti a Leonardo, NJ. Circa la dimensione di quattro piscine olimpioniche poste end-to-end, la struttura è progettata per testare i metodi di pulizia dell'olio. Ma una squadra di CARTHE guidata da Boufadel ha preso il controllo del serbatoio dal 18 al 29 giugno 2018 nella prima fase del loro tentativo di ricreare il disastro di Deepwater Horizon in una situazione che si avvicina alla scala reale.
L'attenzione in questa fase iniziale era quella di inchiodare la dinamica della formazione di goccioline senza disperdenti. Per ogni corsa, Boufadel ed i suoi colleghi hanno iniettato circa 10 tonnellate di petrolio attraverso un tubo che veniva trainato lungo il fondo del serbatoio per simulare il flusso di corrente. Il tubo era largo 25 millimetri, abbastanza grande da generare l'intera gamma di dimensioni delle gocce, che i ricercatori hanno misurato con una telecamera sviluppata per l'attività presso l'Università di Miami e che poteva vedere anche goccioline molto piccole su una vasta gamma di distanze.
I risultati sono ancora in preparazione per la pubblicazione, dice Boufadel. Ma i dati finora raccolti coprono l'intera gamma di condizioni, tra cui il flusso di zangola con il 50% / 50% di olio e gas, il flusso frizzante con il 5-10% di gas e il flusso regolare senza gas. Nella seconda fase dell'esperimento, nel luglio 2019, il gruppo misurerà come la formazione di goccioline sia influenzata in ciascuna condizione da diversi livelli di disperdenti.
Si spera che i risultati chiariscano alcune delle incertezze su dove il petrolio è andato dopo Deepwater Horizon. Ma sarà sicuramente il culmine del lavoro di CARTHE sull'incidente, dice Boufadel. Come tutti gli altri consorzi di Iniziativa di ricerca del Golfo del Messico, il gruppo si sta ora spostando verso una fase di consolidamento dei dati orientata all'integrazione dell'immensa quantità di scienza che è stata fatta nel Golfo del Messico e al miglioramento dei modelli di computer che i team di risposta useranno in la prossima fuoriuscita di petrolio.
Ecco quando, non se, dice Boufadel. Le esplosioni future potrebbero o meno essere inaccessibili come Deepwater Horizon, dice - anche se con le compagnie petrolifere che trivellano acque sempre più profonde in tutto il mondo, questa è sempre una possibilità. "Ma ci sono molti tubi sott'acqua", dice. "E se hai un rilascio di petrolio, non deve essere un miglio sotto la superficie."
Dal momento che Deepwater Horizon, dice Boufadel, "è bello essere pronti".
Pubblicato sotto la licenza PNAS.
Fonte PNAS
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