Il ghiaccio marino è più complicato di quanto si possa pensare. Non è solido. È molto più simile a una spugna, attraversato da minuscoli canali e pori che possono contenere sale, acqua di mare salmastra, o bolle d'aria.

Quella struttura è importante in caso di fuoriuscita di petrolio. L'olio è più leggero dell'acqua di mare, quindi se viene versato, può migrare verso l'alto, nei minuscoli canali nel ghiaccio, che può intrappolarlo e complicare la pulizia. Ma la verità è che il ghiaccio marino artico è così complesso che è difficile sapere esattamente come interagiranno petrolio e ghiaccio.

Studiarlo è anche difficile perché il campionamento e i test tradizionali possono schiacciare o distorcere la stessa struttura che stai cercando di capire, dice Sonke Maus, un postdoc presso l'Università norvegese di scienza e tecnologia. e membro di un gruppo di ricerca internazionale chiamato MOSIDEO (Interazione su microscala del petrolio con il ghiaccio marino per il rilevamento e la gestione del rischio ambientale nelle operazioni sostenibili).

"Stiamo esaminando canali di un decimo di millimetro di diametro, " disse Maus. "E se vogliamo sapere cosa sta succedendo nel ghiaccio, abbiamo bisogno di un'immagine tridimensionale".

Difficile valutare una fuoriuscita di petrolio sotto il ghiaccio

Ecco come Maus descrive il problema:se il petrolio greggio viene versato in mare, normalmente galleggia. Ma se l'olio viene rilasciato o versato sotto un coperchio di ghiaccio marino, sarà intrappolato sotto il ghiaccio.

"A seconda della microstruttura del ghiaccio marino, l'olio può essere intrappolato o può continuare a salire verso la superficie, " ha detto. "Quindi, se vogliamo valutare le conseguenze ambientali di una fuoriuscita di petrolio sotto il ghiaccio, vogliamo davvero sapere quando e se l'olio verrà a galla, quanto lontano andrà alla deriva il ghiaccio prima che l'olio emerga, e quanto olio sarà intrappolato nel ghiaccio quando il ghiaccio si scioglierà".

Se questo non sembra abbastanza difficile, ci sono domande ancora più impegnative a cui è necessario rispondere per capire come affrontare una fuoriuscita di petrolio, dice Maus.

Una settimana per agire

Primo, ricorda che il ghiaccio marino è più simile a una spugna che a una sostanza solida. I canali e i pori nel ghiaccio marino sono diversi a seconda di dove si trovano nel ghiaccio. Alla sua superficie, dove il ghiaccio è a contatto con le temperature dell'aria fredda, il ghiaccio marino ha pori più piccoli e meno collegati.

Maus afferma che l'olio normalmente entra solo nei pori più grandi e deve anche spingere l'acqua di mare fuori dai pori. Durante l'inverno il ghiaccio è spesso troppo freddo in superficie per consentire questo, e l'olio sarà intrappolato. Ma durante la primavera, o quando il ghiaccio si scalda quando fa caldo, l'olio può migrare in superficie.

Una volta che l'olio viene a galla, "devi agire molto velocemente, " Dice Maus. "L'unico approccio realistico per rimuovere questo olio dalla superficie di una copertura di ghiaccio chiusa è bruciarlo. Però, la maggior parte del petrolio può essere bruciata solo durante una finestra di opportunità di tipicamente una settimana."

Dopo una settimana, si dice che l'olio sia "stagionato". Ha perso alcuni componenti e si è mescolato con l'acqua e non può più essere rimosso bruciandolo.

"Questo petrolio minaccia quindi l'ecosistema artico, "dice Maus.

Immagini mediche sul ghiaccio

Maus e i suoi colleghi, tra cui Martina Lan Salomon, un dottorato di ricerca MOSIDEO candidato, stanno perfezionando l'uso della microtomografia a raggi X per studiare il ghiaccio, con l'obiettivo finale di affrontare tutte queste incognite in modo che possano prevedere meglio cosa accadrà alle fuoriuscite di petrolio nell'Artico.

L'obiettivo principale di MOSIDEO, che include ricercatori di NORUT, l'Istituto di ricerca settentrionale, NORUT Narvik, NTNU e l'Università dell'Alaska, è quello di saperne di più sulle interazioni tra petrolio e ghiaccio marino. I ricercatori sperano che il loro lavoro migliorerà la valutazione del rischio e la pianificazione di emergenza per le fuoriuscite di petrolio. È finanziato fino alla fine del 2018 dal Research Council of Norway.

L'approccio utilizzato dai ricercatori si basa su una versione a risoluzione più elevata della tecnologia che consente al medico di creare un'immagine di scansione TC.

Essenzialmente, i ricercatori creano una serie di immagini bidimensionali consecutive di un campione di ghiaccio marino mentre ruota. Questo produce migliaia di immagini di trasmissione 2-D che possono essere utilizzate per ricostruire la struttura interna del ghiaccio marino. Una ricostruzione realizzata utilizzando un potente algoritmo matematico, trasforma queste immagini in una gamma di valori di grigio che riflettono diverse densità di materiale per il ghiaccio, salamoia, cristalli di sale e aria. ). In pratica l'immagine 3-d, tipicamente 2000 x 2000 x 2000 "voxel, " o l'equivalente 3D di un pixel, viene spesso memorizzato come una pila di sezioni 2-d.

"Quindici anni fa avresti avuto bisogno di un super computer per farlo, " ha detto Maus. "Ma ora possiamo analizzare un'immagine da 30 gigabyte utilizzando una buona scheda grafica e un buon software." I ricercatori hanno anche accesso a uno scanner CT all'università tramite RECX, il Centro norvegese per la diffrazione dei raggi X, scattering e imaging (recx.no).

Il dottorato di ricerca di Salomon è sponsorizzato da una società di software tedesca chiamata Math2Market, il che rende il software che gli scienziati stanno usando per analizzare le loro immagini ghiacciate.

Da Amburgo alle Svalbard

Ma immagini e software sono solo la punta dell'iceberg, per così dire. Per studiare il ghiaccio marino, devi avere il ghiaccio marino, e per studiare le fuoriuscite di petrolio nel ghiaccio marino, devi creare delle fuoriuscite di petrolio.

Maus e Salomon stanno affrontando questo problema in due modi. Il primo è condurre i loro esperimenti sulla fuoriuscita di petrolio in un bacino di ghiaccio ad Amburgo, Germania, chiamato HSVA, o il bacino del modello di nave di Amburgo.

Qui, possono controllare le condizioni mentre sviluppano il loro approccio allo studio. Congelano nel ghiaccio una serie di lunghi tubi di cartone, come lo stesso tipo che potresti usare per memorizzare una mappa o un poster. Possono quindi introdurre olio nel fondo di tutti i tubi. Ogni giorno, prendono un campione da un nuovo tubo e vedono come l'olio si muove di giorno in giorno.

Il ghiaccio marino sperimentale è buono, Certo, ma ancora meglio è vedere cosa succede nel mondo reale. Per fare questo, i ricercatori si sono recati nell'arcipelago delle isole norvegesi delle Svalbard, dove guidano le motoslitte dalla città principale di Longyearbyen a un piccolo avamposto chiamato Svea, a circa due ore di distanza.

più tubi congelati, e il permesso di versare olio

Nell'inverno e nella primavera del 2016, Salomon e Maus hanno congelato 15 tubi di cartone nel ghiaccio marino fuori Svea, e ottenuto il permesso dalle autorità delle Svalbard di creare la propria mini fuoriuscita di petrolio (e accuratamente controllata), introducendo olio e gasolio nei tubi.

Una volta a settimana, tornarono a Svea per campionare le provette, che ha permesso loro di vedere come l'olio si muoveva verso l'alto, e come la microstruttura del ghiaccio è cambiata nel tempo.

Salomon può riportare i campioni al laboratorio dell'UNIS, il Centro Universitario di Svalbard, e centrifugare i campioni senza olio per rimuovere tutta l'acqua di mare. Può quindi creare immagini di microtomografia a raggi X del ghiaccio marino per confrontarlo con microstrutture di ghiaccio marino con olio introdotto.

Il ghiaccio deve essere mantenuto alla temperatura corretta per preservare le strutture al suo interno, il che è di per sé un'altra sfida se i ricercatori devono trasportare il ghiaccio nella Norvegia continentale, o in Germania, dove avevano accesso a una struttura speciale che era molto più veloce e poteva produrre una migliore qualità dell'immagine. Finora, l'uso di speciali blocchi congelati - il "ghiaccio blu" che le persone possono usare nel loro cestino da picnic per mantenere freddi i cibi deperibili - funziona bene. Alle Svalbard, dove la temperatura dell'aria è in realtà molto più fredda del ghiaccio marino, i ricercatori hanno il problema opposto.

"Non vogliamo che il ghiaccio sia troppo freddo, " Disse Maus. "Quindi abbiamo speciali scatole isolanti che possiamo riscaldare alla giusta temperatura mentre torniamo da Svea a Longyearbyen".

5-7% degli oceani del mondo

Per il momento, i due ricercatori stanno ancora perfezionando le loro tecniche di imaging e costruendo modelli al computer che li aiuteranno a descrivere la struttura del ghiaccio marino fino ai suoi pori più piccoli.

Il prossimo passo è usare queste informazioni per aiutare a prevedere come si muoverà il petrolio nel ghiaccio, disse Maus.

"In caso di una grave fuoriuscita di petrolio nell'Artico, i risultati del nostro progetto saranno importanti per ridurre al minimo i danni all'ambiente, " disse Maus.

Ma la struttura del ghiaccio marino ha un'importanza ben al di là delle fuoriuscite di petrolio, mentre gli scienziati si sforzano di comprendere il cambiamento climatico, ecosistemi artici e sviluppare una base di informazioni più sostanziale per l'ingegneria artica, Egli ha detto.

"È un passo importante nella comprensione del ghiaccio marino poroso che copre, in media, il 5-7 percento degli oceani mondiali, e svolge un ruolo chiave nel determinare il clima e l'ambiente della Terra nelle regioni fredde, " Egli ha detto.