Due nuovi studi hanno dimostrato che la luce solare trasforma le fuoriuscite di petrolio sulla superficie dell'oceano in modo più significativo e rapido di quanto si pensasse in precedenza. Il fenomeno limita notevolmente l'efficacia dei disperdenti chimici, che sono progettati per rompere il petrolio galleggiante e ridurre la quantità di petrolio che raggiunge le coste.

Un gruppo di ricerca guidato dalla Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ha scoperto che la luce solare altera chimicamente il petrolio greggio che galleggia sulla superficie del mare in poche ore o giorni. In uno studio di follow-up, il team ha riferito che la luce solare trasforma l'olio in diversi composti che i disperdenti non possono facilmente rompere. I risultati di questi due studi potrebbero influenzare il modo in cui i rispondenti decidono quando, dove, e come usare i disperdenti.

I relativi studi sono stati pubblicati il ​​20 febbraio, 2018 nel Rivista di scienza e tecnologia ambientale e oggi (25 aprile 2018) sulla rivista Lettere di scienze e tecnologie ambientali .

"Si è pensato che la luce solare abbia un impatto trascurabile sull'efficacia dei disperdenti, "ha detto Collin Ward, uno scienziato presso WHOI e autore principale di entrambi gli studi. "I nostri risultati mostrano che la luce solare è un fattore primario che controlla le prestazioni dei disperdenti. E poiché i cambiamenti fotochimici avvengono rapidamente, limitano la finestra di opportunità per applicare efficacemente i disperdenti".

I disperdenti contengono detergenti, non diversamente da quelli che usano per lavare i piatti, che aiutano a rompere l'olio in piccole goccioline che possono diluirsi nell'oceano, e/o vengono mangiati dai microbi prima che l'olio possa essere spazzato verso le coste sensibili. Ma per fare il loro lavoro, i detergenti (noti anche come tensioattivi) devono prima essere miscelati sia con l'olio che con l'acqua e con l'olio e l'acqua, notoriamente, non mescolare.

Per superare questa barriera, i disperdenti contengono un solvente organico che aiuta l'olio, detersivi, e acqua per mescolare. Solo fino a quando non si verifica questo passaggio chiave, i tensioattivi possono fare il loro lavoro per rompere l'olio in goccioline. Ma la luce del sole ostacola questo passaggio chiave, lo dimostrano i nuovi studi.

Prima ancora che i disperdenti possano essere applicati, l'energia luminosa del sole sta già rompendo i legami chimici nei composti petroliferi, separando atomi o catene chimiche e creando aperture per l'adesione dell'ossigeno. Questo processo di fotoossidazione (noto anche come "invecchiamento fotochimico") è simile al processo che fa sbiadire la vernice sulla tua auto o i colori sui tuoi vestiti se vengono lasciati al sole per troppo tempo.

Ad oggi, i test per determinare l'efficacia dei disperdenti utilizzavano solo olio "fresco" che non era stato alterato dalla luce solare. Nei loro studi, i ricercatori hanno condotto test di laboratorio approfonditi esponendo l'olio alla luce solare. Hanno dimostrato che la luce solare trasforma rapidamente l'olio in residui che sono solo parzialmente solubili nel solvente del disperdente. Ciò limita la capacità dei detergenti di mescolarsi con l'olio fotoossidato e di rompere l'olio in goccioline.

La scoperta suggerisce che i soccorritori dovrebbero tenere conto della luce solare nel determinare la "finestra di opportunità" per utilizzare efficacemente i disperdenti. Sarebbe molto più breve di quanto si pensasse in precedenza nei giorni di sole che nei giorni nuvolosi.

"Questo studio sfida il paradigma secondo cui l'invecchiamento fotochimico ha un impatto trascurabile sull'efficacia dei disperdenti aerei applicati in risposta alle fuoriuscite di petrolio, " Ward ha detto. "La luce solare altera rapidamente l'olio in composti chimici che i disperdenti non possono facilmente scomporre in goccioline. Quindi l'invecchiamento fotochimico è un fattore critico che dovrebbe essere considerato per ottimizzare le decisioni su quando utilizzare i disperdenti".

Negli esperimenti di laboratorio degli anni '70, gli scienziati avevano dimostrato che la luce altera la chimica del petrolio, ma i risultati non possono essere applicati a fuoriuscite di petrolio su larga scala nell'oceano. Ciò era in gran parte dovuto al fatto che nella maggior parte delle fuoriuscite, l'olio è defluito rapidamente dalla scena prima che potesse essere campionato immediatamente, nel breve lasso di tempo critico prima che la luce solare lo foto-ossidasse. Il flusso continuo del disastro della Deepwater Horizon del 2010 ha offerto un'opportunità unica:poiché il petrolio ha galleggiato sulla superficie del mare per 102 giorni, ha dato ai funzionari la possibilità di raccogliere il petrolio poco dopo che è emerso ed è stato esposto alla luce solare.

Gli scienziati dell'OMS hanno ottenuto e testato campioni di olio Deepwater Horizon che è stato scremato dalla superficie quasi immediatamente dopo la sua apparizione. Hanno scoperto che più a lungo l'olio galleggiava sulla superficie del mare illuminata dal sole, più l'olio era foto-ossidato. Hanno stimato che metà dell'olio versato era stato alterato in pochi giorni.

Il passo successivo è stato quello di testare come l'olio foto-ossidato avrebbe risposto ai disperdenti. Gli scienziati hanno testato l'olio Deepwater Horizon fresco e inalterato che è stato raccolto direttamente dal tubo riser rotto sul fondo del mare. Hanno meticolosamente controllato le condizioni di laboratorio per prevenire sbalzi di temperatura, evaporazione, infiltrazioni leggere, e altri fattori, ed hanno esposto l'olio a durate crescenti di luce. Cassia Armstrong, uno studente ospite del Trinity College, ha svolto un ruolo chiave nella conduzione di questi test ed è autore del documento.

Gli scienziati WHOI hanno anche collaborato strettamente con Robyn Conmy, uno dei maggiori esperti della U.S. Environmental Protection Agency sullo sviluppo di nuove tecnologie per rispondere alle fuoriuscite di petrolio. Per condurre test sull'efficacia dei disperdenti, l'EPA utilizza un metodo specifico e vetreria su misura, che Conmy ha prestato agli scienziati WHOI per i loro esperimenti.

I risultati degli esperimenti hanno mostrato che la luce foto-ossidava rapidamente l'olio fresco, trasformandolo in composti che hanno ridotto l'efficacia dei disperdenti di almeno il 30 percento in pochi giorni.

Successivamente gli scienziati hanno collaborato con Deborah French McCay, un modellatore di fuoriuscite di petrolio riconosciuto a livello internazionale presso RPS ASA, una società di consulenza scientifica e tecnologica nel Rhode Island. Hanno simulato le condizioni che potrebbero essersi verificate durante la fuoriuscita di Deepwater Horizon, compresa una gamma di velocità dei venti e livelli di luce solare. Quindi hanno sovrapposto tutte le 412 linee di volo effettive degli aerei che hanno spruzzato disperdenti durante la crisi.

I risultati hanno mostrato che in condizioni medie di vento e luce solare, la maggior parte delle applicazioni di disperdenti non avrebbe raggiunto livelli di efficacia minimi (designati dall'EPA) perché miravano all'olio fotochimicamente esposto alle intemperie. Anche negli scenari migliori per l'irrorazione aerea del disperdente - tempo nuvoloso (che limiterebbe l'erosione fotochimica) e condizioni di vento forte (che trasporterebbe il petrolio più lontano dall'area della fuoriuscita prima che la luce solare lo trasformasse) - decine di applicazioni di disperdente aereo non lo farebbero. hanno raggiunto i livelli di efficacia designati dall'EPA.

"Abbiamo messo insieme un team che ha unito le competenze del mondo accademico, governo, e industria, " ha spiegato Christopher Reddy, chimico marino presso WHOI. "Nelle future crisi di fuoriuscita di petrolio, la comunità ha bisogno dello stesso tipo di cooperazione e collaborazione per prendere in modo efficiente le decisioni più sagge su come rispondere nel modo più efficace".

"Questo studio mostra quanto sia importante fare la ricerca di base sulle reazioni chimiche che avvengono nell'ambiente, " disse Henrietta Edmonds, un direttore di programma nella Divisione di scienze oceaniche della National Science Foundation, che ha finanziato la ricerca. "I risultati ci aiutano a imparare come rispondere efficacemente alle fuoriuscite di petrolio".