Quando i serbatoi di stoccaggio fuori terra si guastano durante una tempesta e il loro contenuto tossico si diffonde, la minaccia per la salute umana può e probabilmente fluirà sottovento nell'area circostante.

Gli ingegneri della Rice University hanno sviluppato un modello per quantificare cosa potrebbe accadere quando un uragano o un altro disastro naturale provoca tali danni sulla base dei dati raccolti dallo Houston Ship Channel, il più grande complesso petrolchimico degli Stati Uniti, durante e dopo due uragani, Ike nel 2008 e Harvey nel 2017.

Gli inquinanti come le sostanze chimiche organiche tossiche evaporano dalle fuoriuscite e possono essere trasportate lontano dal sito dal vento, a seconda delle caratteristiche della tempesta.

Il modello computazionale, secondo lo scienziato atmosferico Rob Griffin della Brown School of Engineering di Rice, utilizza i dati reali delle due tempeste come prova di concetto. Il modello è disponibile su richiesta per aiutare i ricercatori a prevedere le conseguenze "what if" di future tempeste che minacciano i serbatoi di stoccaggio o le fuoriuscite di sostanze chimiche in generale.

"Prima dovevamo capire i modelli di surge, e ci vuole tempo dopo una tempesta, " ha detto Griffin. "Questo documento combina l'idrologia da quegli scenari di tempesta con modelli di fragilità strutturale, portando a prevedere le conseguenze atmosferiche."

Lo studio appare sulla rivista Ambiente atmosferico .

Il modello segue il destino ipotetico di tossine come i solventi organici, inclusi benzene e toluene e i loro prodotti di reazione mentre si spostano con il vento fino a 12 ore dopo una fuoriuscita, fino a circa 5, 000 piedi. Gli inquinanti provocano ulteriori danni man mano che si evolvono in tossine secondarie all'interno dei pennacchi sottovento, secondo i ricercatori.

Il modello prevedeva che i pennacchi di petrolio sottovento coprirebbero una regione più ampia rispetto ai pennacchi di solventi organici che rimarrebbero concentrati lungo il percorso del vento prevalente, secondo lo studio. Ha mostrato una sostanziale formazione di ozono e aerosol organici secondari che si formano nei pennacchi di solvente, a seconda di altri fattori come la luce solare e gli inquinanti di fondo.

I ricercatori hanno notato che i modelli potrebbero fornire l'unico mezzo per stimare la diffusione di inquinanti che minacciano la popolazione sottovento di una fuoriuscita se una tempesta mette fuori gioco i sistemi di monitoraggio della qualità dell'aria sul suo cammino.

Uno studio del 2015 dell'ingegnere civile e ambientale della Rice Jamie Padgett e dell'alunno Sabarethinam Kameshwar, ora assistente professore di ingegneria civile e ambientale presso la Louisiana State University, prevedeva che una percentuale di serbatoi di stoccaggio si sarebbe guastata se un uragano di categoria 4 o superiore avesse colpito lo Houston Ship Channel, o sollevandoli dalle fondamenta, schiacciandoli o penetrandoli con detriti.

Hanno stimato che un'ondata di tempesta di 24 piedi potrebbe rilasciare 90 milioni di galloni o più di petrolio e sostanze pericolose.

Quello studio è stato un punto di partenza per Griffin, Padgett e Phil Bedient, direttore di Severe Storm Prediction di Rice, Centro di educazione ed evacuazione dai disastri (SPPEED), insieme a Hanadi Rifai, un'alunna di Rice e ingegnere ambientale presso l'Università di Houston, per modellare come una tale fuoriuscita diffonderebbe gli inquinanti nell'atmosfera.

"Lo studio precedente prevedeva il pennacchio (di superficie) nel canale della nave se questa fuoriuscita dovesse verificarsi, " Ha detto Griffin. "Ha parlato di potenziale esposizione all'ambiente e danni al canale stesso, ma come chimico atmosferico, Ho pensato, quella roba non starà lì. Sta per evaporare."

Un modello relativo alle condizioni durante e dopo l'uragano Ike ha mostrato che un pennacchio di diesel da una singola fuoriuscita di serbatoio si espanderebbe lentamente per le prime sei ore per coprire circa 42 chilometri quadrati, ma poi si espandono rapidamente fino a coprire 500 chilometri quadrati dopo nove ore. I venti vorticosi avrebbero mantenuto il pennacchio all'interno del Texas, il modello mostra.

Ma viaggiare sottovento sarebbe stato significativamente diverso durante Harvey, per cui il modello ha mostrato un pennacchio più stretto e più concentrato diretto dal vento direttamente nel Golfo del Messico.

I modelli del destino del toluene e del benzene evaporati durante Ike hanno mostrato i pennacchi tracciati con il percorso verso est della tempesta, con livelli pericolosi per la salute umana molto probabilmente al centro del pennacchio entro i primi minuti di un guasto del serbatoio. Questi rappresenterebbero un rischio per i lavoratori e le comunità vicino alla fuoriuscita, ma le concentrazioni delle sostanze chimiche diminuirebbero rapidamente ulteriormente sottovento.

"Non credo che le informazioni su cosa c'è nei serbatoi siano di dominio pubblico, quindi abbiamo dovuto fare alcune ipotesi su cosa si sarebbe rovesciato se ci fosse stata una fuoriuscita, " Griffin ha detto. "Ma è utile pensare a cosa accadrebbe a quelle sostanze chimiche una volta che sono nell'atmosfera. Gli stessi risultati potrebbero essere altrettanto applicabili a qualcosa come Deepwater Horizon. Una volta che quel materiale ha raggiunto la superficie dell'oceano, cosa succede quando evapora?

"Mi piacerebbe vedere alcuni dei proprietari di questi serbatoi utilizzare questo per guardare le loro strutture, ", ha detto. "Posso immaginare persone come l'Environmental Defense Fund o altri sostenitori che raccolgono lo studio".

Griffin ha notato che il modello non è impostato per consentire a un'azienda di prevedere gli effetti di un singolo guasto del serbatoio. "È un modello più generale di una regione con carri armati che rischiano di fallire, sulla base di situazioni reali accadute, " ha detto. "Ma possiamo mettere a disposizione la chimica e il codice atmosferico. Se altri vogliono studiare una data situazione di tempesta e un dato serbatoio che perde, un po' di lavoro di gambe significativo avrebbe bisogno di entrare in questo."