Физика

Чтобы смягчить ущерб от разлива нефти на море, группам реагирования необходимы точные прогнозы того, как нефть будет разлагаться и распространяться с течением времени. Температура и солнечный свет влияют на объемные свойства сырой нефти, но до сих пор относительная важность каждого из них была неясна. Теперь Даниэль Хаас Фриман, Коллин Уорд и их коллеги из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), Массачусетс, сообщают о результатах экспериментов, направленных на решение этой проблемы [1]. Их результаты показывают, что нефть, выветриваемая солнечным светом, ведет себя по-разному в холодных арктических водах, чем в тропических океанах. Исследование добавляет недостающий компонент к прогнозам судьбы нефти и может помочь в разработке протоколов очистки, адаптированных к конкретным условиям окружающей среды.

Ученым известно, что температура воды влияет на механические свойства сырой нефти. Прогнозы разливов нефти учитывают эти знания, используя эмпирические зависимости, полученные в результате экспериментов, проведенных в темноте. Но ученые также знают, что солнечный свет может влиять на механические свойства сырой нефти, а также на ее химический состав. Например, измерения морской воды, недавно собранной в Мексиканском заливе, показывают, что 8% нефти, оставшейся после взрыва Deepwater Horizon в 2010 году, превратилось в водорастворимые соединения в результате фотохимических реакций нефти, вызванных светом. Оставалось неясным, по-разному ли солнечный свет взаимодействует с сырой нефтью в теплых и холодных водах, и если да, то как любая разница может повлиять на свойства нефти.

Чтобы изучить эту проблему, Фриман, Уорд и остальные члены команды провели множество экспериментов с пробами нефти, взятыми из скважины Deepwater Horizon, и с морской водой из Виньярд-Саунд в Фалмуте, штат Массачусетс. Группа удалила из нефти компоненты, которые должны улетучиться естественным путем в течение первых дней-двух после разлива. Эти компоненты составляют 35% массы масла, а их удаление привело к семикратному увеличению вязкости масла. Затем команда выполнила серию температурно-зависимых измерений механических свойств этой выветрелой нефти и морской воды после ее облучения в солнечном симуляторе в течение 120 часов (девять дней). Они повторили ту же серию измерений на образцах, хранившихся в темноте.

Эксперименты показывают, что свет и температура влияют на вязкость и растворимость сырой нефти в воде. Например, команда обнаружила, что вязкость образца, подвергшегося воздействию солнечного света, хранившегося при 40 °C, была почти в 2 раза выше, чем у образца, хранившегося в темноте, но в 8 раз ниже, чем у образца, подвергшегося воздействию солнечного света и хранившегося при 20 °C. . Аналогичные изменения наблюдались и в растворимости образцов в воде, за исключением того, что направление изменений было обратным: облученные образцы, хранившиеся при более высоких температурах, содержали больше водорастворимых веществ, чем образцы, хранившиеся при более низких температурах. А у темных было меньше, чем у тех, которые держались на свету. «Мы были удивлены, обнаружив, что взаимосвязь между свойствами нефти и температурой очень различна для нефти, преобразованной солнечным светом, по сравнению с нефтью, оставленной в темноте», — говорит Фриман.

После разлива нефти меры по ликвидации в основном направлены на удаление нефти, которая находится на поверхности воды. Новые измерения показывают, что фотохимически выветрившаяся холодная нефть должна увлекаться (растекаясь, вызванное турбулентностью) и растворяться в меньшей степени, чем ее теплая версия. В результате при разливе в холодной воде необходимо удалить больше поверхностной нефти, чем при разливе в теплой воде, но эта нефть будет более локализована. Эти факторы могут повлиять на то, сколько нефти может попасть на берег и повлиять на прибрежные экосистемы. Более высокая вязкость нефти при разливе в холодной воде также может повлиять на метод ликвидации разлива, поскольку эффективность средства ликвидации разлива (распространение химических диспергаторов, скимминг или сжигание на месте) зависит от текучести нефти.

Результаты команды WHOI показывают, что сырая нефть имеет очень разные физические свойства после воздействия солнечного света, говорит Мэтью Тарр, химик-аналитик из Университета Нового Орлеана, изучающий фотохимическое разложение загрязняющих веществ. Он говорит, что добавление этой информации в модели разливов нефти должно сделать прогнозы более точными. Мерв Фингас, физик-эколог и бывший руководитель Научного отдела по чрезвычайным ситуациям Министерства окружающей среды Канады, согласен с Тарром, но сомневается, что выводы команды WHOI выдержат дальнейшие допросы. Он отмечает, что команда сделала выводы на основе одного набора измерений и одной модели системы. Например, вывод о том, что на унос нефти влияет солнечный свет, основан на модели, включающей унос. «Другие модели не учитывают такую ​​судьбу нефти, а увлечение нефти не является общепринятым среди ученых, изучающих разливы нефти», — говорит он.