物理

海洋油流出による被害を軽減するために、対応チームは油が時間の経過とともにどのように劣化して拡散するかを正確に予測する必要があります。 温度と太陽光はどちらも原油のバルク特性に影響を与えますが、これまでそれぞれの相対的な重要性は不明でした。 現在、マサチューセッツ州のウッズホール海洋研究所 (WHOI) のダニエル・ハース・フリーマン氏、コリン・ウォード氏、および彼らの同僚は、その問題に対処する実験の結果を報告しています [1]。 彼らの発見は、日光に風化した石油が冷たい北極海と熱帯の海では異なる挙動を示すことを示唆している。 この研究は、石油の運命予測に欠けていた要素を追加し、特定の環境に合わせた浄化プロトコルの開発を導くのに役立つ可能性がある。

科学者は、水温が原油の機械的特性に影響を与えることを知っています。 石油流出予測には、暗闇で行われた実験から得られた経験的関係を使用して、その知識が組み込まれています。 しかし科学者たちは、太陽光が原油の化学的性質だけでなく機械的特性にも影響を与える可能性があることも知っています。 例えば、メキシコ湾から最近採取された海水の測定結果は、2010年のディープウォーター・ホライゾン爆発で残った石油の8％が、石油の光誘起光化学反応によって水溶性化合物に変化したことを示唆している。 不確かな点は、太陽光が温水と冷水で原油と異なる相互作用をするかどうか、そしてもしそうであれば、その違いが石油の特性にどのような影響を与えるかということでした。

この問題を研究するために、フリーマン、ウォード、および残りのチームは、ディープウォーター ホライゾン井戸から採取した石油サンプルとマサチューセッツ州ファルマスのヴィンヤード サウンドの海水でさまざまな実験を実施しました。 このグループは、流出後最初の 1 ～ 2 日以内に自然に揮発するはずの成分を油から除去しました。 これらの成分はオイルの質量の 35% を占めており、これらの成分を除去するとオイルの粘度は 7 倍に増加しました。 次にチームは、ソーラーシミュレーターで120時間（9日間）照射された後、この蒸発風化した油と海水の機械的特性の温度依存性の一連の測定を実行した。 彼らは、暗所に保管されたサンプルに対して同じ一連の測定を繰り返しました。

実験では、光と温度の両方が原油の粘度や水溶解度に影響を与えることが示されました。 たとえば、チームは、40 °C に保たれた日光にさらされたサンプルの粘度が、暗所に保管されたサンプルの粘度のほぼ 2 倍であるが、20 °C に保たれた日光にさらされたサンプルよりも 8 倍低いことを発見しました。 。 変化の方向が逆であることを除いて、同様の変化がサンプルの水溶解度にも見られました。高温で保持された照射サンプルは、より低い温度で保持されたサンプルよりも多くの水溶性成分を含んでいます。 そして、暗いものは、光の中に保管されているものよりも少ないものでした。 「私たちは、石油の特性と温度の関係が、太陽光によって変質した石油と、暗闇に放置された石油では大きく異なることを発見して驚きました」とフリーマン氏は言います。

油流出後の清掃対応は、主に水の上に溜まった油を除去することに重点が置かれます。 新しい測定結果は、光化学的に風化した冷たい油は、乱流による拡散を引き起こし、温かい油に比べて溶解度が低いことを示唆している。 その結果、冷水流出の場合は温水流出よりも多くの表面油を除去する必要があるが、その油はより局所的なものとなる。 これらの要因は、どれだけの量の石油が上陸するかに影響を与え、沿岸の生態系に影響を与える可能性があります。 冷水流出時の油の粘度が高いことも、流出対応ツール（化学分散剤の散布、スキミング、現場燃焼）の有効性が油の流動特性に依存するため、対応方法に影響を与える可能性があります。

汚染物質の光​​化学分解を研究しているニューオーリンズ大学の分析化学者マシュー・ター氏は、WHOIチームの結果は、原油が太陽光にさらされた後では物理的性質が大きく異なることを示していると述べた。 その情報を石油流出モデルに追加することで、予測がより正確になるはずだと彼は言う。 環境物理学者でカナダ環境局緊急科学部門の元主任であるメルブ・フィンガス氏もター氏の意見に同意しているが、WHOIチームの調査結果がさらなる尋問に耐えられるかどうかは疑問だ。 彼は、チームが 1 セットの測定値とシステムの 1 つのモデルに基づいて結論を出したと指摘しています。 たとえば、石油の飛沫同伴が太陽光の影響を受けるという発見は、同伴を含むモデルに基づいています。 「他のモデルにはこのような石油の運命は含まれておらず、石油の同伴は石油流出の科学者の間で広く受け入れられていません」と彼は言う。