Solo otro día en la oficina. Además de realizar pruebas en la Cuenca del Modelo de Buques de Hamburgo, Los investigadores Martina Lan Salomon y Sönke Maus y sus colegas también están tomando muestras en Svalbard, en el hielo marino en Van Mijenfjorden, cerca de la ciudad minera de Svea. Crédito:Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU)
El hielo marino es más complicado de lo que piensas. No es sólido. Es mucho más parecido a una esponja, atravesado por pequeños canales y poros que pueden contener sal, agua de mar salada, o burbujas de aire.
Esa estructura es importante en caso de un derrame de petróleo. El aceite es más liviano que el agua de mar, por lo que si se derrama, puede migrar hacia arriba, en los diminutos canales en el hielo, lo que puede atraparlo y complicar la limpieza. Pero la verdad es que el hielo marino del Ártico es tan complejo que es difícil saber exactamente cómo interactuarán el petróleo y el hielo.
Estudiarlo también es difícil porque el muestreo y las pruebas tradicionales pueden aplastar o distorsionar la estructura misma que está tratando de comprender. dice Sönke Maus, un postdoctorado en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. y miembro de un grupo de investigación internacional llamado MOSIDEO (Interacción a microescala de petróleo con hielo marino para la detección y gestión de riesgos ambientales en operaciones sostenibles).
"Buscamos canales que tengan un décimo de milímetro de diámetro, "Dijo Maus." Y si queremos saber qué está pasando en el hielo, necesitamos una imagen tridimensional ".
Difícil de evaluar un derrame de petróleo debajo del hielo
Así es como Maus describe el problema:si se derrama petróleo crudo en el océano, normalmente flota. Pero si el aceite se libera o se derrama debajo de una tapa de hielo marino, quedará atrapado bajo el hielo.
"Dependiendo de la microestructura del hielo marino, el aceite puede quedar atrapado o puede seguir subiendo hacia la superficie, ", dijo." Entonces, si queremos evaluar las consecuencias ambientales de un derrame de petróleo debajo del hielo, realmente queremos saber cuándo y si el aceite saldrá a la superficie, qué tan lejos se desplazará el hielo antes de que salga el aceite, y la cantidad de petróleo que quedará atrapado en el hielo cuando el hielo finalmente se derrita ".
Si eso no suena lo suficientemente difícil, hay preguntas aún más desafiantes que deben responderse para descubrir cómo lidiar con un derrame de petróleo, Dice Maus.
Una semana para actuar
Primero, recuerde que el hielo marino se parece más a una esponja que a una sustancia sólida. Los canales y poros en el hielo marino son diferentes dependiendo de dónde se encuentren en el hielo. En su superficie, donde el hielo está en contacto con temperaturas del aire frío, el hielo marino tiene poros más pequeños y menos conectados.
Esto es lo que muestra la tecnología de visualización a los investigadores:con un charco de aceite en el fondo de la muestra y salmuera y una gran bolsa de aire. A pesar de estas obstrucciones en el hielo, el aceite todavía ha podido migrar hacia arriba en el hielo hacia la superficie. Crédito:Martina Lan Salomon, NTNU
Maus dice que el aceite normalmente solo entrará en poros más grandes y también necesita empujar el agua de mar fuera de los poros. Durante el invierno, el hielo suele estar demasiado frío en la superficie para permitir esto, y el aceite quedará atrapado. Pero durante la primavera, o cuando el hielo se calienta en un clima cálido, el aceite puede migrar a la superficie.
Una vez que el aceite sale a la superficie, "tienes que actuar muy rápido, "Dice Maus." El único enfoque realista para eliminar este aceite de la superficie de una capa de hielo cerrada es quemarlo. Sin embargo, la mayor parte del petróleo solo se puede quemar durante una ventana de oportunidad que suele ser de una semana ".
Despues de una semana, se dice que el aceite está "degradado". Ha perdido ciertos componentes y se ha mezclado con agua y ya no se puede eliminar quemándolo.
"Este petróleo luego amenaza el ecosistema ártico, "Dice Maus.
Imágenes médicas sobre hielo
Maus y sus colegas, incluyendo a Martina Lan Salomon, un Ph.D. de MOSIDEO candidato, están perfeccionando el uso de la microtomografía de rayos X para estudiar el hielo, con el objetivo final de abordar todas estas incógnitas para que puedan predecir mejor lo que sucederá con los derrames de petróleo en el Ártico.
El principal objetivo de MOSIDEO, que incluye investigadores de NORUT, el Instituto de Investigaciones del Norte, NORUT Narvik, NTNU y la Universidad de Alaska, es aprender más sobre las interacciones entre el petróleo y el hielo marino. Los investigadores esperan que su trabajo mejore la evaluación de riesgos y la planificación de contingencias para derrames de petróleo. Está financiado hasta finales de 2018 por el Consejo de Investigación de Noruega.
El enfoque que utilizan los investigadores se basa en una versión de mayor resolución de la tecnología que le permite a su médico crear una imagen de tomografía computarizada.
Esencialmente, los investigadores crean una serie de imágenes bidimensionales consecutivas de una muestra de hielo marino mientras gira. Esto produce miles de imágenes de transmisión 2-D que se pueden utilizar para reconstruir la estructura interna del hielo marino. Una reconstrucción realizada utilizando un poderoso algoritmo matemático, transforma estas imágenes en un rango de valores de gris que reflejan diferentes densidades de material para el hielo, salmuera, cristales de sal y aire. ). En la práctica, la imagen en 3-d, normalmente 2000 x 2000 x 2000 "vóxeles, "o el equivalente en 3D de un píxel, a menudo se almacena como una pila de rebanadas bidimensionales.
"Hace quince años, necesitabas una supercomputadora para hacer esto, ", Dijo Maus." Pero ahora podemos analizar una imagen de 30 gigabytes utilizando una buena tarjeta gráfica y un buen software ". Los investigadores también tienen acceso a un escáner de TC en la universidad a través de RECX, el Centro Noruego de Difracción de Rayos X, dispersión e imágenes (recx.no).
Los investigadores inyectan aceite en las diferentes muestras de hielo. Las 32 muestras se inyectan todas con aceite al mismo tiempo, y luego los investigadores pueden tomar muestras cada día de un núcleo diferente para ver cómo se mueve el petróleo a lo largo del tiempo. Crédito:Giuliani von Giese, Hamburgo
Ph.D. de Salomon está patrocinado por una empresa de software alemana llamada Math2Market, lo que crea el software que los científicos están usando para analizar sus imágenes heladas.
De Hamburgo a Svalbard
Pero las imágenes y el software son solo la punta del iceberg, por así decirlo. Para estudiar el hielo marino, tienes que tener hielo marino, y estudiar los derrames de petróleo en el hielo marino, tienes que crear algunos derrames de petróleo.
Maus y Salomon abordan este problema de dos maneras. El primero es llevar a cabo sus experimentos de derrames de petróleo en una cuenca de hielo en Hamburgo, Alemania, llamado HSVA, o la Cuenca Modelo de Barco de Hamburgo.
Aquí, pueden controlar las condiciones a medida que desarrollan su enfoque de estudio. Congelan una serie de largos tubos de cartón en el hielo, como del mismo tipo que podría utilizar para almacenar un mapa o un póster. Luego pueden introducir aceite en el fondo de todos los tubos. Cada día, toman una muestra de un tubo nuevo y ven cómo se mueve el aceite de un día a otro.
El hielo marino experimental es bueno, por supuesto, pero aún mejor es ver qué sucede en el mundo real. Para hacer esto, los investigadores han viajado al archipiélago de islas noruegas de Svalbard, donde conducen motos de nieve desde la ciudad principal de Longyearbyen hasta un pequeño puesto de avanzada llamado Svea, unas dos horas de distancia.
Más tubos congelados, y permiso para derramar petróleo
En invierno y primavera de 2016, Salomon y Maus congelaron 15 tubos de cartón en el hielo marino en las afueras de Svea, y obtuvo permiso de las autoridades de Svalbard para crear su propio mini derrame de petróleo (y cuidadosamente controlado), introduciendo aceite y diesel en los tubos.
Una vez por semana, regresaron a Svea para tomar muestras de los tubos, lo que les permitió ver cómo el aceite se movía hacia arriba, y cómo la microestructura del hielo cambió con el tiempo.
Salomon puede llevar las muestras al laboratorio de UNIS, el Centro Universitario de Svalbard, y centrifugue las muestras sin aceite para eliminar toda el agua de mar. Luego, puede crear imágenes de microtomografía de rayos X del hielo marino para compararlas con las microestructuras del hielo marino con aceite introducido.
El hielo debe mantenerse a la temperatura correcta para preservar las estructuras en su interior, lo que en sí mismo es otro desafío si los investigadores tienen que transportar el hielo a la parte continental de Noruega. oa Alemania, donde tenían acceso a una instalación especial que era mucho más rápida y podía producir una mejor calidad de imagen. Hasta aquí, el uso de bloques especiales congelados, el "hielo azul" que las personas pueden usar en su canasta de picnic para mantener fríos los alimentos perecederos, funciona bien. En Svalbard, donde la temperatura del aire es mucho más fría que el hielo marino, los investigadores tienen el problema opuesto.
"No queremos que el hielo esté demasiado frío, ", Dijo Maus." Tenemos cajas especiales aisladas que podemos calentar a la temperatura adecuada mientras conducimos de regreso de Svea a Longyearbyen ".
5 a 7 por ciento de los océanos del mundo
Por el momento, los dos investigadores aún están perfeccionando sus técnicas de imagen y construyendo modelos informáticos que les ayudarán a describir la estructura del hielo marino hasta sus poros más pequeños.
El siguiente paso es utilizar esta información para ayudar a predecir cómo se moverá el petróleo en el hielo, Dijo Maus.
"En caso de un derrame de petróleo grave en el Ártico, los resultados de nuestro proyecto serán importantes para minimizar el daño al medio ambiente, "Dijo Maus.
Pero la estructura del hielo marino tiene una importancia mucho más allá de los derrames de petróleo, a medida que los científicos se esfuerzan por comprender el cambio climático, Ecosistemas árticos y desarrollar una base de información más sustancial para la ingeniería ártica, él dijo.
"Es un paso importante para comprender el hielo marino poroso que cubre, de media, 5-7 por ciento de los océanos del mundo, y juega un papel clave en la determinación del clima y el medio ambiente de la Tierra en las regiones frías, " él dijo.
