물리학

해양 기름 유출로 인한 피해를 완화하기 위해 대응팀은 시간이 지남에 따라 기름이 어떻게 분해되고 확산되는지에 대한 정확한 예측이 필요합니다. 온도와 햇빛은 모두 원유의 특성에 영향을 미치지만 지금까지 각각의 상대적인 중요성은 불분명했습니다. 이제 매사추세츠 주 Woods Hole Oceanographic Institution(WHOI)의 Danielle Haas Freeman, Collin Ward 및 동료들이 이 문제를 해결하는 실험 결과를 보고합니다[1]. 그들의 발견은 햇빛에 풍화된 기름이 열대 바다와 차가운 북극 바다에서 다르게 행동한다는 것을 시사합니다. 이 연구는 석유 운명 예측에 누락된 구성 요소를 추가하고 특정 환경에 맞는 정화 프로토콜 개발을 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.

과학자들은 수온이 원유의 기계적 성질에 영향을 미친다는 것을 알고 있습니다. 기름 유출 예측은 어둠 속에서 수행된 실험에서 파생된 경험적 관계를 사용하여 해당 지식을 고려합니다. 그러나 과학자들은 햇빛이 원유의 화학적 구성뿐만 아니라 기계적 특성에도 영향을 미칠 수 있다는 사실도 알고 있습니다. 예를 들어, 최근 멕시코만에서 수집된 바닷물을 측정한 결과, 2010년 딥워터 호라이즌(Deepwater Horizon) 폭발로 인해 남은 기름의 8%가 빛에 의해 유도된 기름의 광화학 반응에 의해 수용성 화합물로 변형된 것으로 나타났습니다. 여전히 불확실한 점은 햇빛이 따뜻한 물과 차가운 물에서 원유와 다르게 상호 작용하는지 여부와 그렇다면 차이가 석유의 특성에 어떤 영향을 미칠 수 있는지였습니다.

이 문제를 연구하기 위해 Freeman, Ward 및 나머지 팀은 Deepwater Horizon 우물에서 채취한 오일 샘플과 매사추세츠주 Falmouth에 있는 Vineyard Sound의 바닷물에서 다양한 실험을 수행했습니다. 유출된 지 1~2일 이내에 자연적으로 휘발되는 오일 성분을 제거한 그룹입니다. 이러한 성분은 오일 질량의 35%를 차지하며, 이를 제거하면 오일 점도가 7배 증가합니다. 그런 다음 팀은 이 증발 풍화 오일과 해수의 기계적 특성을 태양광 시뮬레이터에서 120시간(9일) 동안 조사한 후 온도에 따른 일련의 측정을 수행했습니다. 그들은 어둠 속에 보관된 샘플에 대해 동일한 측정 세트를 반복했습니다.

실험에 따르면 빛과 온도 모두 원유의 점도와 수용성에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 연구팀은 40°C에서 햇빛에 노출된 샘플의 점도가 어두운 곳에 보관된 샘플보다 거의 2배 높지만 20°C에서 햇빛에 노출된 샘플보다 8배 낮다는 것을 발견했습니다. . 변화 방향이 반대라는 점을 제외하고는 샘플의 수용해도에 대해서도 유사한 변화가 나타났습니다. 더 높은 온도에서 보관된 조사 샘플은 낮은 온도에서 보관된 샘플보다 더 많은 수용성 함량을 포함했습니다. 그리고 어둠의 자들은 빛 속에 있는 자보다 더 적은 양을 가지고 있었습니다. “우리는 어둠 속에 남겨진 기름과 햇빛에 의해 변형된 기름의 기름 특성과 온도 사이의 관계가 매우 다르다는 사실에 놀랐습니다.”라고 Freeman은 말합니다.

기름 유출 후 청소 대응은 주로 물 위에 있는 기름을 제거하는 데 중점을 둡니다. 새로운 측정은 광화학적으로 풍화된 차가운 기름이 난류로 인한 확산을 동반하고 따뜻한 기름보다 덜 용해되어야 함을 시사합니다. 결과적으로 찬물 유출의 경우 따뜻한 물 유출보다 제거해야 할 표면 기름이 더 많아야 하지만 그 기름은 더 국지화됩니다. 이러한 요인은 얼마나 많은 석유가 해변으로 유입되고 해안 생태계에 영향을 미칠 수 있는지에 영향을 미칠 수 있습니다. 유출 대응 도구(화학 분산제 살포, 스키밍 또는 현장 연소)의 효능은 기름의 흐름 특성에 따라 달라지기 때문에 냉수 유출 시 기름의 점도가 높을수록 대응 방법에 영향을 줄 수 있습니다.

WHOI 팀의 결과는 원유가 햇빛에 노출된 후 매우 다른 물리적 특성을 갖는다는 것을 보여준다고 오염 물질의 광화학적 분해를 연구하는 뉴올리언스 대학의 분석 화학자 매튜 타르(Matthew Tarr)는 말합니다. 그는 그 정보를 기름 유출 모델에 추가하면 예측이 더 정확해질 것이라고 말했습니다. 환경물리학자이자 캐나다 환경 비상과학 부서의 전 책임자인 Merv Fingas는 Tarr의 의견에 동의하지만 WHOI 팀의 조사 결과가 추가 심문을 받을지 여부에 대해 의문을 제기합니다. 그는 팀이 시스템에 대한 하나의 측정 세트와 하나의 모델을 기반으로 결론을 내렸다고 지적했습니다. 예를 들어, 기름 연행이 햇빛의 영향을 받는다는 사실은 연행을 포함하는 모델을 기반으로 합니다. "다른 모델에는 이러한 석유 운명이 포함되지 않으며 석유 연행은 석유 유출 과학자들 사이에서 보편적으로 받아들여지지 않습니다."라고 그는 말합니다.