แสงแดดช่วยขจัดคราบน้ำมันในมหาสมุทรได้มากกว่าที่คิด

รังสีดวงอาทิตย์อาจละลายน้ำมันพื้นผิวได้ถึง 17 เปอร์เซ็นต์จาก Deepwater Horizon

แสงแดดอาจช่วยขจัดคราบน้ำมันได้มากถึง 17 เปอร์เซ็นต์ที่พื้นผิวของอ่าวเม็กซิโกหลังจากการรั่วไหลของ Deepwater Horizon ในปี 2010 นั่นหมายความว่าแสงแดดมีบทบาทมากขึ้นในการทำความสะอาดคราบที่หกกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ นักวิจัยแนะนำว่าวันที่ 16 กุมภาพันธ์ใน Science Advances

 

เมื่อแสงแดดส่องลงมาบนน้ำมันที่หกในทะเลก็สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นลูกโซ่เปลี่ยนน้ำมันให้กลายเป็นสารประกอบใหม่ได้ปฏิกิริยาเหล่านี้บางส่วนสามารถเพิ่มความง่ายในการละลายของน้ำมันในน้ำ ซึ่งเรียกว่าการละลายด้วยแสง แต่มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยว่าน้ำมันสามารถละลายน้ำได้มากน้อยเพียงใด

 

เพื่อประเมินสิ่งนี้ นักเคมีสิ่งแวดล้อม Danielle Haas Freeman และ Collin Ward สถาบันสมุทรศาสตร์วูดส์โฮลทั้งสองแห่งในรัฐแมสซาชูเซตส์ วางตัวอย่างน้ำมัน Macondo จาก Deepwater Horizon ที่หกลงบนจานแก้วและฉายรังสีด้วยแสงโดยใช้ LED ที่ปล่อยความยาวคลื่นที่พบในแสงแดด จากนั้นทั้งคู่ก็วิเคราะห์ทางเคมีของน้ำมันที่ฉายรังสีเพื่อดูว่ามีการแปรสภาพเป็นคาร์บอนอินทรีย์ที่ละลายได้มากน้อยเพียงใด

นักวิจัยพบว่าปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการละลายด้วยแสงคือความหนาของผิวเรียบและความยาวคลื่นของแสง ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (ไปทางปลายสีแดงของสเปกตรัม) จะละลายน้ำมันได้น้อยกว่า อาจเป็นเพราะว่าน้ำกระจายได้ง่ายกว่าความยาวคลื่นที่สั้นกว่า น้ำมันถูกแสงนานแค่ไหนไม่สำคัญ

 

แม้ว่าทีมจะไม่ได้ทำการทดสอบเฉพาะสำหรับความแตกต่างตามฤดูกาลหรือละติจูด แต่การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยอิงจากข้อมูลในห้องปฏิบัติการชี้ว่าปัจจัยเหล่านั้น รวมทั้งองค์ประกอบทางเคมีของน้ำมันก็มีความสำคัญเช่นกัน

 

นักวิจัยประเมินว่าการฉายรังสีช่วยละลายน้ำมันผิวดินจาก 3 ถึง 17 เปอร์เซ็นต์จากการรั่วไหลของ Deepwater Horizon ซึ่งเทียบได้กับกระบวนการต่างๆ เช่น การระเหยและการเกาะติดตามแนวชายฝั่ง สารประกอบที่เกิดจากแสงแดดอาจส่งผลต่อระบบนิเวศทางทะเลอย่างไรยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

 

แสงแดดช่วยขจัดคราบน้ำมันในมหาสมุทร แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็แปลกใจ

น้ำมันและน้ำเป็นที่รู้จักว่าเป็นพลังที่ต่อต้าน ทำให้ยากต่อการทำความสะอาดเมื่อทั้งสองโต้ตอบกัน หลังจากทำการวิจัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์อาจพบสารละลายที่ไม่สงสัยซึ่งเปลี่ยนน้ำมันเพื่อให้สามารถละลายในน้ำทะเลได้

 

ทีมนักวิจัยจาก Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ได้เริ่มทำความเข้าใจว่าน้ำมันส่วนใหญ่จากการรั่วไหลของน้ำมัน Deepwater Horizon ในปี 2019 จบลงที่ใด ซึ่งเป็นแนวคิดที่เรียกว่าชะตากรรมของสิ่งแวดล้อม การรั่วไหลครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของสหรัฐ โดยปล่อยน้ำมันดิบเกือบ 210 ล้านแกลลอนลงอ่าวเม็กซิโก และทำให้มีผู้เสียชีวิต 11 ราย

 

นักวิจัยพบว่ามากถึง 17 เปอร์เซ็นต์ของน้ำมันที่ลอยอยู่บนอ่าวเม็กซิโกถูกแสงแดดละลายลงในน้ำทะเล

 

“ถ้าเศษน้ำมันขนาดมหึมานี้ถูกแสงแดดส่องถึงและละลายไปเป็นน้ำทะเล นั่นอาจหมายความว่าน้ำมันจำนวนไม่มากไปสิ้นสุดที่อื่น เช่น ระบบนิเวศชายฝั่งทะเลที่มีความอ่อนไหว ในทางกลับกัน เราต้องพิจารณาผลกระทบของสารประกอบที่มีต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลก่อนที่เราจะสามารถตัดสินใจได้ว่าผลสุทธินั้นเป็นบวกหรือลบ” แดเนียลลา ฮาส ฟรีแมน นักศึกษาโครงการร่วมของ WHOI กล่าว

 

ในการศึกษาของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ใน Science Advances นักวิจัยอธิบายว่าภายหลังการรั่วไหลของน้ำมัน การสัมผัสกับแสงแดดสามารถเริ่มต้นปฏิกิริยาเคมีชุดหนึ่งในคราบน้ำมันที่ลอยอยู่ซึ่งจะเปลี่ยนน้ำมันนั้นเป็นสารประกอบใหม่ จากการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างเหล่านี้ กระบวนการหนึ่งรวมถึงการออกซิเดชันด้วยแสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของออกซิเจนเข้าไปในกระดูกสันหลังของคาร์บอนของน้ำมันไฮโดรคาร์บอน ร่วมกับกระบวนการทางเคมีแสงอื่นๆ

การเกิดออกซิเดชันด้วยแสงส่งผลกระทบต่อความสามารถในการละลายน้ำของน้ำมัน ซึ่งการศึกษาก่อนหน้านี้ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นเช่นกัน ทำให้เกิดการเปิดรับแสงเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่ละลายน้ำได้ออกจากน้ำมันดิบจากส่วนประกอบที่ไม่ละลายน้ำในตอนแรก ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เรียกว่าการละลายด้วยแสง

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกล่าวว่าการละลายด้วยแสงยังไม่ได้รับการประเมินสำหรับการรั่วไหลของน้ำมันที่ผ่านมา โดยนักวิจัยของ WHOI เน้นว่าการละลายด้วยแสงเป็นกระบวนการกำจัดคราบน้ำมัน ซึ่งอาจส่งผลต่อความสมดุลโดยรวมของมวลของน้ำมันบนพื้นผิว

 

ในการสรุปผลเหล่านี้ นักวิจัยได้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบไดโอดเปล่งแสง (LED) ที่สร้างขึ้นเองเพื่อวัดว่าอัตราของน้ำมันแตกต่างกันไปตามประเภทของแสง เช่น อุลตร้าไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้อย่างแม่นยำ ขณะเดียวกันก็เปิดโอกาสให้นักวิจัยได้ทำความเข้าใจ เงื่อนไขใดที่สำคัญที่สุดในการควบคุมการละลายของแสง

 

มีการสร้างชุดสถานการณ์การรั่วไหลตามสมมุติฐาน โดยมีความหนาลื่นของน้ำมัน ช่วงเวลาของปี สถานที่ทั่วโลก และประเภทของแสงที่แตกต่างกัน พวกเขาสังเกตเห็นว่าเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงบางอย่างมีความสำคัญมากกว่าเงื่อนไขอื่นๆ

 

Freeman อธิบายว่าความหนาของน้ำมันเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการและตำแหน่ง ตัวอย่างเช่น น่านน้ำอาร์กติกเป็นพื้นที่ที่มีการสัญจรทางเรือบรรทุกสินค้าเป็นจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการรั่วไหลของน้ำมัน

 

ความยาวคลื่นของแสงเป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่ง เนื่องจากพบว่าความยาวคลื่นที่ยาวกว่าละลายน้ำมันได้น้อยกว่า อาจเป็นเพราะว่าน้ำกระจายได้ง่ายกว่า เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า

 

“การสร้างแบบจำลองประเภทนี้มีความสำคัญเมื่อคาดการณ์การรั่วไหลและพิจารณาผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเล” ฟรีแมนกล่าว

 

การศึกษาของนักวิจัยของ WHOI สามารถสร้างชะตากรรมใหม่สำหรับการกำหนดกรอบการรั่วไหลของน้ำมันในอนาคตและวิธีที่สังคมตอบสนองต่อปัญหาเหล่านี้ โดย Freeman และผู้เขียนร่วมของเธอสนับสนุนให้มีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของแสงแดดต่อการรั่วไหลของน้ำมัน

 

แสงแดดลดประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัวที่ใช้ในการขจัดคราบน้ำมัน

25 เมษายน 2018

 

เอกสารนี้มีให้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเก็บถาวรเป็นหลัก หมายเลขโทรศัพท์หรือข้อมูลการติดต่ออื่น ๆ อาจล้าสมัย โปรดดูข้อมูลการติดต่อปัจจุบันที่ผู้ติดต่อสื่อ

 

การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าแสงแดดเปลี่ยนการรั่วไหลของน้ำมันบนพื้นผิวมหาสมุทรได้เร็วและสำคัญกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัวทางเคมีที่สลายน้ำมันที่ลอยอยู่

 

ทีมวิจัยที่ได้รับทุนจาก National Science Foundation (NSF) และนำโดย Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) พบว่าแสงแดดเปลี่ยนแปลงทางเคมีของน้ำมันดิบที่ลอยอยู่บนผิวทะเลภายในไม่กี่วันหรือหลายชั่วโมง

 

ทีมงานรายงานว่าแสงแดดเปลี่ยนน้ำมันเป็นสารประกอบต่างๆ ซึ่งสารช่วยกระจายตัวไม่สามารถสลายตัวได้ง่าย ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในวารสาร Environmental Science & Technology Letters อาจส่งผลต่อวิธีที่ผู้เผชิญเหตุตัดสินใจได้ว่าจะใช้สารช่วยกระจายตัวเมื่อใด ที่ไหน และอย่างไร

Collin Ward นักวิทยาศาสตร์จาก WHOI และหัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า “เป็นที่เชื่อกันว่าแสงแดดมีผลกระทบเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัว “ผลการวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าแสงแดดเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัว และเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของแสงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงจำกัดหน้าต่างแห่งโอกาสในการใช้สารช่วยกระจายตัวอย่างมีประสิทธิภาพ”

 

เพิ่ม Henrietta Edmonds ผู้อำนวยการโครงการใน Division of Ocean Sciences ของ NSF ซึ่งให้ทุนสนับสนุนการวิจัย “การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการทำวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญเพียงใด ผลลัพธ์จะช่วยให้เราเรียนรู้วิธีการ ตอบสนองต่อการรั่วไหลของน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ”

 

น้ำมันและน้ำ: ไม่ผสมในทะเล

 

สารช่วยกระจายตัวมีสารซักฟอก ซึ่งไม่เหมือนกับที่คนใช้ล้างจาน ซึ่งช่วยให้น้ำมันแตกเป็นหยดเล็กๆ ที่เจือจางในมหาสมุทรหรือถูกจุลินทรีย์กินก่อนที่น้ำมันจะถูกพัดพาไปยังชายฝั่งที่อ่อนไหว แต่ในการทำงาน ผงซักฟอก (หรือที่รู้จักในชื่อสารลดแรงตึงผิว) ก่อนอื่นต้องผสมกับทั้งน้ำมันและน้ำ และน้ำมันกับน้ำ

 

เพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้ สารช่วยกระจายตัวมีตัวทำละลายอินทรีย์ที่ช่วยให้น้ำมัน ผงซักฟอก และน้ำผสมกัน เมื่อขั้นตอนนี้เกิดขึ้นเท่านั้นที่สารลดแรงตึงผิวจะทำงานเพื่อแยกน้ำมันออกเป็นหยด แต่แสงแดดขัดขวางขั้นตอนนี้

 

ก่อนที่สารช่วยกระจายตัวจะถูกนำมาใช้ พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์จะเริ่มทำลายพันธะเคมีในสารประกอบของน้ำมันทันที โดยจะแยกอะตอมหรือโซ่เคมีออก และสร้างช่องให้ออกซิเจนเกาะติดกัน กระบวนการออกซิเดชันด้วยแสง (หรือที่เรียกว่า photochemical “weathering”) คล้ายกับกระบวนการที่ทำให้สีบนรถยนต์หรือสีบนเสื้อผ้าจางลงหากปล่อยทิ้งไว้กลางแดดนานเกินไป

 

จนถึงปัจจุบัน การทดสอบเพื่อระบุประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัวใช้เฉพาะน้ำมัน “สด” ที่แสงแดดไม่เปลี่ยนแปลง ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างกว้างขวางโดยให้น้ำมันถูกแสงแดด พวกเขาแสดงให้เห็นว่าแสงแดดเปลี่ยนน้ำมันอย่างรวดเร็วให้กลายเป็นสารตกค้างที่ละลายได้เพียงบางส่วนในตัวทำละลายของสารช่วยกระจายตัว ซึ่งจำกัดความสามารถของผงซักฟอกในการผสมกับน้ำมันโฟโตออกซิไดซ์และทำให้น้ำมันแตกเป็นหยด

แสงแดดลดประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัว

 

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแสงอย่างรวดเร็วในการออกซิไดซ์น้ำมันสด โดยเปลี่ยนภายในสองสามวันให้เป็นสารประกอบที่ลดประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัวอย่างน้อย 30 เปอร์เซ็นต์

 

นักวิทยาศาสตร์ได้ร่วมมือกับ Deborah French McCay ผู้สร้างแบบจำลองการรั่วไหลของน้ำมันที่ RPS ASA บริษัทที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในโรดไอแลนด์ นักวิจัยได้จำลองสภาวะที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการรั่วไหลของ Deepwater Horizon รวมถึงช่วงของความเร็วลมและระดับแสงแดด จากนั้นพวกเขาก็วางสายการบิน 412 ลำที่ฉีดพ่นสารช่วยกระจายตัวในช่วงวิกฤต

 

ผลการวิจัยพบว่าเนื่องจากมุ่งเป้าไปที่น้ำมันที่ผ่านแสงแดดจัด การใช้งานสารช่วยกระจายตัวส่วนใหญ่จะไม่บรรลุระดับประสิทธิภาพขั้นต่ำภายใต้สภาวะลมและแสงแดดโดยเฉลี่ย

 

แม้ภายใต้สถานการณ์กรณีที่ดีที่สุดสำหรับการฉีดพ่นสารช่วยกระจายตัวในอากาศ – สภาพอากาศที่มีเมฆมาก (ซึ่งจะจำกัดสภาพดินฟ้าอากาศด้วยแสงเคมี) และสภาวะลมแรง (ซึ่งจะขนส่งน้ำมันให้ห่างไกลจากการรั่วไหลก่อนที่แสงแดดจะเปลี่ยนแปลง) – การใช้งานสารช่วยกระจายตัวทางอากาศหลายสิบรายการยังคง ไม่ได้บรรลุระดับประสิทธิภาพที่กำหนดไว้

 

“เรารวบรวมทีมที่รวมเอาความเชี่ยวชาญของนักวิชาการ รัฐบาล และนักวิจัยในอุตสาหกรรม” คริสโตเฟอร์ เรดดี้ นักเคมีทางทะเลของ WHOI อธิบาย “ในวิกฤตการณ์น้ำมันรั่วในอนาคต ชุมชนต้องการความร่วมมือและความร่วมมือแบบเดียวกันเพื่อตัดสินใจอย่างชาญฉลาดที่สุดว่าจะตอบสนองอย่างไรอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด”

 

การวิจัยยังได้รับทุนจากโครงการริเริ่มการวิจัยอ่าวเม็กซิโกและสมาคม DEEP-C (การเชื่อมต่อจากทะเลลึกถึงชายฝั่งในอ่าวเม็กซิโกตะวันออก) Consortium

 

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ umldigitalops.com