Apenas mais um dia no escritório. Além de realizar testes na Bacia do Modelo de Navios de Hamburgo, os pesquisadores Martina Lan Salomon e Sönke Maus e seus colegas também estão colhendo amostras em Svalbard, no gelo do mar em Van Mijenfjorden, perto da cidade mineira de Svea. Crédito:Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU)
O gelo marinho é mais complicado do que você imagina. Não é sólido. É muito mais como uma esponja, atravessado por minúsculos canais e poros que podem conter sal, água salgada do mar, ou bolhas de ar.
Essa estrutura é importante no caso de um derramamento de óleo. O óleo é mais leve que a água do mar, então, se for derramado, pode migrar para cima, nos minúsculos canais do gelo, o que pode prendê-lo e complicar a limpeza. Mas a verdade é que o gelo marinho do Ártico é tão complexo que é difícil saber exatamente como o óleo e o gelo irão interagir.
Estudar também é difícil porque a amostragem e os testes tradicionais podem destruir ou distorcer a própria estrutura que você está tentando entender, diz Sönke Maus, um pós-doutorado na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia. e membro de um grupo de pesquisa internacional denominado MOSIDEO (interação em microescala de óleo com gelo marinho para detecção e gestão de risco ambiental em operações sustentáveis).
"Estamos procurando canais com um décimo de milímetro de diâmetro, "Maus disse." E se quisermos saber o que está acontecendo no gelo, precisamos de uma imagem tridimensional. "
Difícil de avaliar um derramamento de óleo sob o gelo
Eis como Maus descreve o problema:se o petróleo bruto for derramado no oceano, normalmente flutua. Mas se o óleo for liberado ou derramado sob uma tampa de gelo marinho, ele ficará preso sob o gelo.
"Dependendo da microestrutura do gelo marinho, o óleo pode ficar preso ou pode continuar subindo em direção à superfície, "disse ele." Portanto, se quisermos avaliar as consequências ambientais de um derramamento de óleo sob o gelo, realmente queremos saber quando e se o petróleo virá à tona, até que ponto o gelo irá flutuar antes da superfície do óleo, e quanto óleo ficará preso no gelo quando o gelo finalmente derreter. "
Se isso não parece difícil o suficiente, existem questões ainda mais desafiadoras que precisam ser respondidas para descobrir como lidar com um derramamento de óleo, Maus diz.
Uma semana para agir
Primeiro, lembre-se de que o gelo marinho se parece mais com uma esponja do que com uma substância sólida. Os canais e poros no gelo marinho são diferentes dependendo de onde estão localizados no gelo. Na sua superfície, onde o gelo está em contato com as temperaturas do ar frio, o gelo marinho tem poros menores e menos conectados.
Aqui está o que a tecnologia de visualização mostra aos pesquisadores, com uma poça de óleo no fundo da amostra e salmoura e uma grande bolsa de ar. Apesar dessas obstruções no gelo, o óleo ainda conseguiu migrar para cima no gelo em direção à superfície. Crédito:Martina Lan Salomon, NTNU
Maus diz que o óleo normalmente só entra em poros maiores e também precisa empurrar a água do mar para fora dos poros. Durante o inverno, o gelo costuma ser muito frio na superfície para permitir isso, e o óleo ficará preso. Mas durante a primavera, ou quando o gelo esquenta em clima quente, o óleo pode migrar para a superfície.
Assim que o óleo subir à superfície, "você tem que agir muito rápido, "Maus diz." A única abordagem realista para remover esse óleo da superfície de uma cobertura de gelo fechada é queimá-lo. Contudo, a maior parte do óleo só pode ser queimada durante uma janela de oportunidade de normalmente uma semana. "
Depois de uma semana, diz-se que o óleo está "envelhecido". Ele perdeu alguns componentes e se misturou à água e não pode mais ser removido por meio de queima.
"Este óleo, então, ameaça o ecossistema ártico, "Maus diz.
Imagens médicas no gelo
Maus e seus colegas, incluindo Martina Lan Salomon, um MOSIDEO Ph.D. candidato, estão aperfeiçoando o uso da microtomografia de raios-x para estudar o gelo, com o objetivo final de abordar todas essas incógnitas para que possam prever melhor o que acontecerá com os derramamentos de óleo no Ártico.
O principal objetivo do MOSIDEO, que inclui pesquisadores do NORUT, o Northern Research Institute, NORUT Narvik, NTNU e a Universidade do Alasca, é aprender mais sobre as interações entre o petróleo e o gelo marinho. Os pesquisadores esperam que seu trabalho melhore a avaliação de riscos e o planejamento de contingência para derramamentos de óleo. É financiado até o final de 2018 pelo Conselho de Pesquisa da Noruega.
A abordagem que os pesquisadores estão usando depende de uma versão de alta resolução da tecnologia que permite ao seu médico criar uma imagem de tomografia computadorizada.
Essencialmente, os pesquisadores criam uma série de imagens bidimensionais consecutivas de uma amostra de gelo marinho enquanto ela está girando. Isso produz milhares de imagens de transmissão 2-D que podem ser usadas para reconstruir a estrutura interna do gelo marinho. Uma reconstrução feita usando um algoritmo matemático poderoso, transforma essas imagens em uma gama de valores de cinza que refletem diferentes densidades de material para o gelo, salmoura, cristais de sal e ar. ) Na prática, a imagem 3D, normalmente voxels de 2.000 x 2.000 x 2.000 ", "ou o equivalente 3D de um pixel, geralmente é armazenado como uma pilha de fatias 2-d.
"Quinze anos atrás, você precisaria de um super computador para fazer isso, "Maus disse." Mas agora podemos analisar uma imagem de 30 gigabytes usando uma boa placa de vídeo e um bom software. "Os pesquisadores também têm acesso a um tomógrafo da universidade via RECX, o Centro Norueguês de difração de raios-X, espalhamento e imagem (recx.no).
Os pesquisadores injetam óleo nas diferentes amostras de gelo. As 32 amostras são todas injetadas com óleo ao mesmo tempo, e então os pesquisadores podem tirar amostras a cada dia de um núcleo diferente para ver como o óleo se move ao longo do tempo. Crédito:Giuliani von Giese, Hamburgo
Salomon's Ph.D. está sendo patrocinado por uma empresa de software alemã chamada Math2Market, o que torna o software que os cientistas estão usando para analisar suas imagens geladas.
De Hamburgo a Svalbard
Mas imagens e software são apenas a ponta do iceberg, por assim dizer. Para estudar o gelo marinho, você tem que ter gelo do mar, e estudar derramamentos de óleo no gelo marinho, você tem que criar alguns derramamentos de óleo.
Maus e Salomon estão lidando com esse problema de duas maneiras. A primeira é realizar seus experimentos de derramamento de óleo em uma bacia de gelo em Hamburgo, Alemanha, chamado HSVA, ou a bacia do modelo de navio de Hamburgo.
Aqui, eles podem controlar as condições à medida que desenvolvem sua abordagem de estudo. Eles congelam uma série de longos tubos de papelão no gelo, como o mesmo tipo que você pode usar para armazenar um mapa ou pôster. Eles podem então introduzir óleo no fundo de todos os tubos. Cada dia, eles tiram uma amostra de um novo tubo para ver como o óleo se move no dia a dia.
O gelo marinho experimental é bom, claro, mas ainda melhor é ver o que acontece no mundo real. Para fazer isso, os pesquisadores viajaram para o arquipélago insular norueguês de Svalbard, onde eles dirigem motos de neve da cidade principal de Longyearbyen até um pequeno posto avançado chamado Svea, cerca de duas horas de distância.
Mais tubos congelados, e permissão para derramar óleo
No inverno e na primavera de 2016, Salomon e Maus congelaram 15 tubos de papelão no gelo marinho fora de Svea, e obteve permissão das autoridades de Svalbard para criar seu próprio mini (e cuidadosamente controlado) derramamento de óleo, introduzindo óleo e diesel nos tubos.
Uma vez por semana, eles voltaram para Svea para amostrar os tubos, o que lhes permitiu ver como o óleo subia, e como a microestrutura do gelo mudou ao longo do tempo.
Salomon pode levar as amostras de volta ao laboratório da UNIS, o Centro Universitário em Svalbard, e centrifugar as amostras livres de óleo para remover toda a água do mar. Ela pode então criar imagens de microtomografia de raios-X do gelo marinho para compará-lo às microestruturas do gelo marinho com o óleo introduzido.
O gelo deve ser mantido na temperatura correta para preservar as estruturas dentro dele - o que por si só é outro desafio se os pesquisadores tiverem que transportar o gelo para o continente da Noruega, ou para a Alemanha, onde eles tinham acesso a uma instalação especial que era muito mais rápida e poderia produzir melhor qualidade de imagem. Até aqui, o uso de blocos congelados especiais - o "gelo azul" que as pessoas podem usar em sua cesta de piquenique para manter os alimentos perecíveis resfriados - funciona bem. Em Svalbard, onde a temperatura do ar é realmente muito mais fria do que o gelo marinho, os pesquisadores têm o problema oposto.
"Não queremos que o gelo seja muito frio, "Maus disse." Portanto, temos caixas isoladas especiais que podemos aquecer até a temperatura certa enquanto dirigimos de volta de Svea para Longyearbyen.
5 a 7 por cento dos oceanos do mundo
Para o momento, os dois pesquisadores ainda estão aperfeiçoando suas técnicas de imagem e construindo modelos de computador que os ajudarão a descrever a estrutura do gelo marinho até seus menores poros.
A próxima etapa é usar essas informações para ajudar a prever como o óleo se moverá no gelo, Maus disse.
“No caso de um sério derramamento de óleo no Ártico, os resultados do nosso projeto serão importantes para minimizar os danos ao meio ambiente, "Maus disse.
Mas a estrutura do gelo marinho tem importância muito além dos derramamentos de óleo, enquanto os cientistas se esforçam para entender as mudanças climáticas, Ecossistemas árticos e desenvolver uma base de informações mais substancial para a engenharia ártica, ele disse.
"É um passo importante para entender o gelo marinho poroso que cobre, na média, 5-7 por cento dos oceanos do mundo, e desempenha um papel fundamental na determinação do clima e meio ambiente da Terra em regiões frias, " ele disse.
