En studie publicerad 28 augusti, 2017, i Förfaranden från National Academy of Sciences tillför en ny dimension till det kontroversiella beslutet att injicera stora mängder kemiska dispergeringsmedel omedelbart ovanför den olämpliga oljebrunnen vid havsbotten under Deepwater Horizon -katastrofen 2010. Dispergeringsmedlen kan ha avsevärt minskat mängden skadliga gaser i luften vid havsytan - minska hälsoriskerna för räddningspersonal och låta dem fortsätta arbeta för att stoppa det okontrollerade utsläppet och städa upp den spillda oljan tidigare.

Mitt i Deepwater Horizon -krisen, tjänstemän tog det aldrig tidigare skådade och kontroversiella beslutet att injicera mer än 700, 000 liter kemiskt dispergeringsmedel över 67 dagar omedelbart ovanför oljeriggens avskilda brunnhuvud vid havets botten. Målet var att bryta upp petroleum som ökade okontrollerbart från brunnhuvudet till mindre droppar i djuphavet, med målen att minska oljeläckor och minska mängden skadliga gaser som kommer till havsytan.

Förespråkarna hävdar att dispergeringsmedlen hjälpte till att släppa ut oljeläckor på havsytan, orsakar mindre olja att skada strandstränder och kärr. Motståndarna sa att dispergeringsmedlen själva var giftiga, kan ha orsakat miljöskador, och var inte effektiva för att minska de redan små droppar som bildas vid brunnhuvudet.

Till denna debatt, den nya studien visar en fördelaktig effekt av dispergeringsmedel:Injektionen med undervattensdispergeringsmedel kan ha gjort att räddningspersonal bokstavligen kunde andas lättare. Genom att bryta upp petroleum i mindre droppar som löstes snabbare i djuphavet, dispergeringsmedlen minskade mängden flyktiga giftiga föreningar som steg upp till ytan och avgaserades i luften. Det förbättrade luftkvaliteten för respondenterna dramatiskt och förmodligen minskade antalet dagar då luftkvaliteten var för dålig och respondenterna fick bära andningsskydd och/eller var tvungna att avbryta saneringsarbetet.

Forskargruppen inkluderade:Jonas Gros, Scott Socolofsky, Anusha Dissanayake, och Inok Jun (Texas A&M University); Lin Zhao och Michel Boufadel (New Jersey Institute of Technology); Christopher Reddy (Woods Hole Oceanographic Institution); och J. Samuel Arey (Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology). Forskningen finansierades av Gulf of Mexico Research Initiative och National Science Foundation.

Dispergeringsmedel har applicerats på oljefläckar på havsytan i ett halvt sekel för att bryta petroleum till mindre droppar som försvinner i det öppna havets vatten så att mindre olja når ekologiskt känsliga kustlinjer. Men, de hade aldrig använts på det aldrig tidigare skådade djupet av 5, 000 fot under ytan, där uppskattningsvis 7, 500 ton olja per dag och 2, 400 ton naturgas per dag sprang från det brustna brunnhuvudet nära havsbotten. Denna flödeshastighet motsvarar 57, 000 fat per dag olja och 92 miljoner kubikfot per dag gas som produceras vid standardförhållanden vid havsytan. Under den period som författarna studerade, 19, 000 fat per dag olja fångades också upp av en omvänd tratt, eller "toppmössa, "som placerades direkt ovanför brunnhuvudet, vilket minskade mängden olja som rann ut i havet.

"Regeringens och branschens svarare stod inför ett oljeutsläpp av en aldrig tidigare skådad storlek och havsdjup, ställa dem i en kamp med stora insatser mot stora okända, "Reddy och Arey skrev i en artikel i tidningen Oceanus. De tog ett avgörande beslut att fortsätta med injektionen av Corexit EC9500A under ytan, ett dispergeringsmedel som ungefär liknar en blandning av mineralolja av livsmedelskvalitet, vindrutetorkarvätska, och diskmedel för hushåll.

Flygfotografier och anekdotiska redogörelser föreslog att sprutmedlet i djuphavet kan ha hjälpt till att släppa ut oljeslickorna vid ytan och förbättra luftkvaliteten runt responderbåtar som arbetar nära katastrofplatsen. Men i krisens hetta tjänstemän tog inte tid att utforma och genomföra robusta experiment för att mäta de detaljerade effekterna av injektionen.

I den nya studien, forskare byggde och testade en matematisk modell som simulerade de komplexa kemiska och fysiska interaktionerna mellan vatten, olja, gas, och dispergeringsmedel som inträffade under Deepwater Horizon. De fokuserade på perioden från och med den 3 juni, 2010, när stigarröret skars vid brunnhuvudet av ingenjörer, fram till den 15 juli, 2010 - en tidsperiod då ett stort antal vetenskapliga observationer samlades i närheten i luften och havet. För att testa modellens förmåga att simulera den verkliga katastrofen, de jämförde modellprognoserna med observationerna. Nästan alla dessa jämförelser anpassade till modellens output, vilket indikerar att modellen replikerade många aspekter av vad som hände med olja och gas under havsytan.

Forskargruppen använde sedan modellen för att genomföra ett nyckeltest som aldrig gjordes i verkliga livet:De körde modellen för att se vad som sannolikt skulle ha hänt om dispergeringsmedel inte hade injicerats omedelbart ovanför brunnhuvudet under samma tidsperiod.

Modellresultaten indikerade att injektion av djuphavsdispergeringsmedel hade en djupgående effekt på luftkvaliteten vid havsytan. Injektionen av undervattensdispergeringsmedlet fick den turbulenta strålen med petroleumvätskor att bilda oljedroppar som var cirka 30 gånger mindre (i volym) än de skulle ha varit utan dispergeringsmedel, enligt modellresultaten. Denna subtila förändring fick många flyktiga petroleumkemikalier att lösa sig snabbare och fastna i djuphavet. Enligt studien, de flesta av de mycket giftiga bensen och toluen i oljan transporterades bort i djupa strömmar, tillsammans med andra fångade petroleumföreningar som påverkade organismer på och nära havsbotten. Bensen och toluen skulle troligen ha blivit biologiskt nedbrytbara inom några veckor.

"Under 2010 när NSF började finansiering av snabba svar för forskning om Deepwater Horizon, det var viktigt att karakterisera de ursprungliga förhållandena för utsläppet, såsom plyndynamik och ekologiska effekter, "sa Don Rice, en programdirektör i NSF:s avdelning för havsvetenskap. "Dessa forskare och andra gjorde just det. Som resultaten av denna studie tydligt visar, upptäckterna av grundläggande vetenskaplig forskning och de efterföljande praktiska tillämpningarna i deras spår är ofta helt oväntade. "

Modellen visade att spridningsmedelsinjektionen minskade den totala koncentrationen av alla flyktiga organiska kemikalier i atmosfären med en blygsam mängd (cirka 30 procent). Men det minskade också avsevärt mängden kemikalier som är mest skadliga för människor, såsom bensen och toluen. Den atmosfäriska koncentrationen av bensen, till exempel, minskade med cirka 6, 000 gånger, förbättrar luftkvaliteten dramatiskt.

Utan spridningsmedelsinjektionen, modellen visade att bensenkoncentrationer i luften 2 meter över havsytan skulle ha varit 13 gånger högre än de nivåer som anses acceptabla att andas under en 10-timmars arbetsdag eller en 40-timmars arbetsvecka, baserat på riktlinjer från National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH). Dock, med spridande injektion, modellen visade att atmosfäriska bensenkoncentrationer var 500 gånger lägre än de nivåer som ansågs acceptabla att andas av NIOSH.

"Dessa förutsägelser beror på lokala väderförhållanden som kan variera från dag till dag. Men vi förutspår att förseningar med sanering skulle ha varit mycket vanligare om spridningsmedelsinjektion under ytan inte hade applicerats, "Säger Reddy och Arey.

"Men den här studien är inte det sista ordet om användningen av dispergeringsmedel, "tillade de." Det är en annan rad på ett bokföringsblad som kallas "analysen för minskning av spillkonsekvenser, "" som bedömer olika strategier och verktyg för att minska miljömässiga och ekonomiska skador som orsakas av oljeutsläpp. "Alla potentiella positiva och negativa effekter av spridningsmedelsinjektion måste beaktas innan slutliga bedömningar om deras framtida användning kan fastställas robust, sa de.

Debatten om användning av dispergeringsmedel blir alltmer politiserad och akut, och National Academy of Sciences har nyligen samlat en forskarkommitté, regeringstjänstemän, och industrin för att utvärdera användningen av kemiska dispergeringsmedel vid oljeutsläpp.