Kanada sitter på den tredje största oljereserven i världen. Det mesta finns i Albertas oljesand, där företag utvinner bitumen, en råolja med konsistens som jordnötssmör.

För att få oljan att passera genom rörledningar, petroleumingenjörer blandar oljan med lättare komponenter - vanligtvis biprodukter från naturgasproduktion - för att späda ut och göra bitumenet flytande. Denna blandning kallas "utspädd bitumen" eller förkortat dilbit.

Alberta är instängd. För att nå raffinaderier och den internationella marknaden, dilbit transporteras genom ett nätverk av rörledningar och järnvägar över stora landområden, full av sjöar, floder och våtmarker.

Men oljeledningar kan läcka eller brista, och spilla ut deras innehåll i miljön. I juli 2010 till exempel, en Enbridge pipeline i Marshall, Mich., spillde ut minst tre miljoner liter dilbit i Kalamazoofloden, varav uppskattningsvis 680, 000 liter sjönk.

Problemen med utsläpp i inlandet är inte nya. De är vanligare än marina utsläpp men ofta förbises eller inte rapporteras. Rent generellt, vi vet mycket mindre om hur oljeutsläpp påverkar sötvattensekosystemen än havet och, när det gäller dilbitspill, vi vet ännu mindre.

Att få reda på, vårt forskarteam hällde försiktigt ut dilbit i minisjöar för att avslöja oljans verkliga reaktioner och dess inverkan på vattenlivet.

Återskapa ett oljeutsläpp i sötvatten

Vi skapade minisjöar med 1, 400 liters tankar, fylld med sjösediment, vatten och det naturliga samhället av mikroskopiskt plankton hämtat från en sjö på den kanadensiska boreala skölden. Vi hällde sedan ut en förminskad volym dilbit – mindre än två liter – i "sjön".

Vi lämnade tankarna utsatta för solljus, temperaturförändringar och väderlek medan vi övervakade viskositeten och densiteten av oljefläcken på vattenytan. Dessa parametrar är viktiga för att förstå när oljan kan sjunka och hur den kan saneras. Vi spårade också oljan under ytan, dess kemiska sammansättning och dess inverkan på planktonet som lever där.

Råolja flyter eftersom den är mindre tät än vatten, så att utspilld olja kan skummas bort från vattenytan. Men detta är inte alltid sant för tung kanadensisk råolja.

Dilbit kan sjunka under vissa förhållanden, som en turbulent flod med mycket suspenderat sediment och andra partiklar. Dessa partiklar kan binda till oljan och göra den tätare, som hände vid Kalamazoofloden 2010.

Tidigare forskning med hjälp av vågtankar har föreslagit att dilbit inte skulle sjunka i en sjö. Andra studier i provrör har visat att dilbit kan sjunka, men bara när det blandas kraftigt med mycket mer suspenderat sediment än vad som vanligtvis upplevs i naturen.

Vår forskning visade att efter bara en dag, dilbit blev för trögflytande för att konventionella rengöringsmetoder skulle fungera bra. När det regnade åtta dagar efter vårt experimentella spill, dilbit slicks bröts upp och ungefär hälften av dem sjönk till sedimentet i dessa minisjöar.

Konsekvenser för sanering av oljeutsläpp

Efter ett oljeutsläpp i vatten, saneringspersonal använder bommar, skummare och ibland även eld för att få bort den utspillda oljan från vattenytan. Inget av detta är möjligt om oljan sjunker.

För att rensa upp sjunken olja, den nedsänkta oljan och sedimentet måste grävas upp. Detta invasiva avlägsnande är både dyrt och kan ytterligare skada ett ekosystem genom att ta bort hela samhällen som lever i sedimentet och återsuspendera oljan tillbaka till vattenpelaren. Sänkning ökar avsevärt saneringskostnaderna och tidslinjerna och minskar återhämtningen.

Om den utspillda dilbiten blir för trögflytande, konventionella skummare fungerar inte bra, men blir det för tätt sjunker det.

Våra resultat visar att dilbit kan sjunka i sjöar med tillräckligt med tid, och lyfta fram behovet av att beakta olika väderscenarier i riskbedömningar.

Livet under en oljeflaska

Plankton är mikroskopiska organismer som utgör basen i näringsväven som stöder fiskpopulationer. De är också ganska känsliga för miljöförändringar, som ett dilbitspill, vilket gör dem till en idealisk grupp att studera.

Vi fann att dilbitspill minskade den totala mängden djurplankton och alger i vattnet, men inte alla arter drabbades i samma grad.

Vissa alger visade tecken på återhämtning efter att dilbiten sjönk, men djurplankton verkade känsligare på lång sikt. Större zooplankton är en viktig föda för fisk, så om deras antal sjunker under en längre period, fiskar kan svälta. Vår första studie varade i 11 dagar, så vi vet inte om detta skulle hända.

Bakteriellt överflöd, å andra sidan, ökade efter dilbitspillet. Sammansättningen av bakteriesamhället ändrades till att omfatta fler oljeätande mikrober, vilket skulle kunna bidra till att mildra en del av effekterna av oljerester.

Vi har sett detta förut i havet. Efter marina oljeutsläpp, bakterieblomningar av oljeätande mikrober är vanliga.

Oljenedbrytning av bakterier erbjuder ett löfte om viss sanering efter spill, men är sannolikt inte en silverkula, speciellt för tunga oljor som dilbit. Efter ett dilbitspill, de flesta av de tyngsta petroleumföreningarna som består av naturlig bitumen kommer sannolikt fortfarande att finnas kvar, eftersom oljeätande mikrober föredrar lättare, mer tillgänglig olja.

Forskning kommer på gång

Vi vet att utsläpp av sötvattensdilbit kan ha olika konsekvenser för sanering och kan dramatiskt påverka vattenlivet på kort sikt, men vi måste fortfarande förstå de långsiktiga effekterna av dilbit i en mängd olika miljöer och spillstorlekar.

Under 2018, vi genomförde en större studie med användning av inhägnader i sjöar vid IISD-Experimental Lakes Area, en forskningsanläggning i nordvästra Ontario som är världskänd för att vara värd för experiment i hela sjöar. Forskning från dessa experimentsjöar har format vattenkvalitetspolicyer, som surt regn och fosfater, genom att ge mer exakta svar än de som kommer från ett labbprovrör.

Dock, till skillnad från typiska helsjöstudier, vi släppte inte bara dilbit i en enda sjö. Genom att använda stora inhägnader i sjön, vi skapade sju olika spillstorlekar, använda flera nivåer av oljeinneslutning för att förhindra att ett avsiktligt oljeutsläpp blir en fruktansvärd olycka.

Förra sommaren, en uppföljningsstudie utvärderade olika alternativ för oljesanering i en sötvattensjö med liknande inhägnader i sjön för att ta reda på vilka metoder som fungerar bäst. Kombinerad, resultaten av dessa studier kommer att hjälpa till att informera riskbedömningarna för dilbitspill, rengöringsmetoder, miljöpolitik och förhoppningsvis mildra effekterna av framtida utsläpp.

Ingen vill ha ett oljeutsläpp på sin bakgård, men att ibland återskapa dessa olyckor genom små kontrollerade spill är det bästa sättet att förstå dem.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.