När lagringstankar ovan jord går sönder under en storm och deras giftiga innehåll sprids, hotet mot människors hälsa kan och kommer troligen att strömma medvind i närområdet.

Ingenjörer från Rice University har utvecklat en modell för att kvantifiera vad som kan hända när en orkan eller annan naturkatastrof orsakar sådan skada baserat på data som samlats in från Houston Ship Channel, det största petrokemiska komplexet i USA, under och efter två orkaner, Ike 2008 och Harvey 2017.

Föroreningar som giftiga organiska kemikalier avdunstar från spill och kan transporteras långt från platsen med vinden, beroende på stormens egenskaper.

Beräkningsmodellen, enligt den atmosfäriska forskaren Rob Griffin från Rice's Brown School of Engineering, använder riktiga data från de två stormarna som ett bevis på konceptet. Modellen är tillgänglig på begäran för att hjälpa forskare att förutsäga "tänk om"-konsekvenserna av framtida stormar som hotar lagringstankar eller kemikalieutsläpp i allmänhet.

"Vi var först tvungna att förstå överspänningsmodellerna, och det tar tid efter en storm, ", sa Griffin. "Det här dokumentet kombinerar hydrologin från dessa stormscenarier med strukturella skörhetsmodeller, leder till att förutsäga de atmosfäriska konsekvenserna."

Studien visas i tidskriften Atmosfärisk miljö .

Modellen följer det hypotetiska ödet för toxiner som organiska lösningsmedel inklusive bensen och toluen och deras reaktionsprodukter när de driver med vinden i upp till 12 timmar efter ett spill, upp till ca 5, 000 fot. Föroreningarna orsakar ytterligare skador när de utvecklas till sekundära toxiner i vindarna, enligt forskarna.

Modellen förutspådde nedvindsoljeplymer skulle täcka ett bredare område än organiska lösningsmedelsplymer som skulle förbli koncentrerade längs vägen för den rådande vinden, enligt studien. Den visade betydande bildning av ozon och sekundära organiska aerosoler som bildades i lösningsmedelsplymerna, beroende på andra faktorer som solljus och bakgrundsföroreningar.

Forskarna noterade att modeller kan ge det enda sättet att uppskatta spridningen av föroreningar som hotar befolkningen i vindriktningen av ett utsläpp om en storm slår ut system för övervakning av luftkvaliteten i dess väg.

En studie från 2015 av Rice civil- och miljöingenjör Jamie Padgett och alumnen Sabarethinam Kameshwar, nu biträdande professor i civil- och miljöteknik vid Louisiana State University, förutspådde att en procentandel av lagringstanken skulle misslyckas om en orkan av kategori 4 eller större träffade Houston Ship Channel, antingen lyfta dem från sina grunder, krossa dem eller penetrera dem med skräp.

De uppskattade att en 24-fots stormflod skulle kunna frigöra 90 miljoner liter eller mer av olja och farliga ämnen.

Den studien var en startpunkt för Griffin, Padgett och Phil Bedient, chef för Rice's Severe Storm Prediction, Utbildning och evakuering från katastrofer (SPPEED) Center, tillsammans med Hanadi Rifai, en risalumn och miljöingenjör vid University of Houston, att modellera hur ett sådant utsläpp skulle sprida föroreningar genom atmosfären.

"Den tidigare studien förutspådde (ytbunden) plum i fartygskanalen om detta utsläpp skulle hända, ", sa Griffin. "Den talade om potentiell exponering för miljön och skador på själva kanalen, men som atmosfärskemist, Jag trodde, det där kommer inte bara att sitta där. Det kommer att avdunsta."

En modell relaterad till förhållanden under och efter orkanen Ike visade att en dieselplume från ett enda tankutsläpp skulle expandera långsamt under de första sex timmarna för att täcka cirka 42 kvadratkilometer, men expanderar sedan snabbt till att täcka 500 kvadratkilometer efter nio timmar. De virvlande vindarna skulle ha hållit plymen i Texas, modellen visar.

Men resor medvind skulle ha varit betydligt annorlunda under Harvey, för vilken modellen visade en smalare och mer koncentrerad plym riktad av vinden rakt in i Mexikanska golfen.

Modeller av ödet för förångad toluen och bensen under Ike visade plymer spårade med stormens österutgående väg, med nivåer som är farliga för människors hälsa mest troligt i mitten av plymen inom de första minuterna av ett tankfel. Dessa skulle utgöra en risk för arbetare och samhällen nära utsläppet, men kemikaliernas koncentrationer skulle minska snabbt längre medvind.

"Jag tror inte att informationen om vad som finns i tankarna är allmän kännedom, så vi var tvungna att göra några antaganden om vad som skulle spilla om det fanns ett utsläpp, ", sa Griffin. "Men det är värdefullt att tänka på vad som skulle hända med dessa kemikalier när de väl är i atmosfären. Samma resultat kan vara lika tillämpliga på något som Deepwater Horizon. När det materialet nådde havets yta, vad händer med den när den avdunstar?

"Jag skulle gärna se att några av ägarna till dessa tankar använder detta för att titta på deras strukturer, "sa han." Jag kan tänka mig att folk som miljöförsvarsfonden eller andra förespråkare också tar upp studien. "

Griffin noterade att modellen inte är inrättad för att tillåta ett företag att förutsäga effekterna av ett enda tankfel. "Det är en mer allmän modell av en region med stridsvagnar som sannolikt kommer att misslyckas, baserat på verkliga situationer som hände, " sade han. "Men vi kan göra kemin och atmosfärskoden tillgänglig. Om andra vill studera en given stormsituation och en given läckande tank, en del betydande benarbete skulle behöva gå in på det."