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Investigación trata de predecir el destino del crudo en el hielo marino ártico en caso de derrame

El hielo marino es más complicado de lo que se pueda pensar. No es sólido. Es más parecido a una esponja, agujereado por diminutos canales y poros que pueden contener sal, agua marina salobre o burbujas de aire. 

Y esta estructura es importante en caso de un derrame de crudo.

El crudo es más ligero que el agua marina, de manera que si se derrama, puede subir hacia arriba por los diminutos canales del hielo, que pueden atraparlo y complicar las labores de limpieza. Pero lo cierto es que el hielo marino del Ártico es tan complejo que es difícil saber exactamente cómo interactuarán crudo y hielo.

Estudiarlo es también difícil porque las técnicas tradicionales de muestreo y análisis pueden falsear la propia estructura que se está intentando comprender, dice Sönke Maus, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología y miembro del grupo MOSIDEO (Interacción microescala del crudo con el hielo marino para detección y  gestión de riesgo ambiental en operaciones sostenibles).

“Estamos examinando unos canales que son una décima parte de un milímetro de diámetro,” dice Maus. “Y si queremos saber lo que está ocurriendo en el hielo, necesitamos una imagen tridimensional.”

Así es como Maus describe el problema: normalmente el crudo flota si se derrama en el océano. Pero si el crudo se derrama o libera bajo un techo de hielo marino, quedará atrapado bajo el hielo.

“En función de la microestructura del hielo marino, el crudo puede quedar atrapado o puede seguir subiendo hacia la superficie,” dice.

“Por lo tanto, si queremos evaluar las consecuencias medioambientales de un derrame de crudo bajo el hielo, necesitamos saber cuándo y si el crudo saldrá a la superficie, hasta dónde irá el hielo a la deriva antes de que el crudo salga a la superficie y cuánto crudo quedará atrapado en el hielo cuando finalmente éste se funda.”

Y por si eso no fuera suficiente, hay cuestiones aun más arduas que tienen que responderse para poder averiguar cómo abordar un derrame de crudo, dice Maus.

En primer lugar, recuerda que el hielo marino es más parecido a una esponja que a una substancia sólida. Los canales y poros en el hielo marino son diferentes en funcioń de dónde está localizado el hielo. En su superficie, donde el hielo está en contacto con el aire frío, el hielo marino tiene poros más pequeños y menos conectados.

Maus dice que el crudo normalmente penetrará por los poros más grandes y necesitará expulsar el agua marina de éstos. Durante la estación de invierno, el hielo suele ser demasiado frío en la superficie para que esto ocurra, y el crudo quedará atrapado. Pero durante la primavera, o cuando el hielo está sometido unas temperaturas más cálidas, el crudo puede subir a la superficie.

Una vez allí, “se tiene que actuar rápidamente” dice. “El único enfoque realista para eliminar el crudo de la superficie de una cobertura de hielo cerrada es quemándolo. Sin embargo, gran parte del crudo solo puede quemarse durante una ventana de oportunidades de típicamente una semana.”

Pasado ese tiempo, se dice que el crudo está “intemperizado”. Ha perdido determinados componentes y mezclado con el agua y ya no puede eliminarse quemándolo.

“Este crudo es cuendo amenaza el ecosistema ártico,” dice Maus. 

Maus y sus colaboradores están perfeccionando el uso de microtomografía por rayos-X para estudiar el hielo con el objetivo final de abordar todas estas incógnitas y poder predecir mejor lo que ocurrirá con los derrames de crudo en el Ártico. 

El enfoque que están usando los investigadores depende de una versión de alta resolución de la tecnología que permita crear una imagen de escaneo CT. 

Esencialmente, los investigadores crean una serie de imágenes bidimensionales consecutivas de una muestra de hielo marino mientras está rotando. Esto produce miles de imágenes 2D que se pueden usar para reconstruir la estructura interna del hielo marino. Una reconstrucción elaborada usando un potente algoritmo matemático, transforma estas imágenes en un rango de valores de gris que reflejan distintas densidades materiales para el hielo, la salobridad, cristales de sal y aire. A la práctica, la imagen 3D, tipicamente 2000x2000x2000 “vóxeles” o el equivalente 3D de un pixel, suele almacenarse apilada en cortes 2D.

“Hace 15 años se hubiera necesitado una supercomputadora para hacerlo,” dice Maus. “Pero ahora podemos analizar una imagen de 30 gb usando una buena tarjeta gráfica y un buen software.”

Pero las imágenes y el software son solo la punta del iceberg. Para estudiar el hielo marino, tienes que tener hielo y para estudiar los derrames de crudo en el hielo marino tienes que crear varios derrames de crudo.

Maus y Martina Lan Salomon, otra investigadora, están abordando este problema de dos maneras. La primera es poner en marcha sus experimentos de los derrames de crudo en un estanque de hielo en Hamburgo, Alemania, llamado HSVA. Aquí pueden controlar las condiciones mientras desarrollan su planteamiento de estudio. Congelan una serie de tubos largos de cartulina en el hielo, los mismos que usarías para guardar un mapa o un póster. Luego introducen crudo en el fondo de todos los tubos. Cada día toman una muestra de un nuevo tubo para ver cómo se mueve el crudo día tras día.

El hielo marino experimental es bueno, pero aun mejor es ver lo qué ocurre en el mundo real. Para ello, los investigadores han viajado a la isla archipiélago noruego de Svalbard donde conducen motonieves desde el pueblo principal de Longyearbyen a un pequeño puesto avanzado llamado Svea, a unas dos horas.

En invierno y primavera de 2016, Salomon y Maus congelaron 15 tubos de cartulina en el mar fuera de Svea y obtuvieron permiso de las autoridades de Svalbard para crear su propio mini derrame de crudo (cuidadosamente controlado), introduciendo crudo y diesel en los tubos.

Una vez a la semana regresaban a Svea para tomar muestras de los tubos, permitiéndoles ver cómo el crudo se movía hacia arriba y cómo la microestructura del hielo cambiaba con el tiempo.

Salomon llevó las muestras al laboratorio en UNIS, la Universidad Centre de Svalbard, y centrifugó las muestras de crudo para eliminar toda el agua marina para luego crear imágenes microtomográficas por rayos X del hielo marino y compararlas con las microestructuras del hielo marino con crudo introducido.

El hielo tiene que mantenerse a una temperatura correcta para preservar la estructura de dentro, que supone otro desafío si los científicos tienen que transportar el hielo a Noruega, o a Alemania, donde tenían acceso a una instalación especial que era mucho más rápida y podría producir una calidad de imagen mejor. Hasta la fecha, el uso de bloques congelados especiales – el “hielo azul” que la gente usa en su cesta de picnic para mantener fríos los alimentos perecederos – funciona bien. En Svalbard, donde la temperatura del aire es en realidad mucho más fría que el hielo marino, los investigadores tienen el problema contrario.  

“No queremos que el hielo esté demasiado frío,” dice Maus. “Por lo que tenemos cajas especiales aisladas que podemos calentar hasta la temperatura que queremos mientras vamos de Svea a Longyearbyen.”

Por el momento, los dos investigadores siguen perfeccionando sus técnicas imagenológicas y construyendo modelos informáticos que les ayudarán a describir la estructura del hielo marino hasta sus poros más pequeños. 

El próximo paso es usar esta información para ayudar a predecir cómo se moverá el crudo en el hielo, dice Maus. 

“En un caso de derrame de crudo grave en el Ártico, los resultados de nuestro proyecto serán importantes para minimizar el daño al medio ambiente,” dice.

“Es un paso importante para entender el hielo marino poroso que cube, de promedio, entre el 5 y 7 por ciento de los océanos del mundo y que juega un papel clave en el clima de la Tierra y entorno en regiones frías,” dice.

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