La fisica contro l'inquinamento del petrolio in mare

L’Università di Torino, in collaborazione con altri istituti di ricerca, ha dimostrato come la dinamica turbolenta può agevolare i processi di biodegradazione delle “oil spills” da parte dei batteri.

AMBIENTE
Francesca Danila Toscano
La fisica contro l'inquinamento del petrolio in mare

L’Università di Torino, in collaborazione con altri istituti di ricerca, ha dimostrato come la dinamica turbolenta può agevolare i processi di biodegradazione delle “oil spills” da parte dei batteri.

Negli ultimi 50 anni, i disastri ambientali causati dalle fuoriuscite di petrolio dalle petroliere in mare sono diminuiti di oltre il 90%. È stato raggiunto il picco massimo negli anni ’70, mentre nel 2023 c’è stata una netta diminuzione, contando solo un caso di grande fuoriuscita, grazie alle politiche internazionali ed ai progressi scientifici, all’implemento degli impianti petroliferi e delle navi cargo che hanno reso più efficienti i sistemi di trasporto e stoccaggio, facendoli diventare più sicuri.

L’inquinamento causato dal petrolio e dai derivati non contamina solamente l’acqua ma anche il suolo e l’aria. Non sempre si tratta solo di sversamenti volontari ma anche di incidenti di navigazione di petroliere che liberano in maniera improvvisa e incontrollata ingenti quantità di petrolio.

Il triste impatto sulla flora e sulla fauna marina

L’inquinamento da petrolio provoca gravi conseguenze sulla flora e la fauna marina.

Questo olio nero causa la morte del plancton, la sua riduzione incide pesantemente sull’intera catena alimentare.

Anche gli uccelli sono vittime silenziose del petrolio che penetra nel loro piumaggio provocando la scomparsa delle proprietà idrorepellenti, del potere isolante e della capacità di volo. La natura porta questi animali a cercare di pulire il piumaggio con il becco, ingerendo però il petrolio che provoca effetti nocivi ai reni, al fegato e all’apparato digerente. Molti volatili, di conseguenza, muoiono prima dell’arrivo dei soccorsi umani.

L’inquinante in questione determina danni importanti nei mammiferi marini con infiammazioni cutanee, lesioni agli occhi e lesioni cerebrali, oltre ad attaccarsi alla pelliccia riducendo la capacità di questi animali di isolarsi dall’acqua fredda, portandoli alla morte per ipotermia.

Come avviene la biodegradazione del petrolio?

Le misure per contenere l’effetto di questi incidenti sono molteplici. Dall’uso di strumenti galleggianti muniti di pompe per aspirare la macchia di petrolio si passa all’impiego di prodotti chimici che vanno a sgretolare il petrolio o addirittura al metodo estremo dell’incendio del petrolio. Infine, gli ultimi studi di risanamento ambientale hanno portato alla scoperta di un gruppo di batteri marini, i batteri idrocarburoclastici (o BIC), che riducono naturalmente la contaminazione da petrolio degli ambienti marini. L’efficacia di questo procedimento dipende da molti fattori, fra cui la dimensione delle gocce di petrolio.

Nel lavoro “Immiscible Rayleigh-Taylor turbulence: Implications for bacterial degradation in oil spills”, pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), un team di ricerca internazionale, del quale fa parte il Prof. Guido Boffetta del Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino, ha studiato come la turbolenza di fluidi immiscibili può favorire la formazione di gocce sempre più piccole, accelerando la biodegradazione da parte dei batteri.

Una stratificazione di densità instabile tra due fluidi si mescola in maniera naturale sotto l’effetto della gravità, questo fenomeno è chiamato turbolenza di Rayleigh-Taylor (RT). Se i due fluidi sono immiscibili la tensione superficiale impedisce la miscelazione. La turbolenza grazie alla competizione tra l’energia cinetica crescente e la densità di energia superficiale frammenta un fluido nell’altro, generando un’emulsione che impatta sulla dimensione delle gocce facendola diminuire nel tempo, aumenta così la superficie di interfaccia e favorisce l’efficienza dei processi di biodegradazione delle oil spills da parte dei batteri.

“Anche se la prima teoria fenomenologica che descrive questo processo di miscelamento è stata derivata molti anni fa, è rimasta sfuggente alla verifica numerica e sperimentale, ostacolando la nostra capacità di prevedere in modo preciso la dinamica in applicazioni come gli sversamenti in acque profonde. Qui forniamo la prima verifica sperimentale e numerica della teoria della turbolenza immiscibile RT, svelando le proprietà dello stato turbolento che si origina all’interfaccia olio-acqua”, asserisce il prof. Boffetta.

Ad ogni modo, oltre a cercare di evitare questi incidenti petroliferi, a seguito di uno sversamento è necessario eseguire un monitoraggio regolare dell’area interessata con navi, aerei e immagini satellitari che consentono di identificare eventuali chiazze di petrolio su aree anche molto estese.