I en detaljerad bedömning av oljeutsläppet Deepwater Horizon har forskare ledda av ett team från Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) fastställt att den utblåsta Macondo-brunnen spydde ut olja med en hastighet av cirka 57 000 fat en dag, tot alt nästan 5 miljoner fat olja som släpptes ut från brunnen mellan den 20 april och den 15 juli 2010, när läckan var täckt. Dessutom släppte brunnen ut cirka 100 miljoner standardkubikfot per dag av naturgas.
Resultaten - publicerade i september5, 2011 onlineutgåva av Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) - är i linje med den federala regeringens officiella uppskattningar, men lika viktigt validerar de innovativa mättekniker som teamet använde. Noggrannheten i mätningarna var avgörande eftersom "I slutändan beror oljans påverkan på miljön främst på den totala volymen olja som frigörs", enligt en rapport från Flow Rate Technical Group (FRTG), en samling forskarlag anklagas för att använda olika metoder för att generera en exakt uppskattning av mängden olja som släpps ut i viken.
Den nya studien representerar en heltäckande titt på data och resultat från flödesundersökningarna, med fokus på kvaliteten och noggrannheten av undertrycksmätningarna under förra sommaren. "Det ger en rigorös bedömning av den statistiska och systematiska osäkerheten i våra tidigare fynd", säger WHOI-forskaren Richard Camilli, huvudförfattare till PNAS-tidningen.
Den 19 maj 2010, innan undersökningen av Deepwater Horizon-läckan påbörjades, vittnade Camilli för kongressen att denna föreslagna akustiska mätteknik skulle kunna kvantifiera flödeshastigheten till "en faktor två". Det WHOI-ledda teamet hittade bara 17 % osäkerhet, eller fel, förknippad med sin uppskattning.
Lade till Chris Reddy från WHOI, en annan medförfattare till studien, "Med tanke på allt de [WHOI-teamet] behövde göra under en så kort tidsram skulle jag vara ganska nöjd med alla osäkerhetsgrader under 20 procent."
Den låga osäkerhetsgraden berodde till stor del på teamets banbrytande mättekniker, utarbetade främst av Camilli och WHOI-kollegan Andrew Bowen. I slutet av maj 2010 installerade WHOI-teamet två akustiska instrument på ett fjärrstyrt fordon som heter Maxx3. Den första var en akustisk Doppler-strömprofilerare eller ADCP, som mäter dopplerförskjutningen i ljud, till exempel förändringen från en bils högre tonhöjd när den närmar sig en lägre tonhöjd när den rör sig bort.
"Vi riktade (ADCP) på strålen av olja och gas som kom ut, och baserat på frekvensförändringen i ekon som kom tillbaka från jetplanet kunde vi se hur snabbt den rörde sig, sa Camilli. Inom några minuter fick de mer än 85 000 dopplermätningar.
De använde också ett avbildande multibeam-ekolod, som fungerar enligt samma principer som medicinskt ultraljud. "Det ger dig motsvarigheten till svartvita bilder av tvärsnittet av flödet av olja och gas," sa Camilli. Detta gjorde det möjligt för forskarna att skilja olja och gas från havsvatten, sa Camilli.
"Genom att använda de akustiska teknikerna kunde vi samla in en enorm mängd data inom det begränsade tidsfönstret som var tillgängligt", sa Camilli. "Vi kunde se insidan av flödet och göra mätningar av hastigheterna. Med optiska system ser du bara utsidan. Det här var ungefär som röntgenseende."
De mer än 2 500 ekolodsbilderna av jetplanen gav teamet en detaljerad bild av jetplanens tvärsnittsområden. Att multiplicera dessa medelområden med deras medelhastigheter gav en korrekt uppskattning av hastigheten för olja och gas som frigjordes. Metoden kunde fånga upp det fulla flödet genom att direkt mäta flödet vid brunnens läckagekällor innan vätskorna kunde spridas, stod det i FRTG-rapporten.
Medan han arbetade på katastrofplatsen skapade Camilli en satellitlänk med ett team av forskare över hela landet för att noggrant analysera data. Med hjälp av datormodeller av turbulent jetflöde kom de fram till en uppskattning av hur snabbt vätskorna strömmade ut ur röret.
För att samla in och analysera själva brunnsvätskan använde WHOI en isobar gastät provtagare, eller IGT, en djuphavsanordning utvecklad av WHOI för att ta prov på hydrotermiska ventilationsvätskor. Ett orördt vätskeprov inifrån brunnen var avgörande för att förstå vilken del av flödet som var olja.
Analys av provet visade att Macondo-brunnsvätskan i massa innehöll 77 procent olja, 22 procent naturgas och mindre än en procent andra gaser. Med data om hur mycket av det som flydde kunde forskarna göra en preliminär beräkning av hur mycket olja som rann ut ur brunnen.
En exakt flödeshastighet gav ingenjörer en tydligare bild av vad som hände under ytan och en bättre chans att ta reda på hur man stoppar flödet, hur mycket dispergeringsmedel som ska appliceras för att förhindra att olja når ytan, och för att kartlägg strategier för att återta kontrollen över brunnen, samla upp oljan och begränsa miljöskadorna.
Av de nästan 5 miljoner fat tot alt släppt olja, uppskattningsvis återfångades uppskattningsvis 800 000 direkt från brunnen genom inneslutningsåtgärder och nådde aldrig miljön, enligt FRTG-rapporten.
Till skillnad från de flesta oljeutsläpp i havet, som inträffar vid eller nära ytan, inträffade det här nästan en mil djupt. Man hade inte vetat exakt hur petroleum som släpptes ut under det intensiva trycket och de kalla temperaturerna i djupet skulle bete sig kemiskt eller fysiskt, men många misstänkte att allt inte skulle ta sig upp till ytan. "Det fanns inga beprövade tekniker för att uppskatta flödet under sådana förhållanden", sade en FRTG-rapport daterad 11 mars 2011.
"Under det senaste decenniet har ultradjupa oljeplattformar gått från obefintliga till att representera cirka 1/3 av Mexikanska golfens oljeproduktion och planerna kräver ett växande antal sådana anläggningar", sa Camilli. "Samhället gynnas när industri, regering och akademi samarbetar för att förbättra bedömnings- och interventionskapaciteten" i den miljön. Den nya studien bekräftar "ett nytt verktyg i repertoaren" för att övervaka ultradjupvattenanläggningar, tillade han.
Reddy instämde. "Om det finns något guldkant" till Deepwater Horizon-utsläppet, sa han, "är det att teknikerna och utrustningen som utvecklats och används av [Camilli och Bowen] skulle kunna användas i framtiden" för att hjälpa till att övervaka och kontrollera eventuella problem med djup- vattenoljeanläggningar.
Andra WHOI-medlemmar i forskargruppen inkluderar Dana R. Yoerger, Jeffrey S. Seewald, Sean P. Silva, Judith Fenwick och Louis L. Whitcomb (även från Johns Hopkins University); tillsammans med Daniela Di Iorio från University of Georgia och Alexandra H. Techet från MIT.
Studien finansierades av den amerikanska kustbevakningen med ytterligare stöd från ett RAPID-anslag från National Science Foundation och WHOI Coastal Ocean Institute.
