Oil in the Sea IV: Quick Guide for Practitioners and Researchers: Spanish Version (2025)
Chapter: Destinos: ¿a dónde va el petróleo?
Destinos: ¿a dónde va el petróleo?
Cuando el petróleo se derrama en el océano, una serie de procesos físicos, químicos y biológicos determinan su destino. Debido a que muchos componentes del petróleo no se mezclan con el agua de mar y son más ligeros que esta, los derrames de petróleo forman manchas en la superficie y gotas (o burbujas en el caso del gas natural) en la columna de agua del océano. El petróleo puede hundirse al fondo al adherirse a partículas más pesadas. Las interacciones entre el petróleo y el agua de mar, los organismos marinos y la atmósfera modifican la composición y las propiedades físicas del petróleo y comienzan a descomponerlo. Dado que estos procesos modifican la composición química del petróleo, sus propiedades físicas también pueden cambiar, lo que altera su destino medioambiental. Los principales procesos se enumeran en la tabla 2 y se muestran en la figura 12.
FUENTE DE LA IMAGEN: Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.
TABLA 2 Procesos principales que afectan el destino del petróleo
| Proceso | Definició | Condiciones propicias |
|---|---|---|
| Propagación en el agua | Movimiento del petróleo en la superficie del mar que crea charcos delgados y flotantes de manchas y brillos. | Los petróleos de baja viscosidad se dispersan más rápidamente que los de alta viscosidad. |
| Dispersión | Incorporación del petróleo derramado al agua de mar. | La concentración de petróleo disminuye a medida que este se mezcla con el agua de mar, y el grado de mezcla se ve influenciado por la turbulencia y las corrientes oceánicas. |
| Aerosolización | Transferencia de petróleo líquido del mar a la superficie y a la atmósfera mediante la formación de partículas. | Viento, olas y formación de capas blancas. |
| Emulsificació | Formación de una mezcla compuesta por pequeñas gotas de petróleo y agua. | Cantidad de petróleo en la superficie del mar, acción del viento y las olas (turbulencia) y uso de dispersantes. |
| Evaporación | Transferencia de la mancha o sustancias más volátiles de la mancha de petróleo al aire por vaporización. | Mayor superficie del petróleo expuesta al aire, alta proporción de compuestos volátiles en el petróleo, temperaturas cálidas, acción del viento y las olas (turbulencia). |
| Degradación microbiana | Metabolismo y degradación de compuestos orgánicos en el petróleo por microorganismos como bacterias. | Presencia de nutrientes, como nitrógeno y fósforo, y de una amplia gama de microorganismos. |
| Proceso | Definició | Condiciones propicias |
|---|---|---|
| Disolución | Transferencia de compuestos solubles en agua del petróleo al agua circundante. | Alta proporción de compuestos solubles en agua en el petróleo derramado, turbulencia y gran área interfacial entre el fluido de petróleo y el agua. |
| Fotooxidación | Reacciones químicas que ocurren en el petróleo en fase líquida y el petróleo meteorizado como resultado de la luz solar en presencia de oxígeno. | Petróleo en la superficie del agua, en la zona fótica y en costas y playas; luz solar; formación de radicales libres que, a su vez, reaccionan con el oxígeno para producir especies reactivas de oxígeno. |
FUENTE: Imagen cortesía del Instituto Estadounidense del Petróleo, producida por Iron Octopus Productions, Inc.
Avances recientes en la comprensión del destino del petróleo
Desde la publicación de Petróleo en el mar, III edición por el Consejo Nacional de Investigación en 2003, los siguientes avances tecnológicos importantes han mejorado nuestra capacidad de controlar y predecir el destino del petróleo derramado en el océano.
LA FOTOOXIDACIÓN COMO FACTOR IMPORTANTE EN EL DESTINO DEL PETRÓLEO
En las dos décadas pasadas, se ha producido un cambio de paradigma en la comprensión de la importancia de las reacciones fotoquímicas, es decir, cambios químicos en el petróleo causados por la luz solar, en el destino del petróleo derramado. Las observaciones y los experimentos realizados durante el derrame de petróleo de DWH, la disponibilidad de nuevos y sofisticados métodos químicos para analizar los productos de la reacción de fotooxidación y la combinación de los nuevos conocimientos resultantes con la investigación previa a 2003 han generado nuevos conocimientos que apuntan a la función de la fotooxidación en las primeras etapas de la meteorización y la descomposición de las manchas en el agua. También se ha demostrado que la fotooxidación afecta la arena y las rocas que recubren el petróleo en las costas y la vegetación de las marismas. Estos hallazgos han generado nuevas preguntas sobre la cantidad, la identidad, el destino y la toxicidad de los productos de la reacción de fotooxidación.
LA FUNCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS ÓMICAS EN EL ESTUDIO DE LAS COMUNIDADES MICROBIANAS EN EL MAR
Los avances revolucionarios en la secuenciación de ADN de alto rendimiento, el software bioinformático y las bases de datos de secuencias (denominados colectivamente tecnologías ómicas) han mejorado la capacidad de detectar y analizar las comunidades microbianas, que incluyen aquellas que afectan el destino del petróleo en el océano.
Las tecnologías ómicas se utilizaron ampliamente durante y después del incidente de DWH, lo que condujo a numerosos descubrimientos importantes, como la identificación de nuevas bacterias que degradan el petróleo, las vías metabólicas microbianas y una mayor comprensión de las comunidades microbianas y sus posibles cambios después de la entrada de petróleo.
El método clásico para identificar y enumerar microbios consiste en recolectar muestras y cultivar especies individuales en medios artificiales como clones, es decir, colonias en placas de agar. Este es un procedimiento lento, laborioso y altamente sesgado, que aísla menos del 1 % del total de microbios en una muestra (solo aquellos capaces de crecer en medios de laboratorio en cultivo puro). Con las técnicas ómicas, se puede estudiar la identidad y la actividad microbianas sin necesidad de cultivar organismos ni separarlos de sus comunidades vecinas. La velocidad también es un factor: con métodos de secuenciación de alto rendimiento y, recientemente, secuenciadores de ADN portátiles miniaturizados, los análisis que antes requerían el transporte de muestras, una importante infraestructura de laboratorio y días o semanas de adquisición de datos, ahora pueden realizarse en horas y utilizarse para el estudio casi en tiempo real de la estructura y la actividad de la comunidad (consulte el recuadro 4). Esto permite estudios temporales y espaciales repetidos de entornos dinámicos con replicación estadística.
INFORMACIÓN NUEVA SOBRE LAS COMUNIDADES MICROBIANAS INVOLUCRADAS EN LA BIODEGRADACIÓN DEL PETRÓLEO
Ciertos microbios ubicuos, en particular las bacterias, pueden biodegradar compuestos del petróleo, utilizándolos como sustratos de alta energía para su crecimiento (consulte el recuadro 5). Las comunidades microbianas han sido denominadas “primeros equipos de respuesta” ante los derrames de petróleo y, en condiciones adecuadas, pueden comenzar a degradar el petróleo en cuestión de horas o días. También pueden servir como “últimos equipos de respuesta”, al continuar biodegradando los componentes del petróleo que quedan después de que otros procesos naturales terminan y la intervención humana concluye.
Las muestras tomadas de la columna de petróleo dispersa en profundidad del derrame de DWH revelaron la magnitud de la biodegradación del petróleo en aguas frías y profundas del océano. La microbiota natural del golfo fue capaz de biodegradar de manera significativa varios componentes del petróleo en condiciones de baja temperatura y alta presión y llevó a cabo la degradación mucho más rápido de lo que se creía posible.
Información sobre el destino del petróleo proporcionada por el derrame de petróleo de la plataforma Deepwater Horizon
Antes de 2010, la mayoría de las observaciones de derrames de petróleo se centraban en el destino del petróleo derramado en la superficie del mar. Sin embargo, el derrame de petróleo de DWH ocurrió en aguas profundas, lo que destacó muchos comportamientos y destinos del petróleo en la columna de agua oceánica. A continuación, se presenta una información extraída de ese derrame.
IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS DE FOTOOXIDACIÓN EN EL DESTINO DEL PETRÓLEO
Experimentos de laboratorio, muestreo y análisis de campo, observaciones de campo y modelado demostraron que, durante y después del derrame de petróleo de DWH, la fotooxidación de los compuestos de petróleo en la mancha superficial convirtió muchos compuestos en productos de reacción y representó un destino cuantitativo significativo para estos compuestos. Los productos de reacción pueden sufrir una mayor degradación por procesos microbianos u otros procesos biológicos, aunque esto aún no se ha determinado.
LA FÍSICA DEL “PETRÓLEO MUERTO” FRENTE AL “PETRÓLEO VIVO”
El petróleo liberado por el derrame de DWH estaba caliente y sometido a la alta presión de las profundidades marinas. Esto provocó que una gran fracción de los componentes normalmente gaseosos se disolviera en el petróleo líquido, por lo
que la mezcla resultante de petróleo y gas a alta presión se considera “petróleo vivo”. Asimismo, el “petróleo muerto” se refiere al petróleo líquido que ha liberado suficientes gases disueltos como para estar en equilibrio en condiciones estándar. Se han realizado importantes investigaciones en un amplio rango de temperaturas y presiones para comprender las interacciones del petróleo y el gas vivos con el mar. Los métodos para conectar las ecuaciones de estado con las propiedades del petróleo analizadas y los modelos que describen la rotura de burbujas y gotas han evolucionado en gran medida y se han utilizado datos de laboratorio para calibrar y validar estos nuevos modelos.
LOS EFECTOS DE LA SSDI
Además de utilizarse para disolver derrames de petróleo en la superficie, los dispersantes químicos también pueden emplearse en derrames submarinos para generar gotas de petróleo más pequeñas que puedan dispersarse en la columna de agua. Este método de aplicación de dispersantes a derrames submarinos —por lo general, cerca de la fuente de liberación— se conoce como inyección submarina de dispersantes (subsea dispersant injection, SSDI). Al reducir la tensión interfacial del petróleo liberado y el tamaño de las gotas, la SSDI ayuda a disipar los hidrocarburos disueltos en las profundidades marinas, lo que reduce la cantidad de compuestos volátiles que llegan a la superficie del mar y a la atmósfera. Falta demostrar la eficacia de la SSDI mediante investigaciones de laboratorio y ejercicios de modelado en diferentes condiciones de presión del pozo, profundidad, tipo de mezcla de gas y petróleo, tipo y régimen de dosificación del dispersante y condiciones oceanográficas físicas.
NUEVOS MODELOS PARA EL TAMAÑO DE LAS BURBUJAS Y LAS GOTAS
Un parámetro clave que controla el comportamiento del petróleo en el mar es el tamaño de las burbujas y las gotas. Los experimentos y los análisis posteriores al derrame de DWH han generado modelos predictivos del tamaño de las gotas en diversas condiciones de derrame, que incluyen el modelado de los efectos de los dispersantes.
IMPORTANCIA DE LOS AGREGADOS DE PETRÓLEO Y MINERALES EN LA INMERSIÓN Y EL HUNDIMIENTO DEL PETRÓLEO DEL POZO MACONDO 252 DEL DERRAME DE DWH
Si bien la función de las interacciones entre el petróleo y las partículas en la inmersión del petróleo se conoce desde hace décadas, los petróleos ligeros
se han considerado no hundibles. La presencia de altas concentraciones de partículas de arena en suspensión en la zona costera del golfo de México y su interacción con el petróleo meteorizado del pozo Macondo provocó que una proporción significativa del petróleo se sedimentara en el fondo marino en las aguas costeras poco profundas. Esto ilustró la importancia de los agregados de petróleo y minerales en la determinación del destino del petróleo.
LA FUNCIÓN DE LA NIEVE MARINA EN EL TRANSPORTE DEL PETRÓLEO DERRAMADO AL FONDO MARINO
La nieve marina es un fenómeno natural común en el mar y se produce cuando una lluvia de material orgánico —que incluye animales y plantas muertas, hollín y polvo— cae desde las capas superiores de las aguas a las profundidades marinas (consulte la figura 13). Cuando la nieve marina se mezcla con el petróleo, puede
NOTA: Las EPS adsorben y dispersan el petróleo, mejorando así su solubilidad y biodisponibilidad, proporcionan una estructura física para que los microbios se agrupen y degraden el petróleo de manera eficiente y at apan la materia coloidal y las partículas.
FUENTE: Quigg, A., U. Passow, W. C. Chin, C. Xu, S. Doyle, L. Bretherton, M. Kamalanathan, A. K. Williams, J. B. Sylvan y Z. V. Finkel. 2016. The role of microbial exopolymers in determining the fate of oil and chemical dispersants in the ocean. Limnology and Oceanography Letters 1(1):3–26. CC BY.
crear un sedimento llamado nieve marina de petróleo. Durante y poco después del derrame de DWH, se formó de manera rápida una cantidad inesperadamente grande de nieve marina de petróleo en las aguas superficiales contaminadas con petróleo del golfo de México, lo que tuvo una función fundamental en el destino del petróleo derramado y su transporte al fondo marino. La formación de la nieve marina de petróleo y su posterior sedimentación y acumulación de floculante (marine oil snow sedimentation and flocculent accumulation, MOSSFA) fue el primer evento significativo documentado de este tipo. Este proceso podría tener implicaciones para los derrames de petróleo tanto superficiales como subterráneos en otros lugares, ya que antes no se había considerado un destino significativo para el petróleo. Su importancia global y la función de la inyección de dispersantes subterráneos en MOSSFA aún no se han cuantificado
Brechas en la investigación: destino del petróleo en el mar
Si bien se han logrado avances significativos en muchos temas importantes relacionados con el destino del petróleo en el mar, persisten importantes brechas en la investigación.
CÓMO ESCALAR MODELOS PARA PREDECIR EL TAMAÑO DE BURBUJAS Y GOTAS EN EVENTOS EN EL CAMPO
Gracias a las nuevas instalaciones y métodos de laboratorio, se han logrado avances significativos en la medición de las distribuciones del tamaño de las gotas en la rotura del chorro y la dispersión del petróleo flotante, y estos datos se han utilizado para desarrollar y probar modelos de distribución del tamaño de las gotas de petróleo. Sin embargo, estos datos se generaron en experimentos de laboratorio a escala reducida, lo que impide recrear con precisión todos los parámetros de los derrames de petróleo en el campo. Por lo tanto, aún se necesitan datos de campo sobre la rotura y dispersión de petróleo y gas.
COMPLEJIDADES DE LAS REACCIONES FOTOQUÍMICAS Y FUNCIÓN DE LA ADICIÓN DE DISPERSANTES
Con la renovada apreciación de la fotooxidación como un proceso significativo que afecta la química del petróleo, se necesita más investigación para centrarse en las interacciones de los productos fotoquímicos con las propiedades físicas y químicas del petróleo, su comportamiento en la columna de agua y en las costas (p. ej., emulsificación y adherencia a superficies minerales) y su efecto en la biodegradación.
MECANISMOS DE LA BIODEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE HIDROCARBUROS
La biodegradación aeróbica de los componentes del petróleo se ha estudiado exhaustivamente durante décadas, pero el alcance y la cinética de la biodegradación anaeróbica de hidrocarburos, pertinentes para los sedimentos del fondo marino y estuarinos, así como para los sedimentos costeros de grano fino, son menos conocidos.
CÓMO SE FORMA LA NIEVE MARINA DE PETRÓLEO Y SU IMPACTO EN EL MEDIOAMBIENTE
Las observaciones revelaron que parte de la respuesta biológica natural al derrame de petróleo de DWH resultó en la formación de grandes cantidades de nieve marina de petróleo asociada al petróleo en toda el agua. Sin embargo, los mecanismos que controlan la formación de nieve marina de petróleo y su impacto sobre el medioambiente siguen siendo en gran medida desconocidos.
COMPORTAMIENTO Y DESTINO DE LOS PETRÓLEOS NUEVOS O NO CONVENCIONALES
Se prevé que dos clases de petróleos no convencionales se transporten por buque en volúmenes cada vez mayores durante la próxima década: productos bituminosos diluidos (diluted bitumen, dilbit) y combustibles con bajo contenido de azufre (low sulfur fuel oil, LSFO) y con muy bajo contenido de azufre (VLSFO). Si bien se han realizado algunas investigaciones sobre el potencial de inmersión y hundimiento del dilbit en diversos entornos, aún no se ha producido un derrame marino importante de esta mezcla de dos componentes, y el destino del diluyente frente al dilbit meteorizado justifica una mayor experimentación a cielo abierto a gran escala para comprender mejor su posible comportamiento y destino.
TRANSFORMACIÓN DE NUEVOS CONOCIMIENTOS EN ALGORITMOS QUE PUEDAN MEJORAR LOS MODELOS DE DESTINO Y TRAYECTORIA DE LOS DERRAMES DE PETRÓLEO
A medida que mejora la comprensión del destino y el transporte del petróleo en el mar, los investigadores deberán convertir los nuevos conocimientos en algoritmos operativos para el modelado del destino y la trayectoria del petróleo, lo cual incluirá el desarrollo de nuevos algoritmos de modelado, la incorporación de estos nuevos algoritmos a los modelos y la validación de sus predicciones, idealmente mediante mediciones en el sitio.
