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Los derrames de petróleo en el ambiente marino


Alfonso V. Botello, Susana Villanueva F. y Leonardo García Hernández

 

Introducción

 

El problema de la contaminación por petróleo en los ambientes marino y estuarino ha recibido gran atención en los últimos años y sobre todo en los aspectos del destino y los efectos tóxicos del petróleo derramado. Hay certeza de que la incidencia de los derrames resultantes del transporte marino y terrestre, de los accidentes de tanqueros, de las operaciones de exploración y explotación y de las actividades asociadas, se incrementarán en los años por venir en tanto la demanda de petróleo como el principal recurso energético del planeta siga en aumento.

Tomando en cuenta que el petróleo es una compleja mezcla de cientos de componentes orgánicos (hidrocarburos) y otros de tipo inorgánico (metales y azufre, tabla 1), el destino de un derrame en el mar estará determinado por la acción de procesos físicos, químicos y biológicos complejos e interrelacionados como son: la acción del viento y las mareas, la corriente litoral, la intensidad luminosa, la dispersión, la evaporación, la disolución, la degradación física y microbiana, la emulsificación, la sedimentación y el enterramiento (figura.1).

Se consideran como los más importantes derrames petroleros marinos a los ocurridos en las costas de Bretaña, Francia (1975), el Exxon-Valdez en el estrecho Príncipe Guillermo de las costas de Alaska (1989), el del Pozo Ixtoc-I en la Bahía de Campeche, México (1981) y muy recientemente el de las costas de La Coruña, España (2003). A partir de ellos ha emanado una importante información científica sobre su comportamiento y sus efectos en el medio marino sobre los recursos pesqueros.

 

Figura 1. Principales procesos de transformación del crudo derramado en el mar

cap10_img01

Tabla 1.- Concentrado de azufre y vanadio en crudos y combustóleos mexicanos.

 

Azufre (90 en peso)

Vanadio (partes por millón)

Crudo  Istmo

103

65

Crudo Maya
Combustóleo (25% Maya)

3.2
3.1

300
328

Combustóleo (50% Maya)

4.1

435

 

Dispersión

 

La dispersión del petróleo derramado en el mar es uno los procesos más significativos durante las primeras 6 a 10 horas después del derrame, ya que de este factor depende el grosor de la mancha de petróleo y su formación de emulsiones con el agua de mar. Las principales fuerzas que influyen en la dispersión lateral del petróleo son la gravedad específica del petróleo, la tensión superficial, las fuerzas de inercia y las fuerzas de fricción.

Entre mayor sea el área de dispersión de petróleo, más rápida es su degradación, y además se originan cambios importantes en su composición original. En un tiempo muy corto, de varias horas, cerca del 90% de los hidrocarburos más ligeros que el n-C10 son removidos por evaporación y disolución, lo cual permite un importante decremento en el grosor de la mancha y un incremento en su viscosidad y gravedad específica. La temperatura del agua también es un factor importante en la dispersión del petróleo, sobre todo en las áreas tropicales en las que, en promedio, la temperatura ambiente es mayor a los 28 ° C.

De manera general, el petróleo comienza a dispersarse inmediatamente después de que ocurre el derrame y este factor es muy significativo en las primeras 10 horas posteriores al mismo. Una vez dispersado comienza a fraccionarse en pequeñas partículas que se mantienen en la columna de agua por un tiempo determinado, dependiendo de su viscosidad y tamaño, siendo transportadas por las corrientes y los vientos hasta su total dispersión. Se calcula que 100 horas después del derrame la dispersión alcanza su máximo nivel y distribuye al petróleo a partir del centro de su masa.

La dispersión origina una emulsión de petróleo en agua conteniendo pequeñas partículas o glóbulos de petróleo de aproximadamente 0.5 micrómetros. Estas partículas se mantienen flotando en la columna de agua por agitación continua de la columna de agua, la cual es generada por la alta turbulencia de las aguas costeras.

 

Evaporación

 

La evaporación y la disolución son dos de los más importantes factores físicos que afectan la degradación y el intemperismo del petróleo después de que se ha derramado. La evaporación remueve la mayoría de los componentes volátiles de bajo peso molecular (nC9-C14), ya que en general el pentadecano ( n-C15) es el alcano más común en los petróleos derramados. En pruebas de laboratorio conducidas en muestras de petróleo del derrame del barco Ekofisk Bravo, en Noruega, se comprobó que más del 60 % de los componentes originales se perdió por evaporación a los 9 días. En otro estudio sobre el intemperismo de muestras de crudo colectadas después del derrame del Amoco Cadiz, Calder (1979) señaló que la evaporación fue el factor más importante para el intemperismo de todos los componentes de bajo peso molecular, incluyendo hidrocarburos alifáticos, aromáticos y algunos hetreoaromáticos como el benzotiofeno.

La tasa de evaporación para hidrocarburos específicos está en función de su presión de vapor, la cual es inversamente proporcional a su peso molecular. Así, los componentes del petróleo con pesos moleculares mayores al n-C15 se evaporan en períodos de tiempo muy largos y, por lo tanto, los componentes con presión de vapor mayor que el n-C8 no persisten en un derrame, en tanto que aquellos con una presión de vapor menor que el n-C18 no se evaporan muy fácilmente bajo condiciones normales.

 

Foto oxidación

 

En presencia del oxígeno, la luz solar (radiación) posee suficiente energía para transformar a una gran cantidad de componentes del petróleo y; este mecanismo se describe como una reacción autocatalítica, que da como resultado la formación de compuestos hidroxilados, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. Se pueden formar intermediarios de alto peso molecular vía radicales libres (polimerización) o por reacciones de condensación de los aldehídos y cetonas. La radiación solar puede causar también copolimerización por medio de la oxidación térmica.

 

Disolución

 

Las tasas de disolución de los componentes del petróleo dependen de interacciones entre las propiedades inherentes al petróleo (estructura molecular, tipo y abundancia de componentes) y de las propiedades físico-químicas del ambiente (salinidad, temperatura). Además la desaparición de las manchas de petróleo también depende de las interacciones entre la evaporación y los procesos de disolución.

Muchos estudios han provisto información para definir a la solubilidad como una función de la estructura molecular. Las principales determinantes de la solubilidad de los petróleos incluyen al volumen molecular y la presencia de grupos activos como anillos aromáticos y ligaduras olefínicas. Así, la solubilidad es inversamente proporcional al volumen molar, el cual, a su vez, es una función linear del número de átomos de carbono.

 

Los hidrocarburos en el mar

 

La contaminación marina por petróleo y sus derivados es un problema de gran importancia ambiental en nuestros días y sobre todo en las costas del Golfo de México.

Las descargas y el lavado de los buques-tanque son en la actualidad la mayor fuente de contaminación por petróleo en las costas, y se presentan en elevadas concentraciones de breas y alquitranes tanto en el Golfo de México como en el Caribe mexicano.

En la actualidad, aproximadamente 5,000,000 de barriles son transportados diariamente a través del área del Gran Caribe y de estos, casi 3,000,000 son movilizados en el área del Golfo de México, lo cual genera un intensivo tránsito de buques-tanque en nuestras costas. Cabe mencionar que la producción de hidrocarburos fósiles en México ha sido ascendente desde 1975, hasta llegar a un nivel de 3, 000,000 de barriles por día, lo cual hace elocuente el alto riesgo asociado a las intensas actividades de extracción y manejo del producto, que se presenta cuando no se toman medidas preventivas necesarias y se llega a afectar el ambiente marino.

Los grandes derrames o accidentes petroleros ocurridos en zonas templadas y frías han sido bien estudiados y documentados, demostrándose sus efectos nocivos a corto plazo sobre las comunidades marinas. Sin embargo, en zonas tropicales y subtropicales no existe suficiente información disponible sobre este tipo de problemas, lo cual dificulta hacer una evaluación correcta del efecto sobre el ecosistema.

 

Los siniestros marinos

 

La región petrolera de la sonda de Campeche, así como otras zonas petroleras del mundo están expuestas de alguna manera a contingencias marinas, como el descontrol de un pozo, fugas en un oleoducto o gasoducto, derrames por colisión o desperfecto en algún buque tanque, o fugas de petróleo en las monoboyas marinas de carga. La mayor contingencia registrada en la sonda de Campeche fue el descontrol del pozo exploratorio Ixtoc 1 a 94 km al noreste de Ciudad del Carmen, Campeche, a 7 meses de estar en perforación, con un tirante de agua de 52 m. El 3 de junio de 1979, cuando la perforación había llegado a 3,627 m, el pozo quedó fuera de control, y se presentaron fugas de gas y aceite que provocaron el incendio y colapso de la plataforma.

Como consecuencia de ello se suscitó el derrame de hidrocarburos fósiles más grande registrado hasta esa fecha en el medio marino; tuvo una duración de 281 días, del 3 de junio de 1979 al 9 de marzo de 1980. Petroleos Mexicanos estimó que durante ese período fluyeron 3,100,000 barriles de los cuales 1,800,000 fueron quemados y evaporados, 105,000 fueron recuperados mecánicamente cerca del sitio del derrame y 170,000 de la superficie del mar. Otros 170,000 barriles se recuperaron por la campaña de recolección en playas y costas. Finalmente, 1,023,000 barriles quedaron a la deriva, y su destino final fue la sedimentación al ser arrastrados por las corrientes marinas dominantes.

La presencia de hidrocarburos fósiles en el medio marino ya es evidente; y no es difícil encontrar breas y alquitranes flotando en las capas superficiales del mar y en playas aún lejanas de los sitios de exploración y explotación, como las del Caribe mexicano.

La contaminación de petróleo plantea problemas analíticos que impiden determinar los niveles actuales de hidrocarburos fósiles en las aguas y en los organismos marinos. Esto se debe a que el petróleo contiene miles de componentes que varían en cuanto a su composición y su estructura.

La National Academy of Sciences de Estados Unidos (1975) indica que de un total de 6.2 millones de toneladas de petróleo crudo que se introducen al océano anualmente, la mayor cantidad (aproximadamente 202 millones de toneladas) es aportada por el transporte marítimo, y señalan que 28% del total de petróleo depositado en el océano tiene como destino final las zonas costeras (tabla 2).

Las principales fuentes de hidrocarburos fósiles en el océano y en las zonas costeras son las siguientes: hidrocarburos generados por actividades humanas, hidrocarburos biogénicos naturales producidos por organismos marinos, e hidrocarburos que fluyen por el fondo oceánico.

 

Tabla 2.- Estimaciones recientes de hidrocarburos del petróleo en el medio marino
(Millones de toneladas por año)

Fuentes

Océano
costero

Océano
abierto

Océanos costeros y abiertos

Porcentaje
%

Filtraciones naturales

0.6

-

-

9.8

Producción en alta mar

0.08

-

-

1.3

Transportación, operación de buques

0.6

1.25

1.85

30.3

Operación en puertos

0.003

-

0.003

4.9

Aporte de ríos

1.6

-

1.6

26.2

Aporte atmosférico

0.06

0.54

0.6

9.8

Áreas urbanas e industriales

 

 

 

 

Desechos urbanos

0.3

-

0.3

4.9

Acarreo

0.3

-

0.3

4.9

Desechos industriales

0.3

-

0.3

4.9

Refinerías

0.2

-

0.2

3.3

Total

4.2

1.9

6.1

100%

Fuente: National Academy of Sciences (1975).

 

El plancton dispersa y consume los componentes del petróleo que se encuentran en el mar y en las costas. De esta manera los componentes pasan a formar parte de las cadenas alimenticias, de los organismos bentónicos que los bioacumulan o de los sedimentos marinos en los que permanecen por un período largo, ya que allí los procesos de degradación y de transformación son muy lentos. Una vez que se han dispersado, el petróleo y sus derivados producen efectos nocivos en los organismos marinos sobre todo si el tiempo de exposición es largo y la concentración alta. Por ejemplo, las concentraciones inferiores a 0.1 ppm inhiben la fotosíntesis y retardan la división celular y el crecimiento del plancton y las concentraciones mayores a 1 ppm ocasionan la muerte de gran cantidad de especies planctónicas y de las larvas y huevecillos de peces que flotan junto con el plancton.

Los organismos bentónicos y principalmente los bivalvos (ostiones y mejillones), que filtran su alimento, reciben los componentes del petróleo a través de pequeñas partículas que se adhieren a sus tejidos. Esto les da un sabor y un olor a petróleo y, por lo tanto afecta su calidad comercial. Además dichas partículas pueden obstruir su sistema respiratorio y por ende matarlos.

En peces adultos el petróleo parece tener efectos de tipo mecánico más que biológico, porque suele cubrir sus branquias e impedir el intercambio gaseoso lo que acaba por matarlos.

El grado de toxicidad de estos contaminantes varía según la especie de que se trate, pero por lo general las concentraciones de 0.5 a 10 ppm dañan los sentidos, alteran la quimiorrecepción y destruyen las células del epitelio bronquial. El petróleo daña también la vegetación marina, ya que en concentraciones de 10 a 100 ppm inhibe la fotosíntesis. Esto es muy grave pues los vegetales desempeñan un papel fundamental en la producción primaria, que es la base de la economía energética de los ecosistemas costeros y marinos al igual que de los terrestres.

 

Discusión

 

A pesar de la vasta información publicada con referencia a los derrames petroleros, aún hay campos de investigación que requieren atención por parte de las universidades, institutos tecnológicos, agencias gubernamentales y legisladores, para comprender de manera correcta los impactos y los efectos de estos desastres sobre los ecosistemas en donde ocurren.

Es necesario incrementar los estudios de laboratorio para evaluar correctamente los cambios químicos que ocurren en el petróleo, su degradación, y las alteraciones que ocurren por medio de factores bióticos y abióticos durante y después del derrame.

Parece indudable que la evaporación es el proceso principal para la remoción y pérdida de los compuestos más volátiles cuando ocurre un derrame y su efecto es mayor en las zonas tropicales. Es necesario realizar mediciones sobre muestras de aire para documentar el tipo de hidrocarburos con mayor facilidad para evaporarse. Hasta hoy, la literatura sobre concentraciones de hidrocarburos en muestras atmosféricas durante un derrame es muy pobre.

Es vital incrementar los estudios y pruebas de toxicidad de los derrames petroleros sobre las comunidades marinas y estuarinas y, sobre todo, en los estadios larvarios y postlarvarios, ya que son los más afectados por la toxicidad del petróleo.

Se necesita fortalecer la investigación en aquellas áreas que son más susceptibles a derrames como son las áreas costeras y estuarinas, y desarrollar las capacidades técnicas y humanas necesarias para este propósito. De igual manera, es necesario más trabajo de investigación para determinar si los residuos del petróleo derramado son aislados, redistribuidos o degradados una vez que son introducidos a los sedimentos.

 

Bibliografía

 

Calder, J., 1979. Weathering effects on chemical composition of the Amoco Cadiz oil Spill. Ann. Meeting of the American Association for the Advancement of Science. Houston, Texas. EUA.

National Academy of Sciences. 1975. Petroleum in the marine environment. Wa-shington, EUA.

 

 

 

Periférico 5000, Col. Insurgentes Cuicuilco, C.P. 04530, Delegación Coyoacán, México D.F.
Última Actualización: 15/11/2007