油和水可以相溶?

日前,另类诺贝尔委员会将今年的化学奖授予了来自麻省理工学院的(MTT)埃里克·亚当斯博士、德克萨斯农工大学的斯科特·索格洛夫斯基博士,和打扮成《生化危机Iv》里红衣主教的夏威夷大学斯蒂芬·增谷博士,以及近来麻烦不断的英国石油公司(BP)。理由是,他们挑战了人们油水不相溶的旧观念:原来油和水是可以混合的!

　　这还要从10年前的一项研究说起。

　　10年前6月的一天,挪威海海面“远握号”科学考察船上聚集着一群科学家。他们密切关注着海底844米深处一个油井喷口的动静。在油井喷口,他们布置了包括水下机器人、回声声纳系统、水样采集系统、多普勒洋流仪、快艇和航空监测系统在内的天罗地网,等待即将发生的“漏油事故”。原来这是一个名为“深漏”的海底漏油试验。和墨西哥湾今年的惊天大漏油事故不同,挪威的海底试验是一次精心策划的观测。他们的目的包括:获取数据来验证和改进数学模型,测验紧急漏油事故中监测仪器的工作状况,评估海底漏油事件的环境影响。

　　试验一共进行了4次;第一次释放出氮气和染了色的海水(为了定量追踪流动海水的混合情况),这些海水在压力驱动下一共喷射了40分钟;其次,利于压缩天然气和船舶专用柴油进行喷射试验,一共持续了60分钟:接着,将原油和天然气喷射出去,一共进行了60分钟;最后,把天然气和海水一起喷射出去,喷发持续时间为120分钟。通过这些试验,研究人员不但发现油滴浮到海面的速度比先前预计的快了很多,而且从海面观测数据来计算,绝大部分漏油都失踪了!更令人意外的是,他们在查阅历次漏油事件报告后发现,几乎每次油污的去向都是一个谜。

　　在麻省理工学院的帕森斯实验室,埃里克和另一位获奖者——他曾经的博士生索格洛夫斯基博士以及研究小组的其他成员,利用胡迪尼水箱,从2000年开始进行了一系列的油滴、气泡射流实验,从而揭开了原油去向之谜。

　　原来,液体原油从喷口中喷出会形成细小的油滴,就像打开水龙头时自来水自动形成断了线的水珠一样飞入海洋。泄漏的速度越快,形成的液滴就越细小,液滴受到的浮力就越小。海洋里水流复杂,液滴流动带来的阻力远远超过浮力的话,液滴就很难像在静水中那样浮到水面。

　　另外,他们还发现另一个决定大部分漏油命运的现象。在海水中,海水密度会随着深度递增(温度随着深度递减而盐度随着深度递增),所以油滴在上升过程中受到的浮力就会逐渐减小。与此同时,油滴在海水中近乎随机的流动时会受到洋流的冲击。当浮力远小于洋流对油滴的冲击力时,油滴射流就会发生横向扩散。由于大多数漏油事故中,原油都伴随着天然气一起泄漏。喷射出来的天然气气泡比重非常小,不会理会这种横向扩散而继续上升。一些被气泡流裹挟的原油也会随之升腾,当引发的气泡、油水混合流被卷入周围低速的海水后,混合流的流速会急剧减弱,拜洋流所赐,二次横向扩散便会形成。有些气泡仍会继续上升,引发新一轮升腾的流动,再次带动油滴上浮,再次减弱,再次横向扩散……如此往复,形成三次乃至多次横向扩散。

　　由于海洋中遍布助纣为虐的横向洋流,这些横向扩散便非常强烈,从而裹挟了大部分喷射出来的原油。据估计,墨西哥湾漏油事件中,仅第一次横向扩散就包含了90%的原油。这大大增加了清理油污的难度。据估计,目前能飘浮到海面的石油只有总泄漏量的5%左右。人类一直在忙活的也就是收集这5%。而绝大部分的原油将永远漂浮在深海中,直到被自然降解或者吸附到海底泥沙中。

　　这些实验结果,对深海生态环境评估也有着重要意义。此外,说起这个作实验用的胡迪尼水箱还另有一段八卦。这个高约3米,横截面1.5米乘以1.5米的水箱竟然以魔术大师哈里·胡迪尼的名字命名。虽然,在麻省理工学院门口的哈佛桥(明明离MIT最近,竟然被哈佛强盗了名字)上,哈里·胡迪尼的确表演过成名的逃生魔术。但这位魔术师并未真的在这个水箱里死里逃生过,只是水箱的外形与哈里的“水牢”外观极其相似罢了。

　　这次获奖的2005年综述,对近10年来相关的一系列试验和国际研讨会在“深漏”试验基础上所作的各种数学模型进行了比较分析。

　　可以说,和其他另类诺贝尔奖获得者一样,这是一项很严肃的科学研究。但是,极具讽刺意味的是,这次研究不幸言中了堪称人类最大环境灾难的墨西哥湾漏油事故。身为“深漏”试验的主要参与者,主要的资助方英国石油公司(BP)并没有从这项具有前瞻性的研究中得到启示,并进行相关的事故应急准备。他们在灾难中行动缓慢,应变迟钝,饱受抨击。

　　从2010年4月20日,美国路易斯安那州沿海的“深水地平线”石油钻井平台发生突然爆炸到8月4日油井被最终封堵,据估计,有490万桶原油泄露到墨西哥湾,致使900多千米的海岸受到污染,并“油杀”了4000多只海鸟、700多只海龟,数十条海豚。这给当地的海洋和野生动物栖息地带来了灭顶之灾;当地捕鱼业和观光旅游业也遭遇了前所未有的重创。人类将耗费几十年甚至上百年的时间来挽救这里的生态环境。而在这些灾难面前,英国石油公司甚至不能立刻提供漏油的流量,有效的解决方案。对于漏油的环境污染,他们的评估也显得苍白无力。

　　随着墨西哥湾惊天大漏油事故告一段落,另类诺贝尔委员会借着授予英国石油公司另类诺奖的机会,给工业界乃至整个社会提出了这样的问题:科学研究的价值究竟何在?即使研究的前瞻性和实用性都如此贴近需求,为何工业界从中学习到的仍是那么有限呢?他们是不是仅仅把资助科学研究当作一种炫耀的手段,来糊弄环境评估呢?有没有一个社会压力或者公司机制来连接实验室、大学和工业界,从而监督和帮助被资助的科学研究实现其原本的目的?我想只有回答好这几个问题才能避免大学成为制造废纸的工厂。或许这也是另类诺奖委员会的良苦用心。

　　

　　[责任编辑]赵菲