Suplemento 2.15: Aspecto de los Hibrocarburos en la Superficie del Agua

En los tiempos en los que los instrumentos de teledetección aún no estaban disponibles para la vigilancia marítima, la inspección visual era el único medio para identificar contaminantes en el mar. En caso de descargas deliberadas de hidrocarburos y, lo que es aún más importante, tras descargas accidentales de grandes volúmenes de hidrocarburos, se estimaba mediante observación visual la cantidad de hidrocarburos y su distribución en la superficie del agua.

Como se menciona en la página 3 de este módulo, un derrame de petróleo fresco se esparce rápidamente sobre la superficie del agua. Debido a esto, las partes más gruesas de un derrame desaparecen en unas pocas horas, lo que hace que las operaciones de limpieza con buques de combate de petróleo sean muy ineficaces o incluso imposibles. Por lo tanto, es de suma importancia obtener información sobre la distribución del espesor del petróleo en el menor tiempo posible.

El Color del Agua en presencia de Aceite

La estimación visual del espesor del derrame proviene del color del petróleo que flota en la superficie del agua. Esta no es una tarea fácil: incluso en buenas condiciones de luz diurna, un experto en derrames de hidrocarburos a bordo de un barco de combate de hidrocarburos tiene una línea de visión muy limitada. Por ello, es bastante difícil observar las características de la superficie del mar a mucho más de cien metros de distancia. Esto es mucho más fácil cuando se vuela por encima de un derrame de petróleo y se mira hacia abajo, como se puede ver en la imagen a continuación.

Parte de un derrame de petróleo pesado de 50 m³, tomada con una cámara fotográfica de nadir a 200 m de altitud de vuelo. El tamaño de la imagen en el suelo es de 370m x 250m.

En esta fotografía, se puede ver que el petróleo se esparce de manera muy heterogénea sobre la superficie del agua. Hay zonas con un color marrón intenso. También hay áreas que muestran un brillo plateado, y también algunos puntos donde la superficie del mar parece casi libre de aceite.

¿Cómo explicar esta variedad de colores? El combustible pesado utilizado para el tráfico de barcos es un tipo de aceite de color marrón oscuro. Por lo tanto, podemos suponer que las áreas de color marrón oscuro en la fotografía, corresponden a las porciones más densas del derrame, con un espesor de capa en el rango de milímetros a centímetros. Estas áreas son la fuente de compuestos de petróleo que se esparcen rápidamente sobre la superficie del agua, produciendo películas de unos pocos micrómetros de espesor.

La luz del día se absorbe mucho menos en estas películas delgadas que en las capas más gruesas. Por tanto, las películas delgadas son más o menos translúcidas. Al mismo tiempo, aumenta el reflejo de la luz del día. La reflectividad R de una sustancia está estrechamente relacionada con su índice de refracción n, es decir, un índice de refracción más alto da lugar a una mayor reflectividad. La ecuación para la reflectividad de la luz que brilla con incidencia vertical sobre un líquido (agua o aceite) es:

R = \frac{{(n_{aire} - n_{líquido})}^{2}}{{(n_{aire} + n_{líquido})}^{2}}

El índice de refracción del aire es cercano a 1. Para el agua limpia, el índice de refracción es n_agua=1.33, y, por lo tanto, R_agua=0.02 o 2% de la luz incidente se refleja de regreso al cielo. Con n_aceite=1.5 para el aceite, se tiene entonces R_oil=0.04 or 4%. Por tanto, la reflectividad del aceite es dos veces mayor que la del agua. Esto explica el brillo plateado de las capas finas de petróleo en comparación con el agua circundante.

Los operadores experimentados utilizan la siguiente tabla para estimar el espesor del derrame de petróleo a partir del color de la superficie del mar:

plateado	0.1 μm (o: 0.0001 mm)
arcoíris	1 μm (o: 0.001 mm)
marrón a negro	mayor a 0.1 mm

Manchas Biogénicas

No todas las manchas que se pueden ver en la superficie del agua provienen del aceite mineral. De hecho, en condiciones de viento tranquilo, es posible que se encuentren manchas en casi todas las superficies naturales de agua. En la siguiente fotografía se muestra un ejemplo.

Manchas en la superficie del agua, por exudados de algas.

Estas manchas naturales son producidas por algas que exudan sustancias que no se disuelven con el agua. Por lo tanto, estas sustancias dan lugar a películas superficiales que difícilmente pueden distinguirse de las manchas de aceite mineral. El espesor de capa de las películas naturales suele ser del orden de una sola molécula. ¡Por eso se denominan manchas monomoleculares!

A pesar de este pequeño espesor de película, las manchas naturales reflejan la luz del día mejor que el agua sin aceite, lo que explica su buena visibilidad.