日前,另類諾貝爾委員會(huì)將今年的化學(xué)獎(jiǎng)授予了來自麻省理工學(xué)院的(MTT)埃里克·亞當(dāng)斯博士、德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的斯科特·索格洛夫斯基博士,和打扮成《生化危機(jī)Iv》里紅衣主教的夏威夷大學(xué)斯蒂芬·增谷博士,以及近來麻煩不斷的英國(guó)石油公司(BP)。理由是,他們挑戰(zhàn)了人們油水不相溶的舊觀念:原來油和水是可以混合的!
這還要從10年前的一項(xiàng)研究說起。
10年前6月的一天,挪威海海面“遠(yuǎn)握號(hào)”科學(xué)考察船上聚集著一群科學(xué)家。他們密切關(guān)注著海底844米深處一個(gè)油井噴口的動(dòng)靜。在油井噴口,他們布置了包括水下機(jī)器人、回聲聲納系統(tǒng)、水樣采集系統(tǒng)、多普勒洋流儀、快艇和航空監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在內(nèi)的天羅地網(wǎng),等待即將發(fā)生的“漏油事故”。原來這是一個(gè)名為“深漏”的海底漏油試驗(yàn)。和墨西哥灣今年的驚天大漏油事故不同,挪威的海底試驗(yàn)是一次精心策劃的觀測(cè)。他們的目的包括:獲取數(shù)據(jù)來驗(yàn)證和改進(jìn)數(shù)學(xué)模型,測(cè)驗(yàn)緊急漏油事故中監(jiān)測(cè)儀器的工作狀況,評(píng)估海底漏油事件的環(huán)境影響。
試驗(yàn)一共進(jìn)行了4次;第一次釋放出氮?dú)夂腿玖松暮K?為了定量追蹤流動(dòng)海水的混合情況),這些海水在壓力驅(qū)動(dòng)下一共噴射了40分鐘;其次,利于壓縮天然氣和船舶專用柴油進(jìn)行噴射試驗(yàn),一共持續(xù)了60分鐘:接著,將原油和天然氣噴射出去,一共進(jìn)行了60分鐘;最后,把天然氣和海水一起噴射出去,噴發(fā)持續(xù)時(shí)間為120分鐘。通過這些試驗(yàn),研究人員不但發(fā)現(xiàn)油滴浮到海面的速度比先前預(yù)計(jì)的快了很多,而且從海面觀測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算,絕大部分漏油都失蹤了!更令人意外的是,他們?cè)诓殚啔v次漏油事件報(bào)告后發(fā)現(xiàn),幾乎每次油污的去向都是一個(gè)謎。
在麻省理工學(xué)院的帕森斯實(shí)驗(yàn)室,埃里克和另一位獲獎(jiǎng)?wù)摺?jīng)的博士生索格洛夫斯基博士以及研究小組的其他成員,利用胡迪尼水箱,從2000年開始進(jìn)行了一系列的油滴、氣泡射流實(shí)驗(yàn),從而揭開了原油去向之謎。
原來,液體原油從噴口中噴出會(huì)形成細(xì)小的油滴,就像打開水龍頭時(shí)自來水自動(dòng)形成斷了線的水珠一樣飛入海洋。泄漏的速度越快,形成的液滴就越細(xì)小,液滴受到的浮力就越小。海洋里水流復(fù)雜,液滴流動(dòng)帶來的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過浮力的話,液滴就很難像在靜水中那樣浮到水面。
另外,他們還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)決定大部分漏油命運(yùn)的現(xiàn)象。在海水中,海水密度會(huì)隨著深度遞增(溫度隨著深度遞減而鹽度隨著深度遞增),所以油滴在上升過程中受到的浮力就會(huì)逐漸減小。與此同時(shí),油滴在海水中近乎隨機(jī)的流動(dòng)時(shí)會(huì)受到洋流的沖擊。當(dāng)浮力遠(yuǎn)小于洋流對(duì)油滴的沖擊力時(shí),油滴射流就會(huì)發(fā)生橫向擴(kuò)散。由于大多數(shù)漏油事故中,原油都伴隨著天然氣一起泄漏。噴射出來的天然氣氣泡比重非常小,不會(huì)理會(huì)這種橫向擴(kuò)散而繼續(xù)上升。一些被氣泡流裹挾的原油也會(huì)隨之升騰,當(dāng)引發(fā)的氣泡、油水混合流被卷入周圍低速的海水后,混合流的流速會(huì)急劇減弱,拜洋流所賜,二次橫向擴(kuò)散便會(huì)形成。有些氣泡仍會(huì)繼續(xù)上升,引發(fā)新一輪升騰的流動(dòng),再次帶動(dòng)油滴上浮,再次減弱,再次橫向擴(kuò)散……如此往復(fù),形成三次乃至多次橫向擴(kuò)散。
由于海洋中遍布助紂為虐的橫向洋流,這些橫向擴(kuò)散便非常強(qiáng)烈,從而裹挾了大部分噴射出來的原油。據(jù)估計(jì),墨西哥灣漏油事件中,僅第一次橫向擴(kuò)散就包含了90%的原油。這大大增加了清理油污的難度。據(jù)估計(jì),目前能飄浮到海面的石油只有總泄漏量的5%左右。人類一直在忙活的也就是收集這5%。而絕大部分的原油將永遠(yuǎn)漂浮在深海中,直到被自然降解或者吸附到海底泥沙中。
這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)深海生態(tài)環(huán)境評(píng)估也有著重要意義。此外,說起這個(gè)作實(shí)驗(yàn)用的胡迪尼水箱還另有一段八卦。這個(gè)高約3米,橫截面1.5米乘以1.5米的水箱竟然以魔術(shù)大師哈里·胡迪尼的名字命名。雖然,在麻省理工學(xué)院門口的哈佛橋(明明離MIT最近,竟然被哈佛強(qiáng)盜了名字)上,哈里·胡迪尼的確表演過成名的逃生魔術(shù)。但這位魔術(shù)師并未真的在這個(gè)水箱里死里逃生過,只是水箱的外形與哈里的“水牢”外觀極其相似罷了。
這次獲獎(jiǎng)的2005年綜述,對(duì)近10年來相關(guān)的一系列試驗(yàn)和國(guó)際研討會(huì)在“深漏”試驗(yàn)基礎(chǔ)上所作的各種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了比較分析。
可以說,和其他另類諾貝爾獎(jiǎng)獲得者一樣,這是一項(xiàng)很嚴(yán)肅的科學(xué)研究。但是,極具諷刺意味的是,這次研究不幸言中了堪稱人類最大環(huán)境災(zāi)難的墨西哥灣漏油事故。身為“深漏”試驗(yàn)的主要參與者,主要的資助方英國(guó)石油公司(BP)并沒有從這項(xiàng)具有前瞻性的研究中得到啟示,并進(jìn)行相關(guān)的事故應(yīng)急準(zhǔn)備。他們?cè)跒?zāi)難中行動(dòng)緩慢,應(yīng)變遲鈍,飽受抨擊。
從2010年4月20日,美國(guó)路易斯安那州沿海的“深水地平線”石油鉆井平臺(tái)發(fā)生突然爆炸到8月4日油井被最終封堵,據(jù)估計(jì),有490萬(wàn)桶原油泄露到墨西哥灣,致使900多千米的海岸受到污染,并“油殺”了4000多只海鳥、700多只海龜,數(shù)十條海豚。這給當(dāng)?shù)氐暮Q蠛鸵吧鷦?dòng)物棲息地帶來了滅頂之災(zāi);當(dāng)?shù)夭遏~業(yè)和觀光旅游業(yè)也遭遇了前所未有的重創(chuàng)。人類將耗費(fèi)幾十年甚至上百年的時(shí)間來挽救這里的生態(tài)環(huán)境。而在這些災(zāi)難面前,英國(guó)石油公司甚至不能立刻提供漏油的流量,有效的解決方案。對(duì)于漏油的環(huán)境污染,他們的評(píng)估也顯得蒼白無(wú)力。
隨著墨西哥灣驚天大漏油事故告一段落,另類諾貝爾委員會(huì)借著授予英國(guó)石油公司另類諾獎(jiǎng)的機(jī)會(huì),給工業(yè)界乃至整個(gè)社會(huì)提出了這樣的問題:科學(xué)研究的價(jià)值究竟何在?即使研究的前瞻性和實(shí)用性都如此貼近需求,為何工業(yè)界從中學(xué)習(xí)到的仍是那么有限呢?他們是不是僅僅把資助科學(xué)研究當(dāng)作一種炫耀的手段,來糊弄環(huán)境評(píng)估呢?有沒有一個(gè)社會(huì)壓力或者公司機(jī)制來連接實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)和工業(yè)界,從而監(jiān)督和幫助被資助的科學(xué)研究實(shí)現(xiàn)其原本的目的?我想只有回答好這幾個(gè)問題才能避免大學(xué)成為制造廢紙的工廠?;蛟S這也是另類諾獎(jiǎng)委員會(huì)的良苦用心。
[責(zé)任編輯]趙菲