ย้อนกลับไปเมื่อศตวรรษที่แล้ว น้ำมันเชื้อเพลิง (fuel oil) ถูกเปรียบเปรยว่าเป็นสมบัติล้ำค่าดั่งทองคำ ความนิยมของน้ำมันแพร่กระจายไปทั่วโลก ทำให้จำเป็นต้องเร่งพัฒนาองค์ความรู้ด้านธรณีวิทยา ฟิสิกส์ เคมี และวิศวกรรม เพื่อตอบสนองความต้องการน้ำมันของมนุษย์ จนก่อเกิดเป็นศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับการสำรวจและการผลิตน้ำมันดิบกับก๊าซธรรมชาติ เรียกว่า วิศวกรรมปิโตรเลียม (petroleum engineering)
แต่ยิ่งธุรกิจน้ำมันรุ่งเรืองมากเท่าใด ปัญหาน้ำมันรั่ว (oil spill) ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของหายนะทางระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม (โดยเฉพาะทะเล) ก็ดูเหมือนจะยิ่งรุนแรงมากขึ้นด้วยเช่นกัน บทความนี้ ผมจะชวนผู้อ่านไปทำความรู้จักกับวิทยาศาสตร์ของน้ำมัน การรั่วไหลของน้ำมัน พฤติกรรมการเคลื่อนที่ของน้ำมัน วิธีจัดการปัญหาน้ำมันรั่ว และผลกระทบของน้ำมันรั่ว แบบย่นย่อกันครับ
วิทยาศาสตร์ของน้ำมัน
ปิโตรเลียม (petroleum) หมายถึง สารประกอบไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbon) ที่เกิดจากการสลายตัวและสะสมทับถมกันของซากสิ่งมีชีวิตภายใต้ความดัน อุณหภูมิ และปัจจัยแวดล้อมที่เหมาะสมเป็นระยะเวลายาวนานหลายล้านปี คำว่า ‘ปิโตรเลียม’ มีรากศัพท์มาจากเพตรา (petra) ที่แปลว่า หิน และโอเลียม (oleum) ที่แปลว่า น้ำมัน
กระบวนการเกิดปิโตรเลียมจะเริ่มจากหินต้นกำเนิด (source rock) ซึ่งเกิดจากเศษซากของสิ่งมีชีวิตที่ผสมรวมกับตะกอนจนกลายเป็นหินดินดานน้ำมัน (oil shale) และมีสารอินทรีย์เรียกว่า เคอโรเจน (kerogen) ปะปนอยู่ในเนื้อหิน เมื่อเคอโรเจนได้รับความร้อนก็จะแปรสภาพเป็นก๊าซและของเหลว หลังจากนั้น ก๊าซและของเหลวดังกล่าวจะเคลื่อนที่ (migration) ไปสู่ชั้นหินที่มีรูพรุน เรียกว่า หินกักเก็บ (reservoir rock) ซึ่งถูกครอบทับด้วยชั้นหินหนาทึบ เรียกว่า หินปิดกั้น (cap rock) อีกทีหนึ่ง ด้วยเหตุนี้ แหล่งกำเนิดปิโตรเลียมจึงมีก๊าซธรรมชาติลอยอยู่ด้านบน มีน้ำมันดิบลอยอยู่ตรงกลาง และอาจมีน้ำจมอยู่ด้านล่าง การสำรวจหาแหล่งน้ำมันจึงต้องอาศัยความรู้หลายสาขา เช่น ธรณีวิทยา ธรณีฟิสิกส์ ธรณีเคมี วิศวกรรมการขุดเจาะ
เมื่อเรานำน้ำมันมาหยดลงในน้ำ เราจะพบว่าน้ำมันสามารถลอยอยู่บนผิวน้ำ หากสัมผัสก็จะเหนอะหนะติดมือ เนื่องจากน้ำมันมีความหนาแน่น (density) น้อยกว่าน้ำ แต่มีความหนืด (viscosity) มากกว่าน้ำ ความสามารถในการไหลและการลุกไหม้ของน้ำมันจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ เรียกว่า จุดไหลเท (pour point) และจุดวาบไฟ (flash point) ตามลำดับ
การรั่วไหลของน้ำมัน
น้ำมันสามารถรั่วไหลออกมาจากแหล่งกักเก็บน้ำมันตามธรรมชาติ แท่นขุดเจาะน้ำมัน เรือบรรทุกน้ำมัน ท่อขนส่งน้ำมัน โรงกลั่นน้ำมัน เรือดำน้ำ ซากเรืออับปาง และกิจกรรมในชีวิตประจำวัน ยิ่งน้ำมันรั่วไหลออกมามากเท่าไร ผลเสียก็ยิ่งมากเท่านั้น รวมถึงจำเป็นต้องใช้งบประมาณ จำนวนคน เทคโนโลยี และเวลา เพื่อจัดการปัญหามากขึ้นด้วยเช่นกัน การรั่วไหลของน้ำมันแบ่งออกเป็น 3 ระดับ ได้แก่
- ระดับที่ 1 มีการรั่วไหลน้อยกว่า 20,000 ลิตร
- ระดับที่ 2 มีการรั่วไหล 20,000-1,000,000 ลิตร
- ระดับที่ 3 มีการรั่วไหลมากกว่า 1,000,000 ลิตร
พฤติกรรมการเคลื่อนที่ของน้ำมัน
การรั่วไหลของน้ำมันกลางทะเลแบ่งออกเป็นการรั่วบนผิวน้ำทะเล การรั่วใต้ผิวน้ำทะเล และการรั่วบนพื้นทะเล เมื่อน้ำมันรั่วออกมา น้ำมันส่วนใหญ่จะแพร่กระจายตามแนวราบ (spreading) แล้วถูกแรงปะทะจากลม คลื่น และกระแสน้ำ เข้ามากระทำ คราบน้ำมัน (oil slick) จึงเคลื่อนที่ออกไปตามทิศทางต่างๆ เมื่อเวลาผ่านไป น้ำมันบางส่วนจะแตกตัวเป็นละอองน้ำมัน (oil droplet) แล้วถูกความปั่นป่วนของคลื่นพัดหมุนกลับขึ้นมาบนผิวน้ำ (resurfacing) และน้ำมันอีกส่วนหนึ่งจะจมตัวลงสู่พื้นทะเล (sinking)
เมื่อน้ำมันล่องลอยอยู่ท่ามกลางสภาพแวดล้อมที่ไร้การควบคุมเป็นเวลานานเพียงพอ น้ำมันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางฟิสิกส์และเคมีหลายอย่าง ได้แก่ การระเหย (evaporation) การสลายตัวด้วยแสง (photooxidation) การผสมเป็นเนื้อเดียวกับน้ำ (emulsification) การละลายน้ำ (dissolution) การเกาะติดกับวัตถุ (adhesion) การแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็ก (dispersion) และการตกตะกอน (sedimentation) ซึ่งเศษซากของน้ำมันบางส่วนจะสามารถย่อยสลายทางชีวภาพด้วยจุลินทรีย์ในทะเล (biodegradation) แต่คราบน้ำมันอีกส่วนหนึ่งจะรวมตัวกับตะกอนในทะเลแล้วกลายเป็นก้อนทรงกลม เรียกว่า ก้อนน้ำมัน (tar ball) หรืออาจแผ่เป็นแผ่นขนาดใหญ่ เรียกว่า แผ่นน้ำมัน (tar mat)
วิธีจัดการปัญหาน้ำมันรั่ว
เมื่อพบว่าน้ำมันรั่วไหลออกมาจากแหล่งกักเก็บ ไม่ว่าจะมีสาเหตุมาจากการกระทำของมนุษย์หรือความผันผวนของธรรมชาติ สิ่งที่เจ้าหน้าที่ต้องทำคือพยายามหยุดการรั่วไหลและจำกัดการแพร่กระจายของน้ำมันด้วยทุ่นลอยล้อมน้ำมัน (boom) แล้วรายงานข้อมูลไปยังหน่วยงานที่เกี่ยวข้องหรือแจ้งเตือนประชาชนที่อาจได้รับผลกระทบ
หลังจากล้อมกรอบน้ำมันไว้ในขอบเขตที่กำหนดและน้ำมันยังไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงลักษณะ เจ้าหน้าที่จะใช้อุปกรณ์เก็บน้ำมัน (skimmer) เพื่อสูบหรือตักน้ำมันกลับเข้าสู่ภาชนะกักเก็บ แล้วนำกลับไปใช้ใหม่หรือนำไปกำจัดด้วยวิธีการที่เหมาะสม
หากไม่สามารถล้อมกรอบและสูบน้ำมันกลับคืนมาได้ เจ้าหน้าที่จะโปรยสารกระจายน้ำมัน (dispersant) เพื่อให้สารเคมีดังกล่าวทำปฏิกิริยากับคราบน้ำมันอย่างทั่วถึงแล้วแตกตัวเป็นละอองน้ำมัน จากนั้นจึงปล่อยให้ธรรมชาติเป็นฝ่ายจัดการ เพราะจุลินทรีย์จำนวนมหาศาลจะเข้ามาช่วยกันทำลายละอองน้ำมัน แต่กระบวนการดังกล่าวจะทำให้ก๊าซออกซิเจนในน้ำลดลงด้วย ไม่เพียงเท่านั้น คราบน้ำมันและสารกระจายน้ำมันบางชนิดจะมีฤทธิ์ทำลายแพลงก์ตอนสัตว์ที่คอยควบคุมปริมาณแพลงก์ตอนพืช
เมื่อสมดุลระหว่างผู้ล่าและเหยื่อถูกรบกวน ผลลัพธ์คือเกิดปรากฏการณ์สาหร่ายอันตรายสะพรั่ง (harmful algae blooms) ซึ่งจะปล่อยสารพิษออกมาคร่าชีวิตสัตว์ทะเล เมื่อสาหร่ายเหล่านั้นตายและถูกจุลินทรีย์ย่อยสลาย ก๊าซออกซิเจนในน้ำก็จะลดลงจนเกิดเขตมรณะ (dead zone) ที่สัตว์ไม่สามารถอาศัยอยู่ได้ หลังจากนั้น ซากสาหร่ายจะปล่อยก๊าซมีเทนซึ่งเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่ก่อปัญหาภาวะโลกร้อนออกสู่บรรยากาศ
อีกทางเลือกหนึ่งในการกำจัดคราบน้ำมันคือ การเผาทำลาย (in-situ burning) ซึ่งเป็นวิธีการที่สามารถลดปริมาณน้ำมันบนผิวน้ำทะเลที่ง่ายที่สุด แต่ต้องแลกมาด้วยกลุ่มควันสีดำเหม็นคลุ้งปริมาณมหาศาลที่กลายเป็นมลภาวะอากาศพวยพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า
บางครั้งการรั่วไหลของน้ำมันก็มีปริมาณมากและแพร่กระจายเป็นวงกว้าง หากสถานการณ์เป็นเช่นนี้ เจ้าหน้าที่จะทำการเก็บข้อมูลจุดที่น้ำมันรั่วไหล ชนิดของน้ำมัน ปริมาณของน้ำมันที่รั่วไหล ลักษณะของลม คลื่น กระแสน้ำ อุณหภูมิ และหยาดน้ำฟ้า แล้วนำข้อมูลไปป้อนเข้าสู่แบบจำลองการรั่วของน้ำมัน (oil spill model) ในคอมพิวเตอร์ เพื่อเปรียบเทียบว่าผลลัพธ์จากแบบจำลองกับการรั่วไหลตามความเป็นจริงสอดคล้องกันหรือไม่ ขั้นตอนนี้ถือว่ามีความสำคัญมาก เพราะทำให้เราสามารถคาดการณ์ได้ว่าคราบน้ำมันจะเคลื่อนที่ไปยังทิศทางไหน ด้วยความเร็วเท่าไร เพื่อวางแผนรับมือผลกระทบลำดับถัดไป
สำหรับสถานการณ์เลวร้ายที่คราบน้ำมันถูกคลื่นซัดเข้าสู่แผ่นดิน คราบน้ำมันจะสร้างความเสียหายต่อแนวปะการัง ชายหาด ป่าชายเลน และเมืองชายฝั่ง ในลักษณะที่แตกต่างกัน การกำจัดคราบน้ำมันริมทะเลจะใช้แผ่นดูดซับคราบน้ำมัน (absorbent pad) การชะล้างคราบน้ำมัน หรือการนำวัตถุปนเปื้อนคราบน้ำมันไปกำจัดทิ้ง แล้วจึงเข้าสู่กระบวนการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม โดยจะมีการติดตามและตรวจสอบผลกระทบระยะยาว เช่น การเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม การนำวัตถุปนเปื้อนคราบน้ำมันไปวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ หรือการนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์ (electronic nose) มาตรวจวัดปริมาณสารระเหยจากอณูน้ำมันตกค้างที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า
ส่วนกรณีที่ไม่ทราบว่าน้ำมันรั่วมีต้นตอมาจากไหน เจ้าหน้าที่จะสวมบทเป็นนักสืบเพื่อตามหาสาเหตุของน้ำมันรั่วด้วยความรู้ทางนิติวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม (environmental forensic science)
ผลกระทบของน้ำมันรั่ว
การรั่วไหลของน้ำมันส่งผลกระทบร้ายแรงต่อระบบนิเวศทางทะเล แม้ว่าสัตว์บางตัวจะสามารถหลบเลี่ยงคราบน้ำมันได้ แต่พืชไม่อาจหลีกหนีได้อย่างสัตว์ เมื่อคราบน้ำมันบนผิวน้ำปิดกั้นการละลายของก๊าซออกซิเจนและแสงสว่างที่ส่องลงสู่ทะเล พืชทะเลจะสังเคราะห์ด้วยแสงได้น้อยลง และบ่อยครั้งที่คราบน้ำมันจะเคลือบติดที่ผิวด้านนอกของสิ่งมีชีวิตจนเคลื่อนไหวได้ลำบาก หรือสัตว์บางตัวอาจเผลอกลืนน้ำมันเข้าไปในร่างกาย
การปนเปื้อนคราบน้ำมันของสิ่งมีชีวิตเป็นประเด็นที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง เพราะร่างกายของสิ่งมีชีวิตจะมีความอ่อนไหวต่อสารพิษ (sensitivity) และมีความสามารถในการฟื้นฟูสุขภาพ (recovery ability) ที่แตกต่างกันตามชนิด ช่วงวัยและช่วงเวลา ความเป็นพิษของน้ำมัน (toxicity) สามารถทำให้สิ่งมีชีวิตบางตัวมีพฤติกรรมหรือสุขภาพเปลี่ยนแปลงไปตลอดกาล และเมื่อใดที่น้ำมันปนเปื้อนเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร สุดท้ายแล้วสารพิษก็จะตกทอดมาสู่อาหารทะเลที่หลายคนโปรดปรานนั่นเอง
น้ำมันที่รั่วไหลหรือสูญหายไปอาจเป็นเพียง ‘เรื่องเล็ก’ สำหรับนายทุนเจ้าของบริษัทน้ำมัน แต่คราบน้ำมันที่ตกค้างอยู่อาจเป็น ‘เรื่องใหญ่’ ที่ทำร้ายวิถีชีวิต สุขภาพ การทำประมง และการท่องเที่ยวของคนตัวเล็กตัวน้อยอย่างรุนแรง เรื่องน่าเศร้าคือ ปัจจุบันยังไม่มีเทคโนโลยีใดที่สามารถกำจัดคราบน้ำมันรั่วปริมาณมากได้อย่างหมดจดโดยไม่สร้างผลเสียด้านอื่นๆ
ปัญหาใหญ่มีอยู่ว่า ตลอดระยะเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมา คนไทยต้องเผชิญกับน้ำมันที่ ‘รั่วแล้ว รั่วอยู่ รั่วต่อ’ แทบจะทุกปี ทั้งฝั่งอ่าวไทยและฝั่งอันดามัน เพราะหน่วยงานที่เกี่ยวข้องมักจะดำเนินการล่าช้าและขาดความโปร่งใส แถมหลายครั้งหลายครายังหาตัวคนรับผิดชอบไม่ได้อีกต่างหาก!
อ้างอิง:
- เครือวัลย์ จันทร์แก้ว. 2016. ธรณีวิทยาปิโตรเลียมเบื้องต้น.
- พิสุทธิ์ เพียรมนกุล และณัฐวิญญ์ ชวเลิศพรศิยา. 2017. น้ำมันกับวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม.
- Mervin Fingas. 2017. Oil Spill Science and Technology.
- Adam Clifton. 2014. Oil Spills: Environmental Issues, Prevention and Ecological Impacts.
- กางสถิติ ทะเลไทยเผชิญเหตุน้ำมันรั่ว จังหวัดที่พบบ่อยสุด
- Oil and the Dead Zone
- How Will the Oil Spill Impact the Gulf’s Dead Zone?
- Study Explains How Oil Spills Can Initiate Harmful Algal Blooms
