对有关生态实验和评估沿海石油泄漏的影响:从2010年的深水地平线石油泄漏
查尔斯·w·马丁
阿什利·m·麦克唐纳
约翰·f·瓦伦丁2和
布莱恩·j·罗伯茨- 1自然海岸生物站,食品和农业科学研究所,佛罗里达大学,雪松键,FL,美国
- 2多芬岛海洋实验室、多芬岛,美国
- 3路易斯安那大学海事协会,Chauvin,洛杉矶,美国
介绍
沿海环境的健康风险是由于经济开发有价值的矿物,包括石油和天然气。生物发生直接影响(例如,化学毒性,觅食/增长变化,行为改变;麦当劳et al ., 2022)和间接(例如,环境条件,清理/减灾活动,食物网的改变;麦肯et al ., 2017;刘易斯et al ., 2022)。尽管承认的负面影响,推动了我们对石油泄漏影响的理解意外灾害,包括埃克森·瓦尔迪兹号(彼得森et al ., 2003)、伊(索托et al ., 2014),亚瑟杀死(汉堡1994),法尔茅斯港(Reddy et al ., 2002),和许多较小的泄漏(Rozas et al ., 2000;罗斯和Baltz 2009)。较小的泄漏频繁,与数百名月度报告在美国(美国海岸警卫队国家响应中心报告>每年20000个电话),许多人都足够足够小,不会启动管理响应。在路易斯安那州(美国),石油泄漏问题由路易斯安那州漏油事件协调员协调办公室(LOSCO)和2021年,90年由LOSCO泄漏引发现场应对活动(https://data.losco.org/)。
2010年- 4月20日,在发生爆炸深水Horizon (DwH)在路易斯安那州海岸钻井平台创建的火灾导致不可控释放石油向墨西哥湾(傻子)。∼1500米,深度是一个障碍防止受损的直接限制井口,泄露了87天。很大一部分的五百万+桶释放(绘制et al ., 2012)淹没湿地在路易斯安那州,密西西比州,阿拉巴马州和佛罗里达州(米歇尔et al ., 2013;尼克松et al ., 2016)。体积,石油覆盖的时空异质性,不成比例的风化和未知生物公差,加上意想不到的影响从减灾活动,所有有限精确的损伤评估。为了更好地理解DwH影响,墨西哥湾的研究计划(GoMRI)成立和管理约500美元,很大程度上DwH研究数据归档工作,拓展在10年时间内(牧羊人et al ., 2016)。
这里,我们利用归档GOMRI研究近岸DwH影响的沿海生态系统:1)强调信息的数量和多样性通过资金,2)讨论决定重大不确定性和变化的影响,和3)提供建议来改善未来的环境评估。鉴于持续和不断增长的沿海近岸资源的开发和利用在傻子的水域,意想不到的灾难可能会重新出现,和讨论的主要挑战将引导未来的实验和经验决定。
我们学到了什么?成功故事事件完结过后
众多揭露GoMRI-funded研究造成的。GoMRI企业,作为融资工具,成功地创造了一个前所未有的网络的研究主要集中在沿海的问题从石油/人类的影响和石油安全的生态效应。GoMRI资金支持超过1500个同行评议文章,其中将近400人集中在近海近岸生态系统(图1)。下面的这些研究被用于我们的评估,进一步确定变化研究设计。
图1。在线出版物存入GoMRI出版库数据库寻找近岸研究使用布尔搜索词沿海近岸或沼泽湿地或牡蛎或海草。结果367年的出版物被分类数据收集方法,与出版物可以被描述为“字段集合和实验”和“实验室和mesocosm实验”随后分类一般研究的主题。场集合/实验和实验室/ mesocosm研究调查DWH影响相比,然后进一步分类设计,导致五一般比较类别这两个集合的方法。注意:虽然不是列出在这个图中,“其他”收集方法类别包括以下方法描述:公共外联(4出版物),(2出版物)角度来看,数据集(1出版),技术进步(1)出版。此外,DWH研究主题在所有其他方法类别集合,9 DWH主题出版物在“人类的影响调查,”36出版物“文献综述/合成研究,”25出版物“海洋建模/遥感,”和7出版物在“其他”。
GoMRI资金改善我们对该地区的理解物理、生物和地球化学重要性——显而易见的成功故事。这包括集合的第一个基线库存几十年来,关键文档可以作为基准参考网站未来的压力。其他值得注意的贡献突出增强了解深海种群动态和社区恢复这个扰动后,量化近岸生态系统的属性,和改进的理解石油化学,特别是当它涉及到物理/气象营力,风化/退化,影响沿海生态系统(兴et al ., 2013;镶嵌地块et al ., 2014;Prouty说et al ., 2016;拉特纳2016;Murawski et al ., 2021;Overton et al ., 2022)。
前所未有的发现是由大型合作研究团队(“联盟”)。财团的资金支持超过4000个科学家和支持人员,包括教师(1106),博士后研究人员(367),(1205)和本科毕业(1050)学生和研究人员(718)。联盟的概念是小说,旨在创建多学科小组,和相关研究人员从43个州和18个不同的国家。这些财团也促进了其他灾害快速反应包括大力神天然气井喷(乔伊et al ., 2014)和飓风艾萨克和哈维(Curcic et al ., 2016;史泰钦et al ., 2020),以及正在进行的研究合作DwH无关。由于GOMRI资金,我们现在有一个更大的理解大的好处和多样化的研究网络,和路障历史限制产品的一代。
经验教训:改善油的影响评估
结合混杂变量
由于适合测量的,观察实地测量的本质,被忽视的/无节制的驱动程序存在的可能性和潜在的混淆DwH影响评估(美国标准Osenberg和施密特1996;Stewart-Oaten et al ., 1992)。换句话说,缺乏控制比较减少分配的因果关系的能力。潜在的混杂变量包括润滑强度不一致、风化、和不一致的分析方法,包括常常被忽视的间接连接(例如,食物网的改变,改变连接,栖息地的丧失,和其他环境响应)。在这里,我们提供几个例子可能的混杂变量,应考虑在未来的评估。
DwH油(如甜路易斯安那州原油,mc - 252,等等)是一个独特的混合> 10000化合物,从毒性更强、更轻芳烃减少有毒,重,和稳定的化合物(Overton et al ., 2022)。较轻的化合物(例如,萘)沉淀在风化过程中迅速(通过波浪作用、紫外光降解等化学过程),而更稳定的化合物(例如,沥青质)抵抗风化。补救管理行动后的释放石油海外主要集中在增加石油风化(例如,Corexit分散剂应用程序增加石油的表面积和加快微生物降解,表面燃烧石油,石油繁荣收集和应用程序)。随着石油近海,其化学成分发生了变化,一些例外。油保护里面的焦油球后来resuspended埋沉积物风化较低,作为记录在remobilized石油在2012年艾萨克飓风(Zengel et al ., 2015;Bam et al ., 2018)。总的来说,然而,到达近海石油成为高度风化和组分不同于最初发布时井口。这个变量石油风化是值得考虑的一个重要方面未来的影响评估和会计在实验室试验,同样重要的差异响应可以结果(马丁2017年)。此外,石油表征技术(总石油烃、指纹等)的研究中存在着很大的差别,使cross-study比较困难。化合物以总石油估计也可以在实验室和仪器采用不同变量检测范围和精度。
几个非石油因素也可以介绍混杂变量。流行的气象和水文条件控制DwH石油输送到沿海湿地,和沉积可能因此发生的地区已经倾向于从风力侵蚀/波能量或地区招聘特定的底栖生物可能是普遍的。保持石油的沿海湿地,路易斯安那州转移水密西西比河河口,动作非常重要的,因为盐度生物合成的关键驱动因素,这也导致生理应激河口生物(如牡蛎,权力et al ., 2017)。人员进行补救(马丁内斯et al ., 2012)或清洗油污湿地活动经常践踏植被造成额外伤害不必要的轻油污区域(Zengel et al ., 2015)。高营养水平,停止商业/休闲渔业可能有重要的级联效应在傻子食物网(Fodrie et al ., 2014;Schaefer et al ., 2016;马丁et al ., 2020)。因此,并不是所有的影响是由于石油的毒性。
总数的177 DwH-related GoMRI出版物集中在近岸栖息地(不含文学评论)、实地和实验室/ mesocosm比较分别占42%和38%的出版研究(图1),需要考虑前面提到的研究问题更重要。揭示领域模式往往是困难由于多重共线性(格雷厄姆2003年),但降低了现实主义在实验室环境中提供了一个哲学权衡确定真正的影响(钻石,1986)。我们建议多元化方法可以利用积极方面的技术(例如,配对字段和实验室占可变性,同时保留现实主义)和提供更明确的结果。
适当的研究设计
不可预测的时间/空间异质性的意外干扰使健全的评估困难(Stewart-Oaten et al ., 1992;施密特和Osenberg 1996)。DwH研究往往缺乏unimpacted基线信息(只有∼23%的现场研究基线数据,图1)因此依靠control-impact比较,其中许多缺乏适当的控制和/或足够的实验设计来进行影响评估。几个现场评估工作before-after-control影响(一部分)研究,或建议的替代方法,通常首选确定影响(∼3%,图1)。考虑到缺乏基线数据,描述颞可变性在加油是至关重要的许多年后DwH比较。许多领域的研究(∼52%)推断从轶事或广泛的油润滑状态分类评估(例如,海岸线清理评估小组,拟声唱法;米歇尔et al ., 2013)来决定治疗的身份。在其他情况下,研究人员利用先验信息作为替代基线(pre-impact)数据。这些之后,研究代表只有∼20%的出版物在近岸GoMRI出版物(我们的调查图1)。鉴于众多人为因素影响傻子河口,加上石油响应/缓解影响(如上所述),之后比较应该被认为是许多自然生态系统变化的连续性的轨迹(施密特和Osenberg 1996)。存在多个交互,通常非附加压力也挑战的力量研究牺牲时间和空间组件。因此,其他的压力(例如,疏浚、气候因素等)可能会错误地归因于油价的影响。这支持使用配对实验调查潜在的混杂因素。
同样,实验室评估的设计需要仔细考虑。油有多种效果,使得它难以设计严格的实验室研究。例如,降解石油可以产生空运的非石油治疗导致可疑化学物质影响复制独立(Hurlbert 1984)。此外,石油可以与塑料用于坦克产生新颖的有毒化学物质,可能会影响实验生物的生存de Soysa et al ., 2012)。油治疗应该反映自然条件,与相关浓度、成分、和风化模拟影响区域(Overton et al ., 2022)。试验持续时间也应考虑,随着石油影响包含系统可能高估风险,减少油稀释或防止移民发生在自然。代表物种,最小化处理压力,一个重要的实验工件,同时最大化生态相关性(例如,物种适合作为指标,或有其他一些由于丰富内在价值或重要性)应该考虑。做适当的实验室研究提供伟大的洞察力和补充野外观察,从而适合测量的领域的贷款增加信心模式(钻石,1986;施密特和Osenberg 1996)。
讨论:前进和未来考虑
DwH之后的几年里,研究人员为我们对近岸生态系统傻子的理解做出了重要的贡献,在这个过程中,在不同领域的研究方面取得了进步。石油开采的傻子只会增加由于国际紧张,因此最佳利益的研究人员,经理,自然资源保护者,和公众都反思DwH经验,无论是积极的,还是消极的,以更好地提高应对将来的泄漏。有鉴于此,我们认为这些建议根据我们的评估工作到目前为止在近岸傻子的生态系统。
小说使用大型财团刺激多合作,和未来的努力应该确定何时和为什么这些努力是成功(或没有),包括最佳实践、障碍,优化集团动力学和参与。
而更好地了解石油化学取得了显著变化测量技术,分组(例如,总石油烃),和分析检测的限制可以提高通过采用标准化的方法。这将促进未来cross-study比较和荟萃分析。
归因石油浓度场的条件可以有问题没有适当的谨慎。例如,大规模石油模式(例如,嘘)时可能会不合适用于确定小情节影响或不适当的油治疗时由于时间因素已知浓度的变化。
现场评估是受到多个无边无际的/不重要的变量和这些额外的压力需要考虑和确认。
环境监测的系统,包括实验,确定基线条件应该实现在一个广泛的地理区域,以避免缺乏pre-disturbance信息在DwH导致次优的设计。这将促进首选的设计(例如,一部分),尤其是考虑到继续改变基线和干扰的频率。
实验室研究应寻求适当种类、方法和石油浓度/风化保持现实主义。
观测场的配对数据与适当的实验室研究可以产生强劲的评估。
作者的贡献
CM框架研究的输入来自企业和BR。CM写文本的初稿。创建和编辑的图。所有作者的贡献部分文本、审查、编辑、修改后的内容。
资金
本研究通过墨西哥湾的资助研究项目。研究中使用的分析是通过墨西哥湾的公开研究计划信息和数据合作(GRIIDC)https://data.gulfresearchinitiative.org。作者担任两个协会的成员:阿拉巴马州生态中心的弹性(CM和合资企业)和沿海水域财团(BR,厘米,我)。
确认
感谢GoMRI的领导讨论导致这个文本,GoMRI和GOMOSES会议的与会者,我们所有的同事,在GoMRI-funded研究先进的富有成效的讨论我们对海湾生态系统的理解。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2022.1092097/full补充材料
引用
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关键词:马孔多,mc - 252、墨西哥湾、干扰,压力,影响评估
引用:马丁连续波,麦当劳,情人节摩根富林明和罗伯茨BJ(2023)对有关生态实验和评估沿海石油泄漏的影响:从2010年的深水地平线石油泄漏。前面。环绕。科学。10:1092097。doi: 10.3389 / fenvs.2022.1092097
收到:2022年11月07;接受:2022年12月19日;
发表:2023年1月6日。
编辑:
扬h .聚氨酯英国布拉德福德大学审核:
大卫·哈拉,美国德克萨斯A&M大学加尔维斯顿版权©2023年马丁,麦当劳,情人节和罗伯茨。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
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