Patrulla Aerotransportada contra la Contaminación 
por Hidrocarburos 3
-	Franjas de Interferencia de Aceite en Agua -

Escenario
Al medir la emisión de microondas (rango de frecuencia de 1 ... 100 GHz) del agua de mar en el área de grandes derrames de petróleo, se obtienen máximos y mínimos de la intensidad de la señal en valores de espesor específicos de la capa de petróleo en la superficie del mar (ver gráfico a continuación). Esto se debe a la interferencia constructiva y destructiva en la capa de aceite que es transparente en el rango de microondas y, por lo tanto, depende de la frecuencia (o longitud de onda) utilizada. Este efecto se utiliza para mapear capas de petróleo en la superficie del mar con radiómetros de microondas de barrido (imágenes de la derecha). 
Imagen izquierda: Geometría de la operación de escaneo del radiómetro de microondas.
Imagen derecha: Mancha de fuelóleo pesado con un volumen total de 17 m3, medida con un escáner MWR de 32 GHz. El ángulo de incidencia del campo de visión del radiómetro sobre la superficie del mar es de 40°. La variación máxima de la temperatura luminosa es de 17 K.
En la región espectral de microondas, el aceite y el agua de mar tienen las siguientes propiedades:
•	El aceite es transparente y, por tanto, no absorbente. Debido a la Ley de Kirchhoff. La permitividad relativa de los aceites minerales es εr = 2.0 en el rango de espectros de microondas, y para el índice de refracción sigue: n = 1.41 (mira el suplemento 3 del tutorial SEOS Entendiendo el Espectro de Radiación).
•	Debido a su alta conductividad electrolítica gracias a los iones de sal disueltos, el agua de mar es muy absorbente y, por lo tanto, no es transparente para las microondas. La permitividad relativa del agua de mar es εr = 90, y para el índice de refracción se tiene: n = 9.4 (en el rango espectral visible es n = 1.33). La superficie del agua emite radiación térmica debido a la alta absorbancia, nuevamente de acuerdo con la Ley de Kirchhoff. La distribución espectral sigue la Ley de Radiación de Planck con un máximo en el infrarrojo en longitudes de onda de alrededor de 10 μm. Aquí consideramos sólo la porción que está en el rango de microondas que proviene de la capa superior del agua de mar, cuyo espesor es del orden de la longitud de onda, es decir, unos centímetros aproximadamente.
Para comprender mejor las franjas de interferencia, consideramos la emisión de microondas en el agua de mar y una capa de aceite en la superficie del agua. La onda se propaga a través del aceite y se refleja parcialmente en la atmósfera del éste y en la interfaz agua-aceite. Investigamos las ondas que finalmente se refractan en el aire y se propagan hacia el detector de la antena de microondas.
Consideramos una trayectoria de rayos con un ángulo de incidencia α y un ángulo de refracción β en la interfaz agua-aceite. La capa de aceite tiene un espesor constante d. Las ondas se reflejan y transmiten parcialmente en la interfaz de la atmósfera del petróleo, los ángulos de incidencia y refracción son β y γ. El campo de visión del radiómetro de microondas tiene un ángulo de incidencia en la superficie del mar que se supone que es γ.
Siguiendo la Ley de Reflexión de Snell, tanto la incidencia como el ángulo de reflexión en el punto B son β. Lo mismo ocurre en el punto C, y también con el ángulo de incidencia en el punto D, debido a las interfaces paralelas agua-aceite y atmósfera de aceite.
Los ángulos de refracción de las ondas en ambas interfaces, que se muestran en el gráfico de la derecha, se derivan de la Ley de Refracción de Snell:

Preguntas:
1.	Dibuja dos ondas que comiencen en los puntos B y C, que tengan una fase que conduzca a una interferencia constructiva y destructiva y, por lo tanto, a los máximos y mínimos de la señal detectada, respectivamente.
2.	Calcula la longitud de onda de las microondas en el aire y en el aceite, con frecuencias de 5, 17 y 34 GHz. ¿Están las longitudes de onda en un acuerdo cualitativo con los valores de espesor de la película de aceite donde se observan los máximos y mínimos de la temperatura luminosa, como se muestra en el gráfico en la parte superior de la página?
3.	Con los índices de refracción del agua y el aceite como se indica arriba, ¿considerarías que el ángulo de incidencia α y el ángulo de refracción β están correctamente esbozados en el gráfico de la derecha? ¡Consulta la Ley de Refracción de Snell! Para hacer esto, comienza con γ = 50°, que es un ángulo de visión típico de los radiómetros de microondas (mira la leyenda del gráfico de la derecha en la parte superior de la página), y calcula los ángulos β y α.
4.	¿Podrías recomendar el escáner MWR...
a.	para distinguir las películas delgadas de aceite causadas por derrames controlados, de los volúmenes de petróleo más grandes causados ​​por descargas accidentales?
b.	b) para la vigilancia de descargas deliberadas de pequeños volúmenes de hidrocarburos de unos 100 litros por milla náutica?
5.	Los hidrocarburos vertidos en el mar sufren los efectos de la intemperie debido al viento y las olas. En particular, las gotas de agua se mezclan con la capa de aceite, lo que conduce a la emulsificación ("mousse de chocolate"). ¿Es posible detectar y cuantificar los hidrocarburos meteorizados en la superficie del mar con un escáner MWR?
6.	Otro efecto de la meteorización es la evaporación de los compuestos volátiles del petróleo, lo que provoca un aumento de la densidad de los aceites. Por tanto, la densidad puede superar la densidad del agua de mar. Luego, el petróleo se sumerge y flota en la columna de agua. ¿Sería factible detectar petróleo sumergido con un escáner MWR?