Lektioner fra Aliso Canyon lækagen

Aliso Canyon lækagen, som begyndte den 23. oktober, 2015 på et SoCalGas naturgaslager og tog næsten fire måneder at tilslutte, var en af ​​de største miljøkatastrofer i amerikansk historie, udløser evakuering af mere end 6, 800 nærliggende husstande.

Den pludselige oversvømmelse af naturgas - en blanding af for det meste metan og etan - giver forskere en enestående mulighed for at undersøge, hvordan miljøet reagerer. Metan er den næsthyppigste drivhusgas efter kuldioxid (CO2) og, som CO2, stiger hurtigt i koncentration i atmosfæren globalt. Som sådan, forskere er interesserede i at lære mere om de mekanismer, som naturen allerede har på plads til at klare udsving i metaniveauer - samt begrænsningerne ved disse mekanismer.

"Aliso Canyon lækagen er en katastrofe, men det er også en mulighed for at studere dette usædvanlige miljøforstyrrelseseksperiment, "siger Victoria Orphan, James Irvine Professor i miljøvidenskab og geobiologi ved Caltech. Siden december 2015 har Orphan har samarbejdet med Caltech -forsker Patricia Tavormina for at studere væksten og sammensætningen af ​​mikrobielle samfund i jorden omkring det berørte område.

Aliso Canyon har fungeret som en naturgaslager i årtier. I 1938, J. Paul Getty's Tidewater Associated Oil Company opdagede et oliefelt nord for Porter Ranch -kvarteret i Los Angeles i den nordvestlige San Fernando -dal. Olieproduktionen toppede i 1950'erne med omkring 118 aktive brønde, derefter tilspidset. Der er stadig 32 brønde tilbage, men fra 1970'erne blev hovedparten af ​​oliefeltet omdannet til et naturgaslager.

Geologisk set som et udtømt oliefelt, Aliso Canyon er en ideel lagring af naturgas. Med olien pumpet ud, hvad der er tilbage er en region med porøs sten omkring 9, 000 fod under overfladen, gennem hvilken gas frit kan strømme, toppet med en uigennemtrængelig slutsten. Det er en af ​​de største sådanne faciliteter i USA, når en gennemsnitlig dybde på 9, 000 fod og i stand til at lagre 86 milliarder kubikfod naturgas. SoCalGas køber naturgas fra hele landet og sender den til stedet, hvor det injiceres under kapstenen og ind i den porøse sten via 115 gasindsprøjtningsboringer; når det er nødvendigt, gassen pumpes tilbage ud gennem disse ledninger. Under lækagehændelsen, en af ​​de brønde, placeret cirka en kilometer nord for hjem i Porter Ranch, revnet i en dybde på omkring 300 fod, over slutstenen.

SoCalGas forsøgte flere "topkillinger" for at stoppe lækagen - det vil sige sprøjte en gylle af mudder og saltlage ned i brønden i et forsøg på at tilslutte den. Det øverste drab mislykkedes, da et højt tryk inde i den metanfyldte porøse sten gentagne gange blæste proppen ud igen. Lækagen blev endelig tilstoppet i februar 2016, takket være en nybygget brønd, der gjorde det muligt for SoCalGas at lindre trykket på den beskadigede brønd og permanent tilslutte lækagen.

Tidligere har Forældreløs og Tavormina, i samarbejde med professor Samantha Joye ved University of Georgia, undersøgte virkningerne af olieudslippet af Deepwater Horizon i 2010 - som frigjorde næsten 5 millioner tønder olie i Den Mexicanske Golf nær Mississippi -floddeltaet - på marine mikrobielle samfund.

Nu vil de vide, om og hvordan mikrober i jordbunden i Aliso Canyon er i stand til at overleve og tilpasse sig den pludselige stigning i lokale metaniveauer. For at gøre det, de indsamler først jordprøver både omkring brøndhovedet og inden for det nærliggende samfund.

Processen med at tage prøver ved Aliso Canyon starter lavteknologisk. Forskerne bruger en meter længde af polyvinylchlorid (PVC) rør, der er blevet delt på langs og derefter bundet sammen igen. De hamrer denne hule cylinder i jorden, så langt den når (normalt omkring en halv meter) og trækker den derefter op, adskille halvdelene, og fjern jorden indeni. Indtil nu, de har taget 63 jordkerner, cirka 16 heraf er lige ved brøndhovedet. De forventer, at de vil indsamle prøver mindst gennem februar 2017.

Prøverne bringes tilbage til Orphan's Caltech lab, hvor de behandles og analyseres.

"Den første ting, vi gør, er at lede efter ændringer i bestanden af ​​jordmikroorganismer. Hvis jeg ser ændringer i hele den samlede befolkning på tværs af rum eller tid, det er en indikation på, at befolkningen reagerer på gassen - befolkningen bliver formet, eller struktureret, ved gassen, "Siger Tavormina.

Ud over at overvåge den ændrede demografi af den mikrobielle befolkning, forskerne tæller fysisk de mest lovende bakteriearter - dem der synes at reagere mest på naturgassen. De opregner, hvor mange af visse bakterier der er i disse prøver og dyrker specifikke bakterier ud af jorden og spørger derefter, hvad der sker, når organismerne fodres med forskellige komponenter i naturgas, som metan.

Det er ikke bare så enkelt som at sige, at enhver ændring i mikroberne er drevet af metan, imidlertid. Afhængigt af dens kilde, naturgas indeholder en varierende procentdel af ethan, hvilket også kan være drivkraft for ændringer i mikrobielle samfund.

Yderligere, den proces, som mikrober bruger til at nedbryde metan, indeholder flere trin, som hver især påvirker miljøet for hver anden mikrobe i nærområdet. Der er flere veje til nedbrydning af metan og omdannelse til energi, som mikrober kan forbruge. Generelt, det første trin omdanner det til methanol, nedbrydning af methanol giver formaldehyd, og så videre. Mikrober findes i komplekse heterogene samfund, der ofte arbejder sammen for at fuldføre forskellige trin i processen.

"Forestil dig, at to mikroorganismer taler til hinanden:'Jeg kan bruge dit formaldehyd. Du bliver ved med at metabolisere metanen, og jeg tager mig af dette trin. ' Så det bliver som en samlebånd, "Siger Tavormina.

Mikrober, der forbruger metan, kendt som metanotrofer, gør det ved hjælp af et enzym kaldet partikelformet methanmonooxygenase (pMMO). Måling af pMMO -niveauer giver forskere en fuldmagt, hvormed de kan estimere antallet af metanotrofer i en prøve. Som sådan, da Orphan og Tavormina analyserede jordprøverne fra Aliso Canyon, de forventede at finde høje niveauer af pMMO i nærheden af ​​udblæsningen.

"De fleste jordarter har nogle metanotrofiske bakterier, men vi fik kun et svagt molekylært signal for pMMO, "Forældreløs siger." Du ville regne med, at jo tættere du kommer på gasudblæsningen, du vil se flere tegn på metanotrofberigelse, men det gjorde vi ikke, hvilket var uventet. "

I stedet, de opdagede et stigende antal af en usædvanlig bakterieart, der ikke tidligere havde været dyrket i et laboratorium. Denne endnu ikke navngivne mikrobe bruger en anden version af pMMO-enzymet-et, der føres rundt af bakterien i et cirkulært stykke DNA kaldet et plasmid. Plasmider kan reproducere uafhængigt af resten af ​​bakteriens genom, gør dem lettere at dele med andre organismer - hvilket gør det muligt, at denne mikrobe deler generne til behandling af metan med andre mikroberarter.

"Vi ser helt nye arter og grupper af mikroorganismer, som vi ikke troede forbruges kulbrinter, og finder ud af, at de helt sikkert er involveret i metaboliseringen af ​​det, "Siger Tavormina.

Ned ad linjen, At forstå, hvordan mikrober reagerer på og behandler metan, kan hjælpe med at afbøde fremtidige katastrofer. Tavormina siger, at det ikke er for langt ude at forestille sig oprydningsteams bevæbnet med jordmåtter fyldt med metanotrofiske mikrober, der reagerer på lækager.

For nu, Orphan og Tavormina vil fortsætte med at studere naturens reaktion på lækagen - og skinne lys over mikrobernes tilsyneladende uendelige evne til at overleve og trives under de omstændigheder, de står over for.