Cómo Los Diminutos Microbios Tomaron Un Gran Bocado Del Derrame De Petróleo De Deepwater Horizon

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Dos investigadores describen su investigación sobre el destino de las liberaciones masivas de metano del derrame de petróleo en el golfo durante el verano y el otoño de 2010.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

El metano, un potente gas de efecto invernadero, se filtra naturalmente del fondo marino en muchos lugares del planeta, incluso en el Golfo de México.

Los científicos saben que parte del metano liberado naturalmente en el Golfo es consumido por microbios, pero aún están tratando de determinar qué parte del metano liberado llega a la atmósfera, donde puede influir en el clima. Para ayudar a definir mejor las relaciones entre las filtraciones de metano y el cambio climático, previamente habíamos realizado muchos estudios de filtraciones naturales de metano. Sin embargo, no todas las filtraciones de metano marino son naturales; Importantes cantidades de metano también se filtran de fuentes no naturales, como los pozos petroleros. Entonces, cuando la plataforma de Deepwater Horizon de BP explotó en el Golfo de México el 20 de abril de 2010 y la perspectiva de Macondo comenzó a liberar hidrocarburos, sospechamos que el derrame de petróleo resultante estaría acompañado por una gran descarga de metano.

Una liberación de mega metano

De hecho, teníamos razón. De hecho, tanto metano brotó del pozo que parte de él se acumuló como estructuras sólidas similares a los cristales, conocidas como hidratos de clatrato, en las tapas de los pozos que los operadores de equipos de perforación utilizaron para intentar sellar el pozo. Desafortunadamente, esas acumulaciones de hidrato de clatrato de metano eventualmente llenaron las tapas de los pozos y, por lo tanto, evitaron que sellaran el pozo.

Además, poco después de que explotara la plataforma Deepwater Horizon, el Departamento de Energía y BP recolectaron medidas que indicaban que, metrós por molécula, el metano era el material más abundante que se liberaba de la plataforma. Con la plataforma derramando 52,700 barriles de petróleo por día en el Golfo, ahora nos dimos cuenta de que también liberaba mucho más metano que cualquier otra filtración de metano natural previamente estudiada.

A medida que las noticias sobre la liberación por parte de la plataforma de grandes cantidades de metano se esparcieron por la comunidad científica y el público en general, creció una ola de salvajes especulaciones sobre sus impactos finales.

Por ejemplo, algunas personas predijeron que el metano ascendería gradual e inofensivamente a la atmósfera. Otra predicción fue que el metano permanecería en el océano, asfixiaría la vida marina y por lo tanto produciría grandes extensiones de océano sin vida (llamadas zonas muertas). Algunas personas incluso predijeron de forma extravagante, para gran consternación de muchos residentes de la costa del Golfo, que una burbuja de metano gigante se elevaría repentinamente desde el fondo del Golfo y provocaría una marejada enorme.

Desafortunadamente, sin embargo, la mayoría de las especulaciones sobre el destino de las emisiones de metano se basaron en una conjetura sin fundamento, no en datos concretos. Dicha especulación sin respaldo nos recuerda la famosa cita de Lord Kelvin en 1883:

"A menudo digo que cuando puedes medir lo que estás hablando y expresarlo en números, sabes algo al respecto; pero cuando no puede medirlo, cuando no puede expresarlo en números, su conocimiento es escaso e insatisfactorio; Puede ser el comienzo del conocimiento, pero apenas ha avanzado en sus pensamientos al estado de Ciencia, sea cual sea el asunto ".

Seguimiento de metano

Como investigadores devotos del metano, quisimos saber qué pasaría realmente con el metano liberado por la perspectiva de Macondo, tanto por nuestro interés en las relaciones entre las emisiones de metano y el cambio climático como por nuestra preocupación por la salud ecológica del Golfo.

Como científicos, queríamos resolver el misterio del metano a través del método científico tradicional. Esto implicaría desarrollar primero una idea, llamada hipótesis, basada en un conjunto inicial de datos sobre el metano liberado y luego realizar pruebas que involucren una mayor recopilación de datos, lo que apoyaría o refutaría nuestra hipótesis.

A las pocas semanas de la explosión, recibimos fondos de la National Science Foundation para investigar el componente de metano del derrame de petróleo. En junio de 2010, con solo dos semanas de preparación, nos embarcamos en nuestra primera expedición al derrame de petróleo, investigando el metano a bordo de un barco de investigación.

En ese viaje, medimos los niveles de metano en el océano mediante el uso de cabrestantes para bajar cuidadosamente el equipo electrónico por la borda. El equipo electrónico recopiló datos y nos proporcionó muestras de agua de diversas profundidades que podríamos utilizar para realizar pruebas de metano.

Usando ese método, descubrimos gigantescas columnas horizontales de metano y otros gases que se encontraban a aproximadamente dos tercios de una milla por debajo de la superficie del océano y tenían un espesor de 110 a 220 yardas (100 a 200 metros).

Las plumas contenían concentraciones de metano disuelto que eran de 10,000 a 100,000 veces por encima de los niveles normales, las concentraciones de metano más altas jamás documentadas en las aguas del océano.

Además, probamos los niveles de metano en y sobre la superficie del océano para determinar si el gas se estaba escapando a la atmósfera. Nuestros resultados de esas pruebas indicaron que el metano de la perspectiva Macondo no se emitía a la atmósfera y se mantenía disuelto y suspendido en las profundidades del océano.

En junio de 2010, también medimos las tasas a las que los microbios consumidores de metano consumían y, por lo tanto, eliminaban el metano de la perspectiva Macondo de las aguas del Golfo. Aunque unas pocas mediciones resultantes indicaron que los microbios consumían metano con bastante rapidez, la mayoría de las mediciones reflejaron tasas de consumo lentas o "biodegradación".

Debido a la evidencia de la lenta biodegradación del metano del penacho, junto con la naturaleza récord de las concentraciones de metano en los penachos, en junio planteamos la hipótesis de que los penachos de altas concentraciones de metano persistirían en el Golfo durante los próximos años.

Historia sorprendente

Continuando con el seguimiento de los niveles de metano en el Golfo, lideramos tres encuestas adicionales en todo el Golfo en agosto, septiembre y octubre de 2010. A través de esas encuestas, que fueron apoyadas por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, muestreamos 207 ubicaciones únicas y medimos las concentraciones de disuelto metano y oxígeno en miles de muestras de un área que cubre 36,000 millas cuadradas (aproximadamente 93,000 kilómetros cuadrados).

Sorprendentemente, nuestros análisis de los datos generados a través de esas encuestas posteriores revelaron una historia completamente imprevista: en lugar de años duraderos, como habíamos hipotetizado, las altas concentraciones de metano que habíamos medido en junio de 2010 apenas habían durado meses y se habían terminado en otoño de 2010. Para entonces Los niveles de oxígeno dentro de los penachos se habían agotado ligeramente.

Los microbios que comen metano eliminan el oxígeno del agua cuando respiran. Por lo tanto, si los microbios consumieran metano en las plumas, esperaríamos que los niveles de metano y oxígeno de las plumas disminuyan, fenómenos que de hecho se reflejaron en los datos recopilados de las plumas en el otoño.

Así que revisamos nuestra hipótesis en consecuencia. Ahora planteamos la hipótesis de que en algún momento a mediados o finales del verano de 2010, las vastas cantidades de metano liberadas del desastre de Deepwater Horizon habían sido consumidas casi por completo por microbios que se alimentan de metano.

Poniendo nuestra nueva hipótesis a prueba

Para probar nuestra hipótesis revisada, realizamos numerosos tipos de pruebas, tanto en el mar como en el laboratorio. A diferencia de nuestra hipótesis original, que fue refutada por dichas pruebas de seguimiento, nuestra hipótesis revisada fue respaldada por todas estas pruebas, que incluían lo siguiente:

  • Una búsqueda exhaustiva de metano en, por encima, por debajo y lejos de las plumas que implicaron medir más de 650 muestras de agua. También muestreamos continuamente la atmósfera tomando más de 60,000 mediciones de aire. Nuestros resultados mostraron que ninguna de nuestras mediciones de aire o agua tenían niveles elevados de metano.
  • Mediciones de la cantidad total de oxígeno que se había eliminado de las plumas. Estos análisis revelaron que faltaba tanto oxígeno de las plumas que su eliminación solo podía explicarse por un fenómeno, que los microbios consumieron casi por completo las vastas cantidades de metano que había sido liberada por el desastre de Deepwater Horizon.
  • Los análisis genéticos de los microbios que permanecen en las plumas, que mostraron que los organismos eran microbios que comen metano.
  • Los cálculos matemáticos que integran los datos de las corrientes oceánicas y nuestros datos sobre el metano, el oxígeno y las tasas de consumo de metano indicaron que casi todo el metano de Deepwater Horizon se había consumido completamente a principios de agosto.

Entonces, ¿cuál fue el origen de las poblaciones masivas de microbios masticadores de metano que inesperadamente limpiaron las columnas de metano y redujeron los niveles de oxígeno? El propio golfo. Después de todo, incluso antes de que explotara la plataforma Deepwater Horizon, el Golfo había sido salpicado por muchas filtraciones naturales de metano que proporcionaban alimentos para poblaciones de microbios que consumían metano de tamaño modesto.

En respuesta a la explosión y las liberaciones resultantes de enormes volúmenes de metano, las poblaciones microbianas se aprovecharon el día, se alimentaron de las liberaciones de metano y experimentaron grandes aumentos de la población. Después de que finalmente se comieron fuera de casa y hogar, las grandes poblaciones de microbios que se alimentan de metano finalmente se encogieron.

Por lo tanto, si no fuera por la presencia en el Golfo de las poblaciones de línea base de microbios que consumen metano antes de la explosión, el enorme volumen de metano liberado por el desastre de Deepwater Horizon puede haber persistido mucho más tiempo. Debido a que el volumen de metano liberado del desastre de Deepwater Horizon sentó un precedente y nunca antes se había observado, la rápida y poderosa respuesta microbiana que desencadenó tampoco se había observado antes.

Nos complace tener la oportunidad de prestar nuestra experiencia para estudiar el derrame de petróleo. Pero también tratamos de hacer algo bueno de este desastre y usarlo para aprender algo sobre cómo funciona el planeta de forma natural. Lo que nuestra investigación nos ha enseñado es que si alguna de las grandes reservas de metano que actualmente están enterradas debajo del fondo marino se liberan en grandes cantidades, ya sea debido al calentamiento del océano, los terremotos o factores causados ​​por el hombre, los microbios presentes localmente pueden al menos Ayuda parcialmente a reducir las influencias potenciales sobre el clima.

Nota del editor: Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Detrás del archivo de escenas.


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