Zvětšit obrázek

Vrtná plošina Deepwater Horizon před a po výbuchu

20. dubna letošního roku došlo v Mexickém zálivu k výbuchu vrtné plošiny Deepwater Horizon britské společnosti BP (dříve British Petroleum). Právě probíhaly závěrečné úpravy 1650 metrů hlubokého ropného vrtu. O dva dny později se plošina zhroutila, selhal automatický uzávěr vrtu a do moře začalo vytékat gigantické množství ropy. Odhaduje se, že denně mohlo jít až o 53 000 barelů (8 400 m³, tedy 8,4 milionů litrů) ropy. Než se tento nežádoucí podmořský gejzír podařilo uzavřít, do vody zálivu vyteklo více než 4 miliony barelů ropy (4,9 mil. barelů = 780 milionů litrů;  4,1 - 4,3 mil. barelů). Tím se tato havárie svým rozsahem zařadila na první místo na moři a na druhé místo v celkovém pořadí, protože shodou okolností právě před sto lety, v roce 1910 ze zhavarovaného vrtu v Kalifornii jako z artézské tlakové studny, ve třicetimetrovém gejzíru vyteklo na souš okolo 9 milionů barelů ropy.

Zvětšit obrázek

Mikroorganismy rozkládající mikrometrové kapičky ropné emulze. Kredit: Hoi-Ying Holman group

Jde bezpochyby o obrovské přírodní katastrofy, které si vybírají svou daň a z jejich následků se okolní ekosystém vzpamatovává měsíce až roky. Ale i u takových havárií platí, že někdo z nich profituje. V první řadě jsou to některé druhy bakterií, pro které je ropa, jako směs uhlovodíků, bohatým zdrojem živin a po válce v Perském zálivu výzkum prokázal, že se tvoří doslova bakteriální společenstva vícero druhů, jejichž metabolizmus na sebe navazuje, vzájemné soužití jim prospívá, protože se specializují na různé ropné frakce. Na první pohled se zdá, že chytrá příroda našla nejlepší řešení jak zlikvidovat ekologickou hrozbu, protože bakterie nakonec rozloží většinu ropy, která se do oceánu dostane. Člověk navíc tento proces urychluje tím, že při havariích z letadel oceán postřikuje obrovským množstvím emulgátorů (v Mexickém zálivu byl použit COREXIT v objemu téměř 4 milionů litrů). Jde o látku, která zabraňuje tvorbě souvislé ropné vrstvy a směs uhlovodíků rozptýlí do hloubky vodního sloupce v podobě emulze, tedy drobných mikrometrových kapiček vznášejících se ve vodě.

Vše má ale chybičku krásy – bakterie sice ropu rozkládají, ale ne úplně ke prospěchu všech a bez negativních následků. Na rozklad vazby mezi uhlíkem a vodíkem totiž potřebují kyslík a jediný k dispozici je ten rozpuštěný ve vodě. Výrazný pokles koncentrace kyslíku ale vážně poškozuje celý podmořský ekosystém.

Ekologické katastrofy, jakým je i havárie ropné plošiny Deepwater Horizon, tak vedou k uvolnění milionů dolarů na výzkum rozsahu, ohrožení a následků. Příležitostí se samozřejmě chopí všichni od menších soukromých firem po proslulé vědecké instituce a vládní gigant NOAA (Národní úřad pro oceán a atmosféru), který bude příští rok globálně planetu oteplovat za 5,6 miliardy dolarů z veřejných zdrojů, tedy o 0,7 miliardy USD dráž, než letos. Strašit se vyplatí a pokud to jen trochu půjde, média nás budou zaplavovat chmurnými prognózami všeho druhu.

V případě havárie ropné plošiny ale byla NOAA, zastřešující vládní zprávu o rozsahu následků katastrofy, mnohem optimističtější, než byly se svými prvními výsledky nezávislé organizace. Před měsícem na své stránce časopis Nature zveřejnil komentář, který naznačuje, že výsledky různých výzkumů, zhodnocujících obsah kyslíku ve vodách se navzájem liší. Není těžké pochopit, že svou roli sehrála i jiná motivace, nežli čistá snaha o posouzení skutečného stavu.

Zvětšit obrázek

Podle průzkumů koncem července se od místa havarovaného vrtu v hloubce 1,1 km pod hladinou táhnul 2 km široký a 200 m tlustý oblak ropné emulze do vzdálenosti až 35 km. Kredit: WHOI

I on-line vydání časopisu Science – Science Express zveřejnilo v posledních dnech výsledky dvou průzkumů míry znečištění a poklesu obsahu kyslíku v hloubkách pod 1 km, kde se vlivem proudění vytvořil dlouhý podmořský oblak ropné emulze. První výzkum je více alarmistický a referuje o něm opět Nature v rubrice Nature News. Je z dílny privátní neziskové oceánografické výzkumní organizace Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), sídlící na atlantickém pobřeží v americkém státě Massachusetts. Technicky dobře vybavená instituce zmapovala zmíněné podmořské znečištění pomocí automatické sondy, která systematicky proplouvala od místa havárie křížem – krážem napríč směrem proudění. Práce předčasně ukončila hrozba přicházejícího hurikánu, ale výzkumníci WHOI podle získaných údajů odhadují, že na konci července se oblak koncentrovanější ropné emulze táhl v hloubce 1 až 1,2 km od místa vrtu na vzdálenost asi 35 km, byl asi 2 km široký a na výšku měl v průměru asi 200 m. Pomocí přístrojů upevněných na podmořské sondě vykonali 3 500 měření koncentrací uhlovodíků a 10ti dalších chemických látek. Zároveň pomocí ponorného zařízení, ovládaného z lodi kabelem, odebrali 2 300 vzorků na měření koncentrace kyslíku.

Zvětšit obrázek

Vzorky znečištěné vody z různých hloubek vědci odebírali z palub 2 lodí. Kredit: Terry Hazen group

Na základě výsledků těchto měření WHOI dospěla k závěru, že hladina kyslíku nijak výrazně neklesla, což svědčí o pomalé bakteriální biodegradaci ropné emulze, pomalejší než se původně předpokládalo, nebo jak prokázaly jiné výzkumy, které uvádějí snížení obsahu rozpuštěného kyslíku až o 30 až 50 %. Podle názoru oceánografů z WHOI jsou tyto naměřené dramatické poklesy následkem zanesení membrán ponorných přístrojů, které pak udávají nesprávné nižší hodnoty a proto je nutné kombinovat alespoň dvě nezávislé metody. Jak se vyjádřil Benjamin Van Mooy, jeden z autorů studie, to, že se ve skutečnosti zjistily jen malé změny v obsahu kyslíku znamená, že potrvá ještě několik měsíců, než se bakterie namnoží a následkem intenzivnějšího rozkladu uhlovodíků se hladina kyslíku sníží na očekávané minimum, kdy sice dojde k rychlejšímu rozkladu, ale zároveň většímu kyslíkovému deficitu. Podle Woods Hole Oceanographic Institution se tedy oblak znečištění v kilometrové hloubce pod hladinou udrží déle, než se očekávalo. Tato práce se v Science Express objevila 19. srpna.

Zvětšit obrázek

Genetické analýzy pomocí nového čipu odhalily, že dominantním druhem bakterie, která v Mexickém zálivu v hloubkách 1,1 až 1,3 km rozkládá dispergovanou ropu, je dosud neznámý druh gammaproteobakterie. Kredit: Terry Hazen group

O pár dnů později, 24. srpna, to samé internetové periodikum vydalo další zprávu, tentokráte z dílny Lawrencovy národní laboratoře v Berkeley. Tým mladých výzkumníků pod vedením ekologa Terryho Hazena z paluby dvou průzkumných lodí v oblasti podmořského mraku ropné disperze, na 17 různých místech a z rozličných hloubek odebral 200 vzorků vody pro detailní chemické i mikrobiální analýzy, které pak provedli ve spolupráci s dalšími institucemi. Výsledky na rozdíl od závěrů WHOI prokázaly, že činnost mořských mikroorganismů odbourává ropu mnohem rychleji, než se původně předpokládalo. A to i navzdory tomu, že koncentrace ve vodě rozpuštěného kyslíku neklesla nijak dramaticky – v porovnání s okolní neznečištěnou vodou zaznamenali v hlubokomořské ropné emulzi jenom jeho osmiprocentní úbytek. Podle Terryho Hazena kyslíkovou bilanci reguluje nízký obsah železa ve vodě. Tento prvek bakterie potřebují pro výrobu enzymů štěpících uhlovodíkové vazby. Když rozpuštěné železo není k dispozici, ani kyslíku potom tolik neubývá. Znamená to tedy, že umělým „přihnojováním“ železem by se pravděpodobně dal celý proces ovlivňovat.

Zvětšit obrázek

Tým výzkumníků z Berkeley Lab okolo svého „vůdce“, mikrobiologa Terryho Hazena (sedícího uprostřed). Mladí vědci prokázali, že biodegradace hlubokomořské ropné emulze je rychlejší než předpovídaly modely. Ani u množství rozpuštěného kyslíku nezaznamenali očekávaný výrazný pokles. Kredit: Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab

Kromě chemických rozborů jsou nejen z ekologického, ale i čistě vědeckého hlediska zajímavé genetické analýzy, jež vypovídají o nových, dosud neznámých a do odstrašující biologické systematiky nezařazených druzích. V Mexickém zálivu dochází i přírozenými procesy k občasných únikům zemního plynu a ropy z geologického podloží do vod a proto se zde vyvinulo pro tyto podmínky specifické bakteriální společenství, jež ale nebylo doposud podrobněji prozkoumáno. V hloubce pod 1 km je teplota asi 5 ^oC, vysoký tlak a běžně nízký obsah uhlíku, proto obrovský podmořský oblak emulze zde způsobil velkou změnu. Nově vyvinutý čip (PhyloChip) o velikosti kreditní karty vědcům „rychle, přesně a komplexně“ pomohl bez nutnosti předcházející kultivace odhalit v každém jednotlivém vzorku vody až 50 000 různých druhů bakterií a archeí. V ropné emulzi se dominantním druhem stal dosud neznámý mikroorganismus, jenž je blízce geneticky příbuzný se dvěma známými ropnými bakteriemi Oleispirea antarctica a Oceaniserpentilla haliotis.

Podle shrnujících slov Terryho Hazena jejich studie odhaluje, že ropa výrazně změnila mikrobiální společenství a stimulovala rozmnožení hlubinných psychrofilních (chladnomilných), ropu degradujících gamaproteobakterií. Tato změna se naštěstí obešla bez výrazného úbytku kyslíku. Analýzy také prokázaly překvapivou rychlost biodegradace ropných alkanů (nasycených uhlovodíků, v jejichž molekulách jsou mezi uhlíky jenom jednoduché a ne dvojné, nebo trojné vazby). Jejich poločas bio-rozpadu, tedy doba, kdy se původní množství sníží na polovinu, se pohybuje mezi 1,2 až 6,1 dne.

Zvětšit obrázek

S jistou nadsázkou bychom tedy mohli konstatovat, že co „pán tvorstva“ na planetě naruší, to ty „nejprimitivnější“ organismy nakonec napraví. Všechny nákladní sanační akce organizované člověkem odbouraly asi jenom třetinu uniklé ropy (včetně spálení, záchytu z hladiny, odstředění a chemické emulgace). 25 % se odpařilo, nebo rozpustilo v mořské vodě, dalších 16 % samovolně rozptýlilo v podobě emulze i bez zásahu člověka a asi 26 % se vyplavilo na pobřeží, kde vsakuje do sedimentů a v nich se časem rozloží. Tato část postupně podlehne chemickým změnám a mikroorganismům. Těm musíme v statistice k dobru přičíst i likvidaci emulze chemicky cíleně vytvořené člověkem – tedy rozložení minimálně poloviny veškeré uniklé ropy.

(Dodatek na základě diskuze pod článkem: V lednu 1991, v průběhu války Iraku proti Iránu a Kuvajtu, vyteklo do Perského zálivu z 8 různých zdrojů obrovské množství ropy. Odhady se různí od 2 do 8 milionů barelů. Nejčastěji uváděný údaj je asi 6 milionů barelů.

Na první pohled ale uděsně vypadá hodnota, kterou uvádí stránka Environmental impact of the offshore oil and gas exploration and production pro celkové množství ropy, které za rok unikne do světových oceánů – podle odhadů je to prý až čtvrtina procenta celosvětové roční produkce, což představuje okolo 6 milionů tun, čili asi 44 milionů barelů. Je to 9 až 10 deset krát více, než uniklo při nedávné havárii v Mexickém zálivu. Další důkaz, že život na této planetě bez bakteríí není možný.)

Roboty požírající ropné skvrny

Ropná havárie ale nepodnítila jenom výzkum následků a procesů, které v ekosystému vyvolala. Vědci z Massachusettského technického ústavu, známého pod zkratkou MIT, nabízejí zajímavé řešení pro sběr ropy gravitačně separované na povrchu vody pomocí rojnice menších robotů, jenž dostaly příznačný název Mořské hejno.

Jednotlivé zařízení vypadá jako dopravníkový pás vyčnívající z plovoucí krabice. Sběrný pás je ze speciálního materiálu z nanodrátků, který dokáže absorbovat ropu v rozsahu 20ti násobku vlastní hmotnosti, přičemž sám je hydrofobní, tedy vodu nenasakuje. V těle robota je topné těleso, které může ropu na místě spalovat. Ale celé hejno se může použít i jenom na "smetení ropy na hromadu", odkud by se pak povrchově odčerpávala jiným zařízením.

Roboty jsou poháněny fotovoltaickými články, navigovány přes GPS a dálkové WiFi spojení a jejich malé rozměry jim umožňují čistit povrch vody i u členitého pobřeží. Cena jednoho člena Mořského hejna je přibližně 20 000 USD.

Zdroje: Nature News 1, 2, WHOI, Berkeley Lab , Science Express 1, 2, Wikipedia