細菌干掉“深水地平線”泄露氣體？

翻譯/潘峰

細菌干掉“深水地平線”泄露氣體？

翻譯/潘峰

墨西哥灣“深水地平線”漏油事件后，科學(xué)家大衛(wèi)·瓦倫丁和他的同行于2011年早期發(fā)表了關(guān)于“細菌的過量繁殖消耗掉了幾乎所有泄露的甲烷氣體”的研究成果。隨后，一些人對這位加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）的地球化學(xué)家提出了質(zhì)疑：泄漏出的甲烷氣體是怎樣消失的呢？

在新一期的《美國國家科學(xué)院學(xué)報》中，瓦倫丁和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的機械工程師伊戈爾以及其他合作者們報告了他們的新研究成果。他們采用一種新的計算機模型來論證墨西哥灣中水下地形、洋流和細菌在消耗泄露甲烷氣體中所扮演的不同角色。

這項研究成果是2011年研究的延伸，其中，瓦倫丁和其他研究者們解釋了細菌在消耗超過200,000噸溶解甲烷氣體中所扮演的角色。“我們似乎在把很多碎片組裝在一起，”瓦倫丁說，“我們應(yīng)該走出去，采集一些樣本，然后研究在這些樣本中正在發(fā)生什么，不論是泄露過程中或是之后。那里存在微生物和生物降解作用的變化，而且我們明顯需要把水體的運動包含在其中。”

工作人員在取樣檢測

墨西哥灣地形

科學(xué)家們相信，水流運動——或者說“水流到哪里”的物理現(xiàn)象中存在著重要因素。瓦倫丁向機械工程師伊戈爾求助，他曾經(jīng)在2011年發(fā)表研究成果，預(yù)測水面浮油將擴散到何處。“我們的工作是有根據(jù)的，”伊戈爾說，“根據(jù)原油泄漏的位置以及擴散的方向，我們相信，如果將詳細的流體動力學(xué)模型和細菌模型放在一起，那將會是很美妙的事情。”

合成的計算機模型擁有流入墨西哥灣的烴類化學(xué)成分的數(shù)據(jù)，并加入了52類消耗烴類的細菌。模型的物理特性基于美國海軍的海灣洋流模型以及泄漏幾個月來對于水體運動的觀察。之后，幾位科學(xué)家得到了伊戈爾之前的同事的幫助，他們是來自克羅地亞里耶卡大學(xué)的工程師。“我們需要編寫軟件，這是個大工程，而且非常緊急，但是他們做到了。”伊戈爾說，“這是一項杰作。這類研究通常需要至少1年的時間，而我們找到了可以在3、4個月內(nèi)搞定的辦法。”

這種空中機器人溢油回收系統(tǒng)名叫Aeros，是一支飛機空降的機器人部隊。它們能隔離石油，利用類似離心分離機的油水分離器提煉收集石油。每個機器人能在1分鐘內(nèi)凈化約11噸漏油，整個自動化部隊能在幾天時間里將約4萬噸以上的漏油清潔完畢

模型顯示，一個關(guān)鍵的因素是墨西哥灣的物理結(jié)構(gòu)。“是海灣的地形，”瓦倫丁說，“那里就像一個箱形峽谷，因此，泄漏發(fā)生在一個封閉區(qū)域，當烴類從油井里釋放出來后，細菌開始大量繁殖。若是在其他海灣，菌群會被洋流沖散。但是在墨西哥灣，它們就像在洗衣機里面一樣在打著轉(zhuǎn)，而且經(jīng)常能流回泄露的井中，有時這種情況會發(fā)生2次或者3次。我們觀察到，一些已經(jīng)暴露在烴類中并已有菌類大量繁殖的水又重新流回到了油井中。”

瓦倫丁繼續(xù)解釋道，隨著水的流回，已經(jīng)大量繁殖并且吃到它們喜愛烴類的生物體直接攻擊和追逐這些化合物。然后它們就又嘗到了美味的碳氫化合物。“當已經(jīng)生長的菌群重新返回井口的時候，它們消耗烴類的速度就會大大加快，而且，細菌和烴類的表現(xiàn)各不相同。它們分別所占的比例與水流第一次出現(xiàn)時已經(jīng)不一樣了。”模型為科學(xué)家們檢驗這種假說提供了依據(jù)。

科學(xué)家們相信，從這項研究中人們可以學(xué)到很有價值的東西。伊戈爾認為，這種應(yīng)用模型的方式對任何研究鉆探石油的人來說都是一個警示。“從一般的觀點來看，我們需要投入更多精力應(yīng)對漏油處周圍的水流，”伊戈爾說，“在海上石油鉆探的大多數(shù)地方，我們并沒有模型。為什么不弄一個呢？比如造一架飛機，你就會有一個模型，但是鉆探這種高風(fēng)險的事情卻可以不用模型？我們其實是可以預(yù)測漏油情況的，這就是模型的用處。”

墨西哥灣的水下地形、洋流和細菌共同導(dǎo)致了甲烷和其他2010年4月20日從井中噴出的物質(zhì)的消失。隨著科學(xué)家們不斷揭開“深水地平線”微生物故事神秘的外衣，我們也學(xué)到了很多關(guān)于海洋的生物系統(tǒng)與石油相互作用的知識。

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空降機器人把油污“吃”得干干凈凈

2010年4月20日，當英國石油公司“深水地平線”平臺馬孔多油井發(fā)生爆炸，開始在墨西哥灣泄漏石油時，一種新的機器人系統(tǒng)幾小時卓有成效的工作，使泄漏的油污沒有碰到岸邊，給人留下了深刻的印象。

?題外話題：重油侵襲意大利海難

康奈爾大學(xué)地球與大氣科學(xué)系教授查理斯·格林，同時也是防護海洋生態(tài)系統(tǒng)威脅方面的專家，近日指出了由于“科斯塔·康科迪亞”號豪華游輪觸礁并傾覆在意大利托斯卡納海岸外的國際海洋生物保護區(qū)內(nèi)，船上搭載的2300噸重油會帶來對海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在威脅。格林說：“這一事件就造成了許多層面上的災(zāi)難。除了人員的傷亡外，破損的船體所導(dǎo)致的燃油泄漏可能對該地區(qū)的海洋生物帶來災(zāi)難性后果。”

他指出，雖然這次事故沒有接近墨西哥灣災(zāi)難的規(guī)模，但是游輪擱淺的意大利吉廖島地區(qū)正坐落于地中海佩拉哥斯海洋哺乳動物保護區(qū)。這一由法國、意大利和摩納哥在10年前共同設(shè)立的保護區(qū)坐落于科西嘉島與意大利本土之間，其目的是用來保護包括長須鯨、抹香鯨、海豚、金槍魚、旗魚以及鯊魚在內(nèi)的眾多海洋物種，使他們在夏季得以在此覓食。

這種空中機器人溢油回收系統(tǒng)名叫Aeros，是一支飛機空降的機器人部隊。它們能隔離石油，利用類似離心分離機的油水分離器提煉收集石油。每個機器人能在1分鐘內(nèi)凈化約11噸漏油，整個自動化部隊能在幾天時間里將約4萬噸以上的漏油清潔完畢。

那么Aeros是如何進行工作的呢？首先，飛機在漏油地點附近空降放下面包車大小的清潔海水機器人和充氣的漏油柵；接著充氣膨脹后的U形漏油柵就會圍住漏油，將其包圍，機器人運用GPS找到漏油柵攔住的浮游物，直接將污水送入機器人體內(nèi)的清潔系統(tǒng)；隨后機器人將含油的海水吸入一個圓錐體，它旋轉(zhuǎn)時會帶動內(nèi)部液體轉(zhuǎn)動，將密度較大的水釋放出去，剩下的油流入椎體核心部位，而椎體一端的低壓會將油吸走，較重的水會流到另一頭，這時水已經(jīng)是99%的清潔海水了；最后，一位機器人每分鐘能清潔約11噸水，幾天之后就可以讓污染區(qū)域煥然一新。

水下機器人體積大小不一，有的如同小型汽車；有的卻像大卡車。為了保護它們免受5000英尺以下海水產(chǎn)生的巨大壓力，機器人體內(nèi)的大部分由泡沫組成。它們與光纖或銅線連接以便保持通信，但有時洋流會糾結(jié)甚至弄斷這些生命線。

Aeros的開發(fā)商是全球響應(yīng)公司（Global Response Group）。它正在生產(chǎn)的第一批機器人原型，已于2011年投入石油泄漏的測試實驗。該公司還與中國政府商議成立第一座Aeros飛行基地，以便調(diào)遣機器人保護中國的漁業(yè)水域免受近海鉆探帶來的海洋威脅。這一基地項目將耗資8億美元，但與一場漏油事件導(dǎo)致的數(shù)十億美元損失相比實在是微乎其微。（李忠東編譯）