البترول: العلاقة بين البكتيريا والذهب الأسود

من يستطيع أن يتخيل حياتنا اليوم بدون النفط؟ إن معظم الطاقة التي نستهلكها، وكذلك معظم المنتجات البلاستيكية التي نستخدمها، تأتي من نفس السائل الزيتي الأسود الذي يتم استخراجه بمساعدة منشآت الحفر من أعماق الأرض، وأيضاً تحت قاع البحر. وكيف خلقت ووصلت إلى هناك؟

درور بار نير، مجلة "جاليليو".
تاريخ النشر: 01.10.07، 15:38

النفط عبارة عن خليط من مواد تسمى الهيدروكربونات، وهي كما يوحي اسمها عبارة عن سلاسل طويلة، وأحيانًا حلقات مغلقة، من الكربون المرتبط بذرات الهيدروجين.

لا نعرف على وجه اليقين كيف تكوّن النفط، وهناك عدة نظريات تحاول تفسيره. نحن هنا مهتمون بنظريتين حيويتين (تتعلقان بالحياة؛ في اليونانية، كلمة "bio" تعني "الحياة" و"genesis" تعني "الولادة").
وبحسب إحدى النظريات، فإن أصل النفط هو تراكم بقايا الطحالب والعوالق في قاع المحيطات القديمة، مع الطين، في ظروف غير هوائية ودون وجود الكائنات الحية الدقيقة المتحللة. في ظل هذه الظروف، تم تشكيل الحمأة العضوية. ومع مرور الوقت، دفنت الحمأة العضوية تحت الصخور الرسوبية، ونتيجة لارتفاع درجات الحرارة والضغط، حدثت فيها عمليات كيميائية أدت إلى تحويل المواد العضوية إلى هيدروكربونات.
ووفقاً للنظرية الثانية الجديدة نسبياً، فإن تلك الكائنات الميتة، بوجود الأكسجين، تحللت بواسطة الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والطحالب والفطريات)، ونواتج بعض هذه الكائنات الدقيقة هي الهيدروكربونات التي تراكمت تحت الصخور الرسوبية. وحتى يومنا هذا، فإننا نعرف الكائنات الحية الدقيقة التي تفرز مواد شبيهة بالبترول، وجميعها من مجموعة الطحالب الخضراء. على سبيل المثال، الطحالب المتوطنة Botryococcus braunii، والتي تعتبر مصدر إزعاج في البحيرات الأسترالية وتنمو أيضًا على ساحل المحيط الأطلسي وأماكن أخرى، تفرز هيدروكربونات طويلة (بطول 30-36 ذرة كربون) في بيئتها. 30 بالمائة من محتوى خلايا الطحالب عبارة عن هذه الهيدروكربونات.
تحاول العديد من الفرق البحثية حول العالم، بما في ذلك مجموعة آرثر نونومورا من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومجموعة مارغريت مولهولاند من جامعة أولد دومينيون في فرجينيا، زراعة الطحالب وتحسين إنتاجها من الهيدروكربون. وإذا نجحوا، فربما نستخدم في المستقبل الزيت المشتق من هذه الطحالب، والتي ستنمو في مياه الصرف الصحي النقية. ليس هذا فحسب، بل إن الطحالب ستعمل أيضًا على تقليل كمية غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) الناتج عن الدفيئة في الغلاف الجوي.
وتسبب تدفق النفط السائل بين الطبقات الصخرية وتغير الظروف الجيولوجية في احتجاز النفط في جيوب من التربة، دون الاتصال بالبيئة الخارجية، لملايين السنين، حتى وصلت إليه منشآت الحفر.
إن استخدام البشر المكثف للنفط يضر بجودة البيئة. التربة في مناطق الحفر والضخ ملوثة بالنفط. ويتم نقل النفط الخام من وإلى المصافي في خطوط الأنابيب والشاحنات والقطارات والسفن. كما أن جميع مناطق تحميل وتفريغ النفط ملوثة. إن الحاويات التي يُحفظ فيها النفط ومنتجاته (مثل صهاريج تخزين الوقود ومحطات الوقود) ليست دائماً محكمة الغلق بما فيه الكفاية، فيتسرب النفط إلى الأرض ويصل إلى المياه الجوفية ويلوثها.
وفي البحر: هل تعود السفن التي تنقل النفط لمسافات طويلة وتفرغ حمولته في وجهتها فارغة؟ لا! يقومون بملء الحاويات بمياه البحر (المستخدمة كمياه صابورة، أي المياه المستخدمة لموازنة السفينة). وعندما يعودون إلى الميناء الأصلي، يقومون بصب مياه الصابورة، التي تحتوي على بقايا النفط، مرة أخرى في البحر.

الحوادث تسبب التلوث
ولم نتحدث عن الحوادث بعد. وحدث أكثر من مرة أن غرقت ناقلات النفط الممتلئة وانفجرت في وسط البحر، وتسربت محتوياتها إلى البحر وغطت المنطقة بطبقة سميكة من النفط. يمنع النفط الأكسجين الموجود في الهواء من التصاعد إلى مياه البحر، وتختنق جميع الحيوانات الموجودة تحت بقعة النفط بسبب نقص الأكسجين وتموت. وتتضرر حيوانات أخرى عند ملامسة الزيت أو ابتلاعه، لأن الزيت يسد الجهاز التنفسي والهضمي.
في عام 1967، انقلبت الناقلة توري كانيون قبالة سواحل إنجلترا، وتسربت جميع حمولتها، 120,000 ألف متر مكعب من النفط، إلى البحر. وفي بعض المناطق المتضررة، استمر التلوث لمدة 10 سنوات تقريبًا.
المثال الأكثر شهرة، والذي كان بمثابة الحافز الأقوى للبحث عن حلول للمشكلة، حدث في 24 مارس 1989، عندما جنحت الناقلة العملاقة إكسون فالديز وانشطرت قبالة سواحل ألاسكا. وانسكب حوالي 20 في المائة من الشحنة، أي حوالي 40 ألف متر مكعب من النفط الخام (258,000 ألف برميل)، في البحر وتسبب في حدوث بقعة نفطية ضخمة، مما أدى إلى تلويث حوالي 220 كيلومترًا من الشواطئ.
في يناير 1991، في حرب الخليج الأولى، فجّر العراق آبار النفط الكويتية، ونتيجة لذلك، غمر الخليج الفارسي بكميات هائلة من النفط. وتم إنشاء بقعة تبلغ مساحتها حوالي 600 كيلومتر مربع، تحركت جنوباً على طول سواحل المملكة العربية السعودية بسرعة حوالي 20 كيلومتراً في اليوم، فدمرت كل كائن حي في طريقها. وكانت مساحة هذه البقعة أكبر بـ 27 مرة من مساحة تلوث إكسون فالديز.
ومن المهم أن نفهم أنه على الرغم من التغطية الإعلامية للأحداث المتعلقة بكميات كبيرة من النفط، فإن حالات العدوى "المزمنة" المطولة هي على وجه التحديد المشكلة الحقيقية. ويتسبب تغلغل النفط، وبعض مكوناته مسرطنة، في السلسلة الغذائية، وتلوث المياه الجوفية إثر تسربه المستمر، في انخفاض خصوبة الكائنات المصابة وأضرار جينية طويلة المدى.
مثال على كيفية تأثير النفط حتى في التركيزات المنخفضة: في 17 يناير/كانون الثاني 2001، جنحت ناقلة النفط "جيسيكا" بالقرب من جزيرة سان كريستوبال في جزر غالاباغوس، وبدأ النفط يتسرب منها. لم يكن التلوث خطيرًا، حتى أنهم تمكنوا من تنظيف معظمه، ولكن بحلول ديسمبر من ذلك العام كان هناك معدل وفيات بنسبة 62% (مقارنة بمعدل وفيات سنوي عادي يصل إلى 7%) من الإغوانا البحرية في الجزيرة المجاورة. سانتا في - وكان معظم المتضررين في الواقع نباتيين.
ووجد مارتن ويكلسكي من جامعة برينستون، الذي فحص محتويات الجهاز الهضمي للإغوانا الميتة، أنها كانت مليئة بالطحالب - النظام الغذائي المعتاد للإغوانا. لكنهم لم يستطيعوا هضمه. اتضح أن الزيت أضر بالبكتيريا التكافلية الموجودة في الإغوانا، والتي تساعدها على هضم المواد النباتية، والتي لا تستطيع تفكيكها بمفردها (كما هو الحال مع جميع الحيوانات النباتية).
كيف يتم علاج الالتهابات؟
كيف يمكن التغلب على التلوث النفطي؟ اتضح أن أنواعًا معينة من البكتيريا يمكنها استخدام هيدروكربونات مختلفة كمصدر للكربون. تعتبر عمليات التحلل الجوي للهيدروكربونات أكثر كفاءة بكثير من عمليات التحلل غير الجوي، وفي بعض الأحيان يتم تنفيذ مراحل مختلفة من عمليات التحلل بواسطة بكتيريا مختلفة تعيش في نفس الموطن. وهذا بالمناسبة هو السبب وراء حفظ الهيدروكربونات في أعماق الأرض لملايين السنين في بعض الأحيان: ففي هذه البيئات الخالية من الأكسجين، لا يمكن للبكتيريا المتحللة أن توجد.
في جامعة تل أبيب - في مختبرات يوجين روزنبرغ، وإليورا رون، وديفيد جوتنيك - أجروا أبحاثًا على البكتيريا التي تحلل الزيت لسنوات عديدة. ويعود سبب الاهتمام إلى الإمكانيات الاقتصادية الكامنة في هذه البكتيريا كمصدر للبروتينات، فضلا عن إمكانية استخدام البكتيريا للتخلص من البقع النفطية الضخمة التي تلوث البحار والشواطئ بسبب الإهمال وعدم الالتزام بالإرشادات. الإجراءات أو الحوادث.
أين توجد البكتيريا المحللة للنفط؟ المكان "الطبيعي" للبحث عنها هو مكان يوجد به تلوث نفطي طويل الأمد - فهي تجمع التربة الملوثة، أو مياه البحر الملوثة، وتعزل البكتيريا عنها وتنموها في وسائط النمو التي تحتوي فقط على النفط كمصدر للكربون و طاقة. وبما أن البكتيريا تحتاج إلى بيئة مائية للوجود، في حين أن الزيت مادة طاردة للماء، فلا بد من إضافة مواد مكونة "المستحلب" إلى الخليط مما يزيد من إمكانية وصول الزيت إلى البكتيريا. وتم عزل عدة مئات من أنواع البكتيريا باستخدام هذه الطريقة.
أحد العوامل التي تحد من نشاط البكتيريا المتحللة للزيت هو نقص مصادر النيتروجين والفوسفور. في الأماكن المغلقة (مثل خزانات مياه صابورة السفن)، أو حتى على الشواطئ الملوثة، يمكن أن ينتشر سماد خاص يعرف باسم F-1 (تم تطويره في مختبرات جامعة تل أبيب)، والذي يحتوي على المواد المفقودة، مع البكتيريا المتحللة - والتي تزرع في المختبر. وفي مياه الصابورة، فإن إضافة البكتيريا والأسمدة إلى مياه الصابورة يعني أن المياه ستكون خالية من الزيت ويمكن سكبها مرة أخرى في البحر دون تلويث البيئة. وعلى الشواطئ أيضًا، أدى نثر البكتيريا بالأسمدة الخاصة إلى زيادة مذهلة في نشاطها.
لكن هذا السماد غير فعال في الأماكن المفتوحة، مثل بقع النفط البحرية، حيث تذوب المواد الموجودة في السماد في مياه البحر. يجب على المرء أن يحاول إيجاد طرق يمكن من خلالها للبكتيريا المحللة للنفط أن تحلل النفط بكفاءة في البحر المفتوح.
ولذلك أدركنا أن الكائنات الحية الدقيقة هي مصدر النفط. الكائنات الحية الدقيقة - والسلسلة الغذائية بأكملها التي تعتمد عليها، بما في ذلك الكائنات الأكثر تعقيدا - تتضرر من النفط. وهناك أيضًا كائنات دقيقة، خاصة البكتيريا، التي تقوم بتفكيك الزيت. ويجب علينا بذل المزيد من الجهد للاستفادة من هذه الكائنات الحية الدقيقة لمنع أضرار استخدام الزيت وتقليلها بعد حدوثها. ومن الممكن أنه في المستقبل، عندما تنضب احتياطيات النفط، سيتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة أيضًا لإنتاج النفط لتلبية احتياجات الإنسان.

يقوم الدكتور درور بار نير بتدريس علم الأحياء الدقيقة وبيولوجيا الخلية في الجامعة المفتوحة. نشرت في مجلة "جاليليو".