Анализ ДНК микробов на участке Fracking дает сюрпризы

Исследователи провели генетический анализ микробов, живущих глубоко внутри месторождения Марцелла Шейла при гидравлическом разрыве или участке «fracking», и обнаружили некоторые неожиданности.

Они ожидали найти много жестких микробов, подходящих для экстремальных условий, таких как те, которые происходят от археи, области одноклеточных видов, иногда встречающихся в высокосолевых средах, вулканах или горячих источниках. Вместо этого они обнаружили очень мало генетических биомаркеров для археи и еще много для видов, которые происходят от бактерий.

Они также обнаружили, что популяции микробов резко изменились в течение короткого периода времени, так как некоторые виды погибли во время операции fracking, а другие стали более многочисленными. Одна – еще неидентифицированная бактерия – фактически процветала и в конечном итоге составляла 90 процентов микробной популяции в жидкостях, взятых из fracked well.

Исследователи, возможно, никогда не узнают точных видов бактерий в жидкостях из-за трудности в воспроизведении подповерхностных условий в лаборатории, а также проблем, связанных с культивированием неизвестных микробов из таких сред, объяснила Паула Маусер, доцент кафедры гражданской, экологической и геодезической инженерии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования.

«Есть миллионы микробов, которые мы можем обнаружить с помощью биомаркеров, но прежде не выделяли их или не культивировали. Большинство из них сгруппированы в свободные ассоциации, основанные на общих генетических характеристиках – нечто похожее на расширенную семью человека, – сказал Маузер.

«Наверное, лучшее, что мы сможем сделать, это определить их микробных« двоюродных братьев ».

В ходе исследования были обнаружены виды микробов, обнаруженные в воде, откачиваемой из типичного участка траления в течение месяцев в течение нормальной работы. Скала на этом участке была типом сланца, известного как Марцелл, названный по имени города в Нью-Йорке, где он был впервые идентифицирован.

Для Mouser реальная ценность исследования – это новые знания, которые он предлагает в отношении того, как микробы в фрахтовых жидкостях конкурируют и выживают, когда жидкости вводятся в глубокую подповерхность, поскольку определенные микробы могут оказаться вредными для качества нефти и газа или скомпрометировать целостность ,

Она представила первые результаты своей команды на собрании Американского геофизического союза на этой неделе.

«Такие исследования важны, потому что все, что мы узнаем о подземных микроорганизмах, помогает нам понять экологию на поверхности Земли», – сказала она. «Когда такие образцы воды разделяются, есть потенциал для большого открытия – эти знания могут открыть двери для новых технологий для повышения эффективности добычи газа или для обработки текучих жидкостей с этих участков».

Из-за больших затрат на бурение и изнашивание одной скважины – обычно миллионы долларов – отдельные исследователи должны объединиться с промышленностью для доступа к образцам.

Фактически, компании обычно не разделяют содержание своих «обратных» жидкостей – смесь воды, нефти и газа, которая появляется из активной скважины, потому что они могут выявить запатентованную смесь химических веществ, которую компания использует для содействия извлечению ,

Исследование штата Огайо было проведено только в сотрудничестве с Министерством энергетики США по энергетическим технологиям (NETL) в Питтсбурге. NETL работает с промышленностью для изучения технологий fracking и предоставила команде Mouser образцы воды, пожертвованные неназванной работой сланцевого газа.

Когда дело доходит до добычи энергии, крошечные микробы играют огромную роль, сказал Mouser.

Как это бывает, химические вещества, которые компании закачивают в землю вместе с водой, чтобы помочь разрушить сланцы и выбросы нефти, содержат углерод, азот и фосфор в химических составах, которые нравятся микробам. Таким образом, оставшиеся без контроля, микробы в fracking скважине могут расти и размножаться из-под контроля – настолько, что они могут засорить переломы и блокировать извлечение, или загрязнить газ и масло их отходами, которые содержат серу.

Это не новость для нефтяных компаний, добавил Моузер. Они давно знают о микробах и добавляют биоциды в воду для контроля населения. Что неизвестно: какие именно микробы живут там, и что изменяет их население на окружающую среду.

«Наша цель – понять физиологию микробов и их биогеохимическую роль в окружающей среде, изучить, как отраслевые методы влияют на окружающую среду микробов и качество воды», – сказал Маузер.

Марьям Ансари, магистр по экологическим наукам штата Огайо, упорядочила ДНК микробов и разделила их на таксоны или таксономические группы-группы, которые можно было бы рассматривать как микробные «кузены».

Из 40 таксонов исследователи определили образцы воды, взятые в начале операции по измельчению, только шесть выжили в первые несколько недель. Почти все бактерии на участке были классифицированы как «галоустойчивые», подобно бактериям, обитающим в глубоких соленой среде.

Исследование только начинается, и Mouser надеется, что по мере того, как они узнают больше, исследователи смогут определить, как микробы метаболизируют фрикционные жидкости.

В конечном счете, они надеются объединить эти открытия с компьютерной моделью, которая может предсказать движение жидкости из сланцевых образований в подземные водоносные горизонты. Эта модель предоставит инструменты для коммерческих компаний для оценки безопасности возможных участков fracking.

В то же время Mouser очень заинтересована в том, чтобы объединиться с другими промышленными партнерами, чтобы также посмотреть на микробную динамику в другом виде скалы: Utica Shale в Огайо.

Центр ресурсов недропользования штата Огайо финансировал геномные анализы, которые были сделаны на базе Университета Plant Microbe Genetics Facility. Эти ранние результаты заработали Mouser новый грант от Национального научного фонда, чтобы она могла продолжить работу дальше.