Микробы внутреннего сгорания: кому и дизельное топливо — еда

Арктика — это не только снег, лед и мороз. Это еще и огромный запас углерода, который хранится в почве в виде остатков растений и животных. Если этот углерод попадет в атмосферу, он может способствовать потеплению климата и таянию мерзлоты. А это может привести к еще большему высвобождению углерода. Получается замкнутый круг.


Кто же контролирует этот процесс? Оказывается, что в почве живут миллионы микроскопических организмов — бактерий и грибов. Они питаются органическим веществом и при этом выделяют углекислый газ. Таким образом, они регулируют количество углерода в почве и воздухе.

Но что происходит, когда в почву попадает нечто иное? Например, дизельное топливо, которое разливается при авариях на нефтяных объектах. Это случается довольно часто в Арктике, где активно развивается нефтегазовая отрасль. В 2020 году в Норильске произошла одна из самых крупных техногенных катастроф в России. Из-за поломки одного из резервуаров на теплоэлектростанции в окружающую среду вылилось более 20 тысяч тонн дизельного топлива. Это было в два раза больше, чем при аварии в Коми в 1994 году.

Разлитое топливо загрязнило почву, реки и озеро Пясино, которое является одним из самых больших пресноводных озер Арктики. Из-за этого пострадали многие растения и животные. А как повлияло это на микробы? И как они повлияли на углерод? Эти вопросы задали себе ученые из Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета. Они провели эксперимент, чтобы выяснить, как дизельное топливо влияет на активность почвенных микроорганизмов и на количество выделяемого ими углерода.

Для этого они взяли образцы почвы из трех разных мест: луга, леса и болота. Эти почвы отличались друг от друга по составу, температуре и другим параметрам. Затем они добавили в почву разное количество дизельного топлива: от нуля до десяти граммов на килограмм почвы. Это соответствует разной степени загрязнения почвы при разливах топлива. После этого они поставили образцы почвы в специальные емкости с датчиками и держали их при пяти градусах тепла в течение двух месяцев. В течение этого времени они измеряли, как много углекислого газа выделяют микробы из почвы.

Результаты эксперимента оказались поразительными. Оказалось, что дизельное топливо в большинстве случаев увеличивает количество углекислого газа, которое выходит из почвы. Это значит, что микробы активнее питаются и разлагают не только топливо, но и органику, которая уже была в почве. Таким образом, они ускоряют высвобождение углерода из почвы в атмосферу.

Самое большое увеличение выбросов углекислого газа было замечено для луговой почвы, которая имеет много органики. Если в почву добавить десять граммов топлива на килограмм почвы, то выбросы углекислого газа увеличатся в два с половиной раза по сравнению с почвой без топлива. Для лесной почвы выбросы углекислого газа увеличатся в полтора раза, а для болотной — в половину раза.

Ученые также выяснили, какие виды микробов живут в загрязненных топливом почвах и как они перерабатывают дизельное топливо. Для этого они проанализировали ДНК и РНК микробов, которые находятся в почве. Оказалось, что среди микробов, которые способны разлагать топливо, преобладают бактерии рода Serratia и Rhodococcus. Эти бактерии имеют специальные ферменты, которые помогают им разбивать сложные углеводороды на простые соединения. Также были обнаружены бактерии рода Pseudomonas, которые очень распространены в природе и могут адаптироваться к разным условиям.

Ученые отмечают, что микробы могут работать не только при плюсовой температуре, но и при минусовой. Это значит, что они могут продолжать выделять углекислый газ даже зимой, когда почва замерзает. Поэтому загрязненные топливом почвы нужно учитывать при оценке баланса углерода в Арктике, особенно в свете изменения климата.

Исследование показало, что разливы дизельного топлива в условиях вечной мерзлоты не только наносят ущерб природе и животным, но и способствуют потеплению климата. Это происходит благодаря активности почвенных микроорганизмов, которые разлагают топливо и выделяют углекислый газ. Это усиливает эффект парникового явления и ускоряет таяние мерзлоты.

Как предотвратить такие аварии и как справиться с их последствиями? Ученые считают, что необходимо разрабатывать эффективные методы ликвидации разливов топлива и восстановления почвы. Одним из таких методов может быть биоремедиация — использование живых организмов для очистки загрязненной среды. В этом случае микробы могут быть союзниками человека, а не врагами.

Биоремедиация может быть естественной или искусственной. Естественная биоремедиация происходит сама по себе, когда микробы разлагают топливо без вмешательства человека. Искусственная биоремедиация подразумевает добавление специальных микробов или питательных веществ в загрязненную почву, чтобы ускорить процесс очистки. Также можно использовать растения или грибы для абсорбции или деградации топлива.

Биоремедиация имеет свои преимущества и недостатки. С одной стороны, она является экологически безопасным и дешевым способом очистки почвы от топлива. С другой стороны, она может быть медленной, непредсказуемой и зависеть от многих факторов, таких как тип почвы, температура, влажность и наличие кислорода. Кроме того, биоремедиация не решает проблему выбросов углекислого газа, которые продолжают происходить во время разложения топлива.

Поэтому ученые призывают к более ответственному отношению к Арктике и к предотвращению разливов топлива в условиях вечной мерзлоты.