La perdita di Aliso Canyon, iniziata il 23 ottobre 2015 presso un impianto di stoccaggio di gas naturale SoCalGas e ci sono voluti quasi quattro mesi per collegare, è stato uno dei più grandi disastri ambientali nella storia degli Stati Uniti, innescando l'evacuazione di più di 6, 800 famiglie vicine.

L'improvviso flusso di gas naturale, una miscela composta principalmente da metano ed etano, offre agli scienziati un'opportunità unica per studiare come risponde l'ambiente. Il metano è il secondo gas serra più diffuso dopo l'anidride carbonica (CO2) e, come CO2, sta rapidamente aumentando la concentrazione nell'atmosfera a livello globale. Come tale, gli scienziati sono interessati a saperne di più sui meccanismi che la natura ha già in atto per far fronte alle fluttuazioni dei livelli di metano, nonché sui limiti di tali meccanismi.

"La perdita di Aliso Canyon è un disastro, ma è anche un'opportunità per studiare questo insolito esperimento di perturbazione ambientale, "dice Victoria Orphan, James Irvine Professore di Scienze Ambientali e Geobiologia al Caltech. Da dicembre 2015, Orphan ha collaborato con la ricercatrice associata al Caltech Patricia Tavormina per studiare la crescita e la composizione delle comunità microbiche nel suolo intorno all'area colpita.

Aliso Canyon ha servito per decenni come un impianto di stoccaggio del gas naturale. Nel 1938, La Tidewater Associated Oil Company di J. Paul Getty ha scoperto un giacimento petrolifero a nord del quartiere Porter Ranch di Los Angeles nella San Fernando Valley nord-occidentale. La produzione petrolifera ha raggiunto il picco negli anni '50 con circa 118 pozzi attivi, poi rastremato. Rimangono ancora circa 32 pozzi, ma a partire dagli anni '70 la maggior parte del giacimento è stato convertito in un impianto di stoccaggio del gas naturale.

geologicamente, come un giacimento di petrolio esaurito, Aliso Canyon è un impianto di stoccaggio di gas naturale ideale. Con l'olio pompato, ciò che rimane è una regione di roccia porosa circa 9, 000 piedi sotto la superficie attraverso la quale il gas può fluire liberamente, sormontato da un capstone impermeabile. È una delle più grandi strutture di questo tipo negli Stati Uniti, raggiungendo una profondità media di 9, 000 piedi e in grado di immagazzinare 86 miliardi di piedi cubi di gas naturale. SoCalGas acquista gas naturale da tutto il paese e lo spedisce al sito, dove viene iniettato sotto il capstone e nella roccia porosa tramite 115 pozzi di iniezione di gas; quando serve, il gas viene pompato indietro attraverso quei condotti. Durante l'evento di fuga, uno di quei pozzi, situato a circa un miglio a nord delle case di Porter Ranch, rotto a una profondità di circa 300 piedi, sopra il caposaldo.

SoCalGas ha provato diversi "top kills" per tappare la perdita, ovvero, iniettando un impasto liquido di fango e salamoia nel pozzo nel tentativo di tapparlo. L'uccisione superiore è fallita, poiché le alte pressioni all'interno della roccia porosa ricca di metano hanno ripetutamente fatto esplodere il tappo. La perdita è stata finalmente tappata nel febbraio 2016, grazie a un pozzo di nuova costruzione che ha permesso a SoCalGas di alleviare la pressione sul pozzo danneggiato e di tappare definitivamente la perdita.

In precedenza, Orfana e Tavormina, in collaborazione con la professoressa Samantha Joye dell'Università della Georgia, ha studiato gli effetti della fuoriuscita di petrolio della Deepwater Horizon del 2010 - che ha rilasciato quasi 5 milioni di barili di petrolio nel Golfo del Messico vicino al delta del fiume Mississippi - sulle comunità microbiche marine.

Ora vogliono sapere se e come i microbi nei suoli di Aliso Canyon sono in grado di sopravvivere e adattarsi all'improvviso picco dei livelli locali di metano. Fare così, prima raccolgono campioni di suolo sia intorno alla testa del pozzo che all'interno della comunità vicina.

Il processo di prelievo dei campioni ad Aliso Canyon inizia a bassa tecnologia. I ricercatori utilizzano un tubo di cloruro di polivinile (PVC) della lunghezza di un metro che è stato diviso longitudinalmente e quindi legato di nuovo insieme. Martellano questo cilindro cavo nel terreno il più lontano possibile (di solito circa mezzo metro) e poi lo tirano su, separare le metà, e rimuovere il terreno all'interno. Finora, hanno preso 63 carote di terreno, di cui circa 16 proprio in corrispondenza della testa pozzo. Prevedono che raccoglieranno campioni almeno fino a febbraio 2017.

I campioni vengono riportati al laboratorio Caltech di Orphan, dove vengono elaborati e analizzati.

"La prima cosa che facciamo è cercare cambiamenti nella popolazione di microrganismi del suolo. Se vedo cambiamenti in tutta la popolazione complessiva nello spazio o nel tempo, questa è un'indicazione che la popolazione sta rispondendo al gas:la popolazione si sta plasmando, o strutturato, dal gas, "dice Tavormina.

Oltre a monitorare i cambiamenti demografici della popolazione microbica, i ricercatori contano fisicamente le specie batteriche più promettenti, quelle che sembrano rispondere maggiormente al gas naturale. Enumerano quanti di certi batteri ci sono in questi campioni e fanno crescere batteri specifici dal terreno e poi chiedono cosa succede quando gli organismi vengono alimentati con diversi componenti di gas naturale, come il metano.

Non è semplice come dire che ogni cambiamento nei microbi è guidato dal metano, però. A seconda della sua fonte, il gas naturale contiene una percentuale variabile di etano, che potrebbe anche guidare i cambiamenti nelle comunità microbiche.

Ulteriore, il processo che i microbi usano per scomporre il metano contiene diversi passaggi, ognuno dei quali influenza l'ambiente di ogni altro microbo nelle immediate vicinanze. Esistono diversi percorsi per scomporre il metano e convertirlo in energia che i microbi possono consumare. Generalmente, il primo passaggio lo converte in metanolo, abbattendo il metanolo si ottiene formaldeide, e così via. I microbi esistono in complesse comunità eterogenee che spesso lavorano insieme per completare diverse fasi del processo.

"Immagina due microrganismi che parlano tra loro:'Posso usare la tua formaldeide. Continui a metabolizzare il metano, e mi occuperò di questo passaggio.' Così diventa come una catena di montaggio, "dice Tavormina.

Microbi che consumano metano, conosciuti come metanotrofi, farlo usando un enzima chiamato particolato metano monoossigenasi (pMMO). La misurazione dei livelli di pMMO offre ai ricercatori un proxy con cui possono stimare il numero di metanotrofi in un campione. Come tale, quando Orphan e Tavormina hanno analizzato i campioni di suolo di Aliso Canyon, si aspettavano di trovare alti livelli di pMMO vicino allo scoppio.

"La maggior parte dei suoli ha alcuni batteri metanotrofi, ma stavamo ottenendo solo un debole segnale molecolare per pMMO, " Dice Orphan. " Penseresti che più ti avvicini allo scoppio del gas, vedresti più prove di arricchimento metanotrofico, ma non l'abbiamo fatto, che era inaspettato."

Anziché, hanno scoperto un numero crescente di specie batteriche non comuni che non erano state precedentemente coltivate in laboratorio. Questo microbo ancora senza nome utilizza una versione diversa dell'enzima pMMO, uno che viene trasportato dal batterio all'interno di un pezzo circolare di DNA chiamato plasmide. I plasmidi possono riprodursi indipendentemente dal resto del genoma batterico, rendendoli più facili da condividere con altri organismi, rendendo possibile che questo microbo condivida i geni per elaborare il metano con altre specie di microbi.

"Stiamo vedendo nuove specie e gruppi di microrganismi che non pensavamo consumassero idrocarburi, e scoprendo che sono sicuramente coinvolti nel metabolizzarlo, "dice Tavormina.

Giù la linea, capire come i microbi reagiscono e processano il metano potrebbe aiutare a mitigare futuri disastri. Tavormina dice che non è troppo inverosimile immaginare squadre di pulizia armate di tappetini pieni di microbi metanotrofi che rispondono alle perdite.

Per adesso, Orphan e Tavormina continueranno a studiare la risposta della natura alla fuga di notizie e faranno luce sulla capacità apparentemente infinita dei microbi di sopravvivere e prosperare in qualsiasi circostanza si trovino ad affrontare.

• 
•