Прошлой зимой исследователи из Центра наблюдения за Землёй (CEOS) при Университете Манитобы (UM) провели первый в истории контролируемый эксперимент по нефтяному разливу в Морской обсерватории Черчилля (CMO). Это стало важной вехой в более масштабных усилиях по пониманию поведения нефти в Арктике и роли арктических микробов в её очистке.
Исследование является частью проекта GENICE II — совместного междисциплинарного проекта, возглавляемого CEOS. Его цель — лучше подготовиться к ликвидации нефтяных разливов в Арктике и реагированию на них путём объединения передовых технологий, геномики, химии и дистанционного зондирования.
Нефтяное загрязнение в Арктике
Нефтяное загрязнение в арктических условиях изучено недостаточно, что подчёркивает острую необходимость в подобных исследованиях. Из-за изменения климата ускоряется таяние морского льда в Гудзоновом заливе и Северном Ледовитом океане в целом, что приводит к увеличению судоходства и повышению риска нефтяных разливов.
«Чтобы опередить проблемы, связанные с увеличением перевозок, мы хотим иметь возможность смягчать последствия нефтяных разливов и отслеживать их, если они произойдут», — говорит Агостон Фишер, техник CEOS в исследовательской группе GENICE II.
Проект GENICE II
Проект GENICE II является продолжением первоначального проекта GENICE I, запущенного в 2016 году. Его возглавляет доктор Эрик Коллинз, председатель исследовательского центра Канады по арктическим морским микробным экосистемным услугам. Другими главными исследователями, работающими над экспериментом с нефтяным разливом, являются доктор Дастин Ислафсон и доктор Гэри Стерн из CEOS, а также доктор Нагисса Махмуди из Университета Макгилла.
Цель проекта — не только лучше понять поведение нефтяных разливов в Арктике и роль микробов в их разложении, но и «разработать технологии дистанционного зондирования, которые позволят лучше обнаруживать, характеризовать и отслеживать нефтяное загрязнение», — утверждает Дюрелл Десмонд, постдокторский исследователь CEOS.
Морская обсерватория Черчилля
CMO — это ультрасовременный объект, хорошо оснащённый для подобных исследований. Он расположен на берегу Гудзонова залива и имеет два больших бассейна, которые можно заполнить природной морской водой из эстуария реки Черчилль. Один бассейн служит контрольным, а другой используется в качестве экспериментального, куда под лёд можно добавлять нефть.
В ноябре 2024 года исследователи CEOS начали сбор исходных данных из бассейнов с морской водой. К началу декабря они ввели 113 литров дизельного топлива — того же типа топлива, который обычно используется судами в регионе — под лёд в экспериментальном бассейне. В течение нескольких недель команда химиков, микробиологов и экспертов по дистанционному зондированию наблюдала, как дизельное топливо перемещалось, менялось и разлагалось.
Понимание поведения арктических микробов
Одним из ключевых компонентов исследования является лучшее понимание того, как арктические микробы реагируют на нефтяное загрязнение. Используя портативные устройства для секвенирования ДНК, микробиологи могут определить относительное обилие нефтеразлагающих микробов до, во время и после моделирования разлива.
«После добавления дизельного топлива мы ожидаем увидеть увеличение численности нефтеразлагающих микробов, затем, по мере того как питательные вещества станут ограничивающим фактором и дизельное топливо разложится, численность нефтеразлагающих микробов должна начать снижаться», — говорит Джоселин Плуфф, микробиолог из CEOS. «Как только базовое микробное сообщество вернётся, это будет хорошим показателем того, что большая часть этой нефти была биоразложена».
Портативные инструменты для ДНК-анализа
Портативные инструменты для анализа ДНК, размером примерно со смартфон, обеспечивают почти мгновенные результаты. Исследователи надеются, что однажды эту технологию смогут использовать северные сообщества для мониторинга качества местной воды в случае разлива.
Химики CEOS также использовали масс-спектрометрию для анализа и идентификации аэрозолей и летучих соединений, выделяемых дизельным топливом. Эти химические профили затем можно сравнить со сдвигами в популяциях микробов.
Дистанционное зондирование
Эксперты по дистанционному зондированию использовали радарные и лидарные системы для обнаружения изменений в физических свойствах льда. Нефть, поднимающаяся сквозь лёд, изменяла его температуру, солёность и шероховатость поверхности — сигналы, которые радарные системы могли уловить за несколько дней до того, как нефть стала видна на поверхности льда.
Это может иметь решающее значение для улучшения инструментов спутникового мониторинга. «Спутники фиксируют только крупномасштабные загрязнения, и к тому времени может быть уже слишком поздно», — объясняет Махди Забихи Майван, кандидат наук в CEOS. «Мы можем откалибровать спутники с помощью этих наземных систем, что позволит нам обнаруживать разливы быстрее и в меньшем масштабе».
Полевые работы в CMO
Полевые работы в CMO сопровождались трудностями. Исследователи проводили долгие часы на открытом воздухе в холодных и ветреных условиях, надевая защитные костюмы и респираторы для безопасного проведения экспериментов.
Несмотря на суровые условия, которые привели к сбоям в работе оборудования, команда сумела адаптироваться. «Это определённо был опыт обучения», — говорит Лиза Освальд, техник CEOS. «Но я думаю, что мы будем хорошо подготовлены, когда вернёмся».
С полученными знаниями команда надеется на дальнейшее развитие и усовершенствования. Этот первый эксперимент — только начало. Команда GENICE II планирует вернуться в CMO этой зимой, чтобы протестировать различные сценарии разливов и собрать больше сезонных данных.
Пока исследовательская группа усердно работает над анализом и обработкой данных, полученных прошлой зимой. «Мы приехали в Черчилль как отдельные учёные, — говорит Махди. — Но уехали единой командой».
Благодаря успеху этого эксперимента, проведённого впервые в своём роде, GENICE II доказывает, что совместные исследования необходимы для защиты арктической среды в условиях растущего климатического и промышленного давления.
Предоставлено Университетом Манитобы.