Hrvatski znanstvenici otkrili tajnu spasa Meksičkog zaljeva

Igor Mezić i David L. Valentine s Kalifornijskog sveučilišta, te Senka Maćešić, Nelida Črnjarić Žic i znanstveni novak Stefan Ilić dali su odgovor na pitanje zašto su nafta i plin iz bušotine nestali za nekoliko mjeseci. “Čišćenju” su potpomogle bakterije i morske struje specifične za Meksički zaljev

Bakterije i morska strujanja specifična za Meksički zaljev spriječili su da ekološka katastrofa nastala havarijom BP-ove naftne platforme Deepwater Horizon 21. travnja 2010. godine i izljevom više od četiri milijuna barela nafte u more, izazove dugotrajne posljedice za morski život u tom dijelu svijeta. Pokazuje to rad skupine američkih i riječkih znanstvenika s University of California Santa Barbara i Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci, objavljen u prestižnom američkom multidisciplinarnom znanstvenom časopisu Proceedings of National Academy of Sciences. Suradnjom grupa prof. dr. Davida L. Valentinea i prof. dr. Igora Mezića s Kalifornijskog sveučilišta, te prof. dr. Senke Maćešić, prof. dr. Nelide Črnjarić Žic i znanstvenog novaka Stefana Ilića s riječkog Tehničkog fakulteta izrađeni su složeni računalni modeli, zahvaljujući kojima su u velikoj mjeri razriješena postojeća pitanja vezana uz ekološku katastrofu u Meksičkom zaljevu. Članak analizira širenje ugljikovodika na temelju aktivnosti bakterija u zaljevu i modela podvodnih strujanja te objašnjava ranije rezultate mjerenja koji su se tada činili kontradiktornima.
Oblaci i perjanice
Dr. Valentine u radu objavljenom u Scienceu prije godinu dana ponudio je objašnjenje zašto je ogromna izlivena količina nafte i plina iz BP-ove bušotine praktički nestala za samo nekoliko mjeseci, iznoseći da su bakterije, koje se hrane prirodnim izljevima nafte i plina ispod morske površine, razgradile velik dio toksičnih kemikalija otpuštenih havarijom Deepwater Horizona. Međutim, dio znanstvenika i dalje je ostao skeptičan oko mogućnosti bakterija da u tako kratkom vremenu razgrade toliku količinu nafte i plina. Zahvaljujući spajanju Valentineova računalnog modela, te onih koje su razvili prof. Mezić i stručnjaci za dinamiku fluida s riječkog Tehničkog fakulteta, ponuđen je vrlo uvjerljiv odgovor na te primjedbe.
Dodatno, prva znanstvena istraživanja izljeva nafte u Meksički zaljev pokazala su da značajan dio isteklih ugljikovodika nikad nije dospio na morsku površinu, jer se otopio na većim dubinama, formirajući velike perjanice otopljene nafte i plinova. Ono u čemu su se stručnjaci razilazili bila su objašnjenja ponašanja tih perjanica, jer većina znanstvenika imala je predodžbu da se perjanice ugljikovodika poput podvodnih rijeka šire iz bušotine po Meksičkom zaljevu. No, rad američkih i hrvatskih znanstvenika utvrdio je da otopljeni ugljikovodici iz nafte i plina formiraju svojevrsne oblake, koji se pojavljuju i nestaju na različitim mjestima i u različito vrijeme. Uzrok je ovoj pojavi, pokazao je rad američkih i hrvatskih znanstvenika, u specifičnim morskim strujanjima i topografiji Meksičkog zaljeva, koji je zatvoren s tri strane, zbog čega nema izraženih snažnih struja.
Kemijska ravnoteža
– Topografija dna Meksičkog zaljeva vrlo je bitna, jer uvjetovala je “zatvorena”, ciklička strujanja, koja su vraćala bakterije na izvor ugljikovodika iznad izljeva. U drugačijoj topografiji, sa otvorenijim strujanjima koja bi odnijela bakterije daleko od izvora, trebalo bi duže vrijeme da se pomanjkanje kisika uzrokovano rastom bakterijske populacije na dubini od 1.000 do 1.300 metara smanji, i time bi utjecaj na okoliš bio veći, objašnjava dr. Igor Mezić.
Dr. Valentine dao je ocjenu kemijskih parametara i količine izljeva nafte, koji su prof. Meziću poslužili za razvoj matematičkog modela, koji se sastoji od kemijskog dijela i strujanja fluida. Prije ovog rada, postojao je samo računalni model strujanja koju je razvila američka mornarica i koji je iskorišten u radu američko-hrvatskog znanstvenog tima.
– Model strujanja je razvijen na osnovu fizikalnih parametara Meksičkog zaljeva, primjerice topografije, saliniteta, utjeka rijeke Missisipi, vjetrova, te matematičkog modela morskih strujanja koji je izveden iz fundamentalnih fizikalnih zakona. Drugi dio modela koji sam razvio je kemijski, a uzima u obzir utrošak kisika i ugljikovodika kod rasta bakterija i transport bakterija uzrokovan strujanjem. Strujanje spaja dva dijela modela. Matematički oblik kemijskog dijela modela je takozvani zakon kemijske ravnoteže. Kolege iz Rijeke su razvile brze i precizne numeričke metode za rješenje tih jednadžbi. Uzimajući u obzir kako je kompleksan taj model sa 52 vrste bakterija i kompliciranim oceanskim strujanjem, naprosto je nevjerovatno je da smo rezultate imali za kratkih nekoliko mjeseci. Prof. Maćešić i kolege su obavili sjajan posao. Dodatna analiza strujanja, je obavljena tzv “mesohyperbolicity” metodom koju sam razvio i objavio u časopisu Science, 2010. godine. Ta metoda je pokazala da procesi transporta fluida uzrokuju proces “autoinokulacije” koji je dr. Valentine postavio kao hipotezu 2010. godine u Scienceu, dodaje prof. Mezić, kojem se čini da se među znanstvenicima razvija konsenzus oko interpretacija koju su dali, ali napominje da je kao i u svakom ozbiljnom znanstvenom poduhvatu, potrebno vrijeme za dodatne studje da se cijeli slučaj stavi ad acta.
Kratko vrijeme
Znanstveni rad objavljen u Proceedings of National Academy of Sciences, izazvao je veliko zanimanje uglednih američkih medija, poput New York Timesa, Wall Street Journala i Scientific Americana, koji redom ističu doprinos vodećih hrvatskih stručnjaka iz područja dinamike fluida.
– Radili smo bez predaha nekoliko mjeseci, pritisnuti kratkim rokovima, jer rad je bio zamišljen na način da će izaći u broju Proceedingsa of National Academy of Sciences specijalno posvećenom temi izljeva nafte u Meksičkom zaljevu. Imali smo stvarno izuzetno kratko vrijeme za izradu računalnog programa, ali naučili smo puno raditi i visoko smo motivirani. Razvijeni računalni program povezuje mehaniku fluida i kemijske procese. Napravili smo proračune i dobili rezultate, čiji grafički prikaz jasno pokazuje koncentracije bakterija, koje se mogu usporediti sa strujanjima, kaže dr. Senka Maćešić sa Zavoda za mehaniku fluida i računarsko inženjerstvo Tehničkog fakulteta u Rijeci. Složenost programa pokazuje i to što su riječki stručnjaci morali uzeti u obzir 26 različitih vrsta ugljikovodika, kojima se hrani 26 različitih vrsta bakterija.
– Razgradnjom ugljikovodika nastaju sekundarni spojevi, a tim se spojevima opet hrane različite vrste bakterija, tako da smo u obzir morali uzeti po 26 primarnih i sekundarnih bakterija. Cijeli je posao bio izuzetno zahtjevan, ali ako se model dobro postavi, proračuni se mogu učinkovito sastaviti, dodaje prof. dr. Maćešić.

Razgradnja na valove

Rad američko-hrvatskog znanstvenog tima potvrdio je hipotezu dr. Valentinea, objavljenu 2010. godine u Science, o pojavi “autoinokulacije” među bakterijama. Naime, izljevom prve velike količine ugljikovodike iz bušotine Deepwater Horizon, bakterije koje su se njima hranile počele su se ubrzano razmnožavati. No, nakon što je hrane nestalo, bakterije su još neko vrijeme nastavile živjeti u visokim koncentracijama. Zahvaljujući toj brojnosti, bakterije su vrlo brzo mogle razgraditi sljedeće valove ugljikovodika iz nafte i plina izlivene iz BP-ove bušotine.