น้ำมัน

"นี่เป็นสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างไม่เอื้ออำนวย ซึ่งมีทั้งความกดอากาศสูง ความเค็ม และอุณหภูมิใต้ดินราว 2,000 เมตร คุณอาจคิดว่าจุลินทรีย์ที่ถูกแทรกเข้ามาระหว่างกระบวนการแตกหักจะตาย แต่บางชนิดก็สร้างชีวิตที่ดีให้กับตัวมันเอง" ไมค์ วิลคินส์ กล่าว นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมที่มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตในโคลัมบัสและนักวิจัยอาวุโสเกี่ยวกับการศึกษานี้ "อุตสาหกรรมนี้ใช้เงินไปพอสมควรในการพยายามกันจุลินทรีย์ออกจากระบบเหล่านี้" การแตกหักแบบไฮดรอลิคหรือที่เรียกว่า "การแตกหัก" เกี่ยวข้องกับการฉีดน้ำทรายและสารเคมีด้วยแรงดันสูงเข้าไปในการก่อตัวของหินดินดานเพื่อสร้างเครือข่ายการแตกหักที่ปล่อยน้ำมันและก๊าซซึ่งถูกสูบกลับไปที่พื้นผิวและกู้คืน ปฏิบัติเพียงทศวรรษที่ผ่านมา ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับระบบนิเวศของจุลินทรีย์ในเครือข่ายการแตกหัก จุลินทรีย์ที่ผลิตซัลไฟด์ทำให้เกิดปัญหาหลายประการสำหรับการขุดเจาะ ไฮโดรเจนซัลไฟด์สามารถ "เปรี้ยว" ได้ดี และต้องแยกออกจาก น้ำมัน และก๊าซด้วยกระบวนการที่มีราคาแพง ซัลไฟด์อาจเป็นพิษต่อผู้ปฏิบัติงานบนแท่นเจาะ และยังสามารถกัดกร่อนทำลายท่อโลหะได้อีกด้วย จุลินทรีย์สามารถเกาะติดกระบวนการสกัดได้โดยการเติมสารชีวมวลหรือตะกอนที่ขับออกมาลงในรอยแตกเล็กๆ ก่อนหน้านี้ทีมของ Wilkins พบว่าแบคทีเรียตระกูลหนึ่งโดยเฉพาะคือ Halanaerobium มีอิทธิพลเหนือระบบนิเวศของบ่อน้ำที่ร้าว แบคทีเรียเหล่านี้สามารถเปลี่ยนไธโอซัลเฟตที่พบในสิ่งแวดล้อมให้เป็นซัลไฟด์ ทีมงานพร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกันที่ West Virginia University และ Pacific Northwest National Lab ได้ตัดสินใจที่จะติดตามการหมุนเวียนของกำมะถันที่เร่งปฏิกิริยาโดยชุมชนจุลินทรีย์ที่พบในการก่อตัวของ Utica shale ใกล้กับ Flushing, Ohio Wilkins กล่าวว่า "บ่อน้ำจะดึงของเหลวที่อยู่ในกระดูกหักอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายเดือน ดังนั้นจึงเป็นวิธีที่ดีในการตรวจสอบทางเคมีและชีวภาพว่าเกิดอะไรขึ้นที่นั่น" Wilkins กล่าว ทีมงานของเขาเก็บตัวอย่างของเหลวในช่วงเวลา 120 วันเพื่อวัดทั้งสารเคมีที่มีกำมะถันและชนิดของแบคทีเรียที่มีอยู่ พวกเขาพบว่าภายใน 10 วันหลังจากเริ่มสูบน้ำและเก็บตัวอย่างของเหลวจากบ่อน้ำ ฮาลานาแอโรเบียมมีปริมาณแบคทีเรียเกือบ 100% และยังคงเป็นเช่นนี้ต่อไปอีก 100 วัน จากนั้น ทีมงานได้ทำการขัดเกลายีนที่มีอยู่เพื่อค้นหาเอนไซม์ที่สามารถเร่งปฏิกิริยากำมะถันได้ พวกเขาพบหลายสำเนาของโรดานีส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สามารถลดไทโอซัลเฟตเป็นซัลไฟต์และธาตุกำมะถัน และเอนไซม์ซัลไฟต์รีดักเตสแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ลดซัลไฟต์เป็นซัลไฟด์ หากสายพันธุ์ฮาลานาแอโรเบียมใช้เอนไซม์ทั้งสองนี้ร่วมกัน จุลินทรีย์อาจใช้ไธโอซัลเฟตในสิ่งแวดล้อมเพื่อผลิตซัลไฟด์ เพื่อยืนยันสิ่งนี้ ทีมงานได้ทำการเพาะเลี้ยง Halanaerobium ที่แยกได้จากตัวอย่างบ่อน้ำ แบคทีเรียที่ปลูกในห้องปฏิบัติการผลิตเอนไซม์ทั้งสองชนิด และเมื่อป้อนไธโอซัลเฟตในอาหารเลี้ยงเชื้อ จะทำให้เกิดซัลไฟด์ ในที่สุด ทีมงานได้วัดไอโซโทปกำมะถันชนิดหนึ่งที่จุลินทรีย์ชอบบริโภค และเห็นว่ามันลดลงในตัวอย่างหลุมเมื่อเวลาผ่านไป "นั่นเป็นสัญญาณว่าการหมุนเวียนของกำมะถันที่เห็นในหลุมนี้เป็นกระบวนการของจุลินทรีย์ แทนที่จะเป็นกระบวนการที่ไม่มีชีวิต" วิลคินส์กล่าว การทดสอบทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันตรวจสอบจุลินทรีย์ที่ผลิตซัลไฟด์โดยตรวจหากิจกรรมการลดซัลเฟตเท่านั้น "แบคทีเรียลดซัลเฟตมีอยู่ทั่วไปในน้ำทะเลและน้ำใต้ดิน และเปลี่ยนซัลเฟตเป็นซัลไฟด์" วิลคินส์กล่าว อย่างไรก็ตาม Halanaerobium เปลี่ยนไธโอซัลเฟตเป็นซัลไฟด์ ดังนั้นการทดสอบหลุมนี้ในวันนี้ Wilkins ตั้งข้อสังเกตว่าอาจทำให้ผู้ปฏิบัติงานหลุมเข้าใจผิดคิดว่าไม่มีซัลไฟด์เกิดขึ้น "การรู้ว่าจุลินทรีย์ชนิดใดกำลังสร้างความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นเป็นสิ่งสำคัญ เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถกำหนดเป้าหมายได้ดีขึ้น" เขากล่าว วิลคินส์กล่าวว่าฮาลานาแอโรเบียมมีอิทธิพลเหนือระบบนิเวศของบ่อน้ำที่แตกร้าวตั้งแต่เท็กซัสไปจนถึงเพนซิลเวเนีย ดังนั้นการตรวจสอบที่ดีขึ้นของการผลิตซัลไฟด์อาจเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการผลิตที่ดีทั่วประเทศ