رفع آلودگی نفتی دریاها

باکتری‌هایی در تمام اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند که هیدروکربورها را به مصرف می‌رسانند. اما هنگامی که آلودگی غیر منتظره‌ی شدیدی پیش آید تعداد آن‌ها به آن اندازه نیست که بتوانند واکنش مؤثر سریعی از خود نشان دهند. این باکتری‌ها را باید تکثیر کرد و به اشتهای آن‌ها افزود. مشکلات مربوط به تکثیر و اشتها افزایی باکتری‌ها، و یافتن فرمول محصولی که از نظر تأثیر و تأمین، مناسب با محیط دریایی باشد از جمله مسائلی هستند که در این مقاله به آن‌ها پرداخته می‌شود. از این پس، روش فروپاشی زیستی می‌تواند هم‌چون سلاحی عملی برای مبارزه با امواج سیاه دریاها در نظر گرفته شود.
حادثه‌ی توری کانیون در سال 1976 میلادی که سواحل فرانسه را با امواج سیاه آلوده ساخت، و حوادث مشابه دیگری مثل المپیک براوری در سال 1976، اکوفیسک در سال 1977، تامیو در سال 1980 و به ویژه آلودگی خلیج فارس در سال 1983، و ... همگی دارای نتایج کم و بیش وخیمی برای محیط دریاها بوده‌اند، و از یک سو اهمیت مسأله و از دیگر سو ضعف امکاناتی را که انسان برای مقابله با آن در اختیار دارد نشان می‌دهند. با این حال حوادث یاد شده به شناخت علمی آدمی در باره‌ی رفتار هیدروکربورها در دریاها افزودند و امکان توسعه‌ی وسایل نوین مبارزه را فراهم ساختند. چنان که مثلاً پس از حادثه‌ی آموکوکاریز در سال 1978 میلادی، صدها میلیون فرانک برای مطالعه و پژوهش در زمینه‌ی پیش بینی یا مبارزه با امواج سیاه در فرانسه سرمایه گذاری شد.
هیچ کس میل نداشت ببیند که سطح دریاها را هیدروکربورها پوشانده‌اند، و از این رو کوشش‌های فراوانی برای پرهیز از هر گونه نشت تصادفی مواد نفتی از کشتی‌ها، سکوهای پژوهشی، چاه‌های نفت و مانند آن آغاز شد. در صورت بروز حادثه، نخستین کاری که باید انجام داد جمع آوریِ هیدروکربورهای پخش شده از سطح دریاست. روزانه تجهیزات فراوانی برای گرفتنِ چربیِ نفتی که بر سطح آب پخش شده تهیه و آزمایش شده است. برای مثال، نخست باید به وسیله‌ی سدهای شناور ویژه، هیدروکربورها را در جایی جمع کرد و سپس به وسیله‌ی دستگاه‌های مکانیکی ویژه‌ای، آب و روغن را از هم جدا ساخت و چربی هیدروکربورها را گرفت. از سوی دیگر، استفاده از فراورده‌هایی که هیدروکربورها را جذب می‌کنند و یا آن‌ها را به سطح جسم جامدی می‌چسبانند تا سپس بتوان آن‌ها را با وسایل مکانیکی بیرون کشید، شیوه‌ای مرسوم شده است. بدبختانه این گونه تجهیزات، با همه‌ی ارزشی که دارند، درصورتی که شرایط آب و هوایی دریا نامساعد باشد، که معمولاً هنگام حادثه چنین است (و همین موجب بروز حادثه شده است)، به سرعت، کارایی محدودی پیدا می‌کنند، و آن گاه باید به روش‌های دیگری متوسل شد.

پدیده‌های طبیعی

در مجاورت جاهایی که تراوش‌های طبیعی وجود دارد، هنگام رخ دادن حوادث یاد شده در این سال‌های اخیر، مشاهده شده است که بدون هیچ اقدامی، بخش مهمی از هیدروکربورهای پخش شده بر روی آب، تحت تأثیر پدیده‌های طبیعی، مانند تبخیر، فتواکسیداسیون، انحلال و فروپاشی زیستی و مانند آن، خود به خود و کم کم از میان رفته‌اند. تبخیر هیدروکربورهایی که بیش‌تر قابلیت بخار شدن دارند به ویژه در اوایل بروز حادثه صورت می‌گیرد (برای مثال پس از بیست و چهار ساعت، بخش اعظمِ هیدروکربورهای C13 و C14 تبخیر می‌شود)؛ هیدروکربورهای سبک نیز در آب حل می‌شوند؛ فتواکسیداسیون – که همان اکسیده شدن در اثر تابش پرتوهای فرابنفش آفتاب است – نیز در تغییر شکل هیدروکربورها نقش دارد. از سوی دیگر، باکتری‌های مختلف، لوورها و حتی آلگ‌ها، قادر به فروپاشی زیستی هیدروکربورها هستند. بدین ترتیب، هنگامی که جمع آوری مواد پخش شده انجام نمی‌شود یا انجام آن دیگر ممکن نیست، بهتر است که عمل این پدیده‌های طبیعی تسهیل گردد. نخستین راه، سود جستن از مواد پراکنده‌گر است. این مواد، هیدروکربورهای پخش شده بر روی آب را به قطره‌های کوچک جدا از هم تقسیم می‌کنند و عمل تبخیر، انحلال و فروپاشی زیستی بعدی هیدروکربورها را آسان می‌سازند. اما این شیوه مورد انتقاد قرار گرفته است زیرا سطح آب را تا اندازه‌ای مسموم می‌کند و برای موجودات دریازی زیانمند است. اما پس از استفاده از وسایلی مانند هواپیما و هلیکوپتر که مواد پراکنده‌گر را به سرعت بر سطح آلوده می‌پاشند از زیان این شیوه کاسته شده است و در صورت ضرورت، ناچار باید از این مواد استفاده کرد.
برای استفاده از پدیده‌های طبیعی در تسهیل فروپاشی زیستی مواد نفتی در سطح دریا، دو شیوه‌ی مختلف دیگر ارائه شده است. شیوه‌ی نخست مبتنی بر انتخاب و استفاده از باکتری‌هایی است که از هیدروکربورها تغذیه می‌کنند. پرورش و نگهداری این گونه باکتری‌ها و استفاده از آن‌ها به ویژه برای شستشوی بشکه‌ها و مخزن‌های آلوده، بسیار موفقیت آمیز بوده است. در این زمینه برخی فراورده‌ها در امریکا اکنون جنبه‌ی تجاری یافته‌اند. اما استفاده از آن‌ها در دریا هنوز نتایج رضایت بخشی نداشته است. علت این امر آن است که احتمالاً هنگامی که هر گونه ماده‌ی خارجی به یک محیط طبیعی زنده و در حال تعادل حیاتی افزوده می‌شود (حتی اگر منشأ آن همان محیط باشد)، از سوی آن محیط دفع می‌شود، چنان که در پزشکی، همانند این پدیده را می‌شناسیم. به علاوه، دریاهای گیتی، ویژگی‌های شیمیایی – فیزیکی بسیار متفاوتی دارند و نیز درجه حرارت و میزان املاح آن‌ها با یک‌دیگر متفاوت است. از این رو یک نوع باکتری در مثلاً سواحل فرانسه در اقیانوس اطلس، ممکن است در تنگه‌ی برینگ یا دریای مدیترانه و یا جای دیگر، بدون استفاده و ناسازگار از کار در آید. بنا بر این، این پرسش پیش می‌آید که اگر مواد طبیعی موجود در هر دریا می‌توانند خود به خوبی با وضع جدید سازگار شوند چرا باید از مواد بیگانه با آن محیط استفاده کرد. بر پایه‌ی همین استدلال است که روش دوم مطرح می‌شود که همانا استفاده از میکروارگانیسم‌ها (و در درجه‌ی اول باکتری‌ها)ی موجود در هر دریاست. با این حال از میان باکتری‌های گوناگونی که در دریا وجود دارند فقط تعداد کمی از انواع آن‌ها خصوصیت ژنتیک ارثی از میان بردن مواد هیدروکربوری را در خود دارند. بنابراین تنها باید به تکثیر این گونه باکتری‌ها همت گماشت. درواقع در این شیوه مانند روش یاد شده در بالا، هدف عبارت است از افزایش و تسریع پدیده‌ای که خود به طور طبیعی در محیط دریا وجود دارد، با این تفاوت که روش دوم برتری دارد زیرا از باکتری‌های ویژه‌ی هر دریا استفاده می‌کند.

ماهیت فروپاشی زیستی

لازم است ابتدائاً به کلیاتی در باره‌ی مکانیسم فروپاشی زیستی هیدروکربورها در دریا اشاره کنیم. این پدیده‌ای است که از سال 1954 میلادی شناخته شده است و از آن زمان تاکنون معلوم شده است که بیش از دویست نوع میکروارگانیسم (باکتری‌ها، لوورها، قارچ‌ها) قادر به تغییر شکل و معرف هیدروکربورها هستند. این دسته از میکروارگانیسم‌ها، آنهایی هستند که اکسیژن مصرف می‌کنند. فروپاشی زیستی، عملی است که از طریق فرایند اکسیده شدن انجام می‌گیرد و در پی آن هیدروکربورهایی با وزن‌های مولکولی ضعیف‌تر تشکیل می‌شوند. اما البته در صورتی که واکنش کامل باشد (چون بعضی از هیدروکربورها مقاوم هستند)، گاز کربنیک و آب و بیوماس (یا توده‌های باکتری) نیز به وجود می‌آیند. واکنش‌های شیمیایی فروپاشی زیستی هیدروکربورها (مانند اکسیده شدن یا هیدروکسیده شدن) – که در آن‌ها آنزیم‌های باکتری‌ها نقش کاتالیزور را دارند – کامل است و به شرایط شیمیایی – فیزیکی محیط (مانند درجه حرارت، و میزان املاح) و هم‌چنین سرشت و گوهر ماده‌ی هیدروکربن و ماهیت باکتری به کار رفته بستگی دارد. همگان اتفاق نظر دارند که عمل فروپاشی زیستی طبیعی هیدروکربورها در دریا، فرایندی آهسته است و از دو تا نه ماه، و شاید بیش‌تر طول می‌کشد، و علت آن عوامل محدود کننده و بسیاری است. نخستین عامل، تراکم ناچیز میکروارگانیسم‌هایی است که قادر به متابولیزه کردن هیدروکربورهای نفتی هستند. زیرا این‌گونه میکروارگانیسم‌ها گر چه در همه‌ی دریاهای کره‌ی زمین وجود دارند اما نوع غالب را تشکیل نمی‌دهند. عامل محدود کننده‌ی دیگر، مقدار اکسیژن محلولی است که برای واکنش‌های اکسیده شدن در عمل فروپاشی زیستی ضروری است. در حقیقت برای اکسیده کردن کامل یک میلی لیتر هیدروکربور به دی اکسید کربن و آب، در حدود سه تا چهار میلی گرم اکسیژن محلول لازم است. با این همه می‌توان امیدوار بود که در دریاهای باز، عمل اکسیژن سازی به طور دائم وجود داشته باشد و مانعی برای فروپاشی زیستی ایجاد نکند. عامل محدود کننده‌ی دیگری که می‌تواند در این میان مؤثر باشد درجه حرارت است. درجه گرما، بر حسب شرایط جوی و جغرافیایی بسیار متفاوت است و می‌دانیم که فعالیت حیاتی میکروارگانیسم‌ها در برابر تغییرهای درجه حرارت، بسیار حساس است. سرانجام عامل دیگری که احتمالاً میزان محدود کنندگی آن از همه بیش‌تر است کم و کیف عناصر تغذیه گر در دریاهاست.
در واقع باید به یاد داشت که باکتری‌ها از طریق دو نیمه شدن تکثیر می‌شوند. برای مثال اگر یک سلول باکتری را در نظر بگیریم تکثیر آن با افزایش هندسی یک، دو، چهار، هشت، شانزده، و ... انجام می‌شود و زمان دو برابر شدگی تعداد آن ثابت و مشابه تکثیر سلولی است. در باکتری‌ها برخلاف ارگانیسم‌های چند سلولی، رشد به صورت افزایش قد و اندازه نیست، بلکه به شکل افزایش شمار یاخته هاست. اگر در نظر بگیریم که زمان تولید مثل به طور متوسط از یک نظم سی دقیقه‌ای پیروی کند آن گاه درخواهیم یافت که تعداد باکتری‌ها به سرعت محیط را فرا خواهد گرفت. با این حال، فقر محیط حیاتی از نظر عناصر غذایی برای باکتری و هم‌چنین وجود مواد سمی، باعث می‌شود که رشد باکتری‌ها دوام نامحدودی نداشته باشد. اگر این رشد ثابت و به حالت بیش ترین حد باقی بماند، توده باکتری‌ها ظرف چهل و هشت ساعت چهار صد بار از وزن زمین سنگین‌تر خواهد شد. در یک محیط طبیعی، عوامل محدود کننده‌ی رشد باکتری‌ها به ویژه عبارتند از کربن، ازت، فسفر. کربن نقش برتری در تشکیل مولکول‌های آلی زنده (قندها، چربی‌ها، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک) دارد، و ازت نیز همین طور است (پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک). بنا بر این، این‌ها در تشکیل بیوماس نقش بنیادی دارند. از این رو وجود فسفر، گرچه محدودیت کم‌تری دارد، برای تأمین نیاز سلول باکتری به آ. تی. پی. یا آدنوزین تری فسفات (مولکول کوچک آلی که نقش انرژی زای آن، از جمله برای ترکیب پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک، اجتناب ناپذیر است) بسیار اساسی است. ازت و فسفر که مقدارشان در آب‌های دریاها بسیار ناچیز است با سرازیر شدن مواد نفتی در آب، یعنی افزایش شدید و سریع کربن، دیگر کاملاً ناکافی می‌شوند. آن گاه عدم تعادلی میان وجود کربن از یک سو، و ازت و فسفر از سوی دیگر، ایجاد می‌گردد.
مطالعات گوناگون از سال‌های دهه‌ی 1970 میلادی به این سو، نشان داده است که نقش هم‌زمان ازت و فسفر برای عمل فروپاشی زیستی هیدروکربورها، عامل محرک مهمی به شمار می‌رود. در همین دوره نسبت مطلوبی از کربن (طبیعی یا آزمایشگاهی) با ازت و فسفر همراه با استفاده از نمک‌های معدنی، در آزمایشگاه به دست آمد. متأسفانه این ترکیب، به علت قابل حل بودن خود نمی‌توانست در دریاها استفاده‌ی عملی داشته باشد زیرا این احتمال وجود داشت که به سرعت در آب حل شود و بر روی سطح آلوده باقی نماند. در عوض، از سال‌های دهه‌ی 1960 میلادی، استفاده از عمل فروپاشی زیستی برای پاک کردن بشکه‌های نفت، معمول بوده است و فراورده‌های فراوانی، حاوی ازت و فسفر، که بیش‌تر تولید امریکا بوده‌اند، به بازار عرضه شده‌اند. تجربیات نروژی‌ها در اوایل دهه‌ی 1980 میلادی برای پاک کردن زمین یا سواحل آلوده به نفت به کمک کودها، که از نظر ازت و فسفر غنی هستند، نیز موفقیت آمیز بوده است. با این همه در مورد مسأله‌ی آلودگی سطح دریا، همه‌ی گروه‌های پژوهشی با مشکل رو به رو بوده‌اند.
چگونه می‌توان خوراک باکتری‌ها را، بی آن که خطر پخش شدن آن‌ها بر سطح دریا وجود داشته باشد، تأمین کرد؟ مسأله‌ی اساسی عبارت از تهیه‌ی یک ترکیب غذایی است که خصوصیت چربی گرا داشته باشد، یعنی جذب هیدروکربورها شود و در سطح آب-روغن باقی بماند تا باکتری‌های لازم در آن نقطه گرد آیند.
چگونه تناقضِ افزودن هیدروکربورها برای از میان بردن سفره‌ی نفتی کار می‌کند
مانند موارد مشابه دیگری که بسیار پیش می‌آید، پژوهش‌هایی که در زمینه‌ای دیگر به عمل آمده بود در این جا نیز مفید واقع گردید. در عملیاتی که پیش تر برای تسهیل استخراج نفت از لایه‌های زیر زمینی انجام می‌شد امکانات شگفت انگیز میکروامولسیون‌ها کشف شده بود. در حقیقت، میکروامولسیون‌ها امکان می‌دهند که فراورده‌ای که در آب قابل حل است با لایه‌ای از فراورده‌ی دیگری که در روغن حل می‌شود، پوشانده شود. همین خاصیت است که در این مورد خاص نیز به کار می‌آید. در واقع تلاش پژوهش‌گران این است که فراورده‌هایی که حاوی ازت و فسفر محلول در آب هستند، از قابلیت انحلال آن‌ها در آب کاسته شود تا بتوانند برای تغذیه‌ی باکتری‌های موجود در آبی که در سطح دریا به نفت آلوده شده است، مورد استفاده قرار گیرند. سرانجام پس از مطالعات و آزمایش‌‌های گام به گام و محتاطانه، یک میکروامولسیون که دارای پایه‌ی اسید اولئیک و اوره بود و نظر پژوهشندگان را تأمین کرد، به دست آمد. استفاده از هیدروکربوری مانند اسید اولئیک برای از میان بردن آلودگی ناشی از نفت، شاید عملی متناقض به نظر رسد و نیاز به توضیح داشته باشد. در واقع، چنان که پیش از این گفتیم، گرچه در بیش‌تر دریاهای جهان، میکروارگانیسم‌هایی وجود دارند که توانایی از میان برداشتن هیدروکربورها را دارند، اما معمولاً نوع غالب را تشکیل نمی‌دهند. بنا بر این باید توسعه و تکثیر آن‌ها را تسهیل کرد و این کار با هیدروکربوری که بتوانند به آسانی از آن تغذیه کنند – مثلاً اسید اولئیک – امکان پذیر است. این عملِ وارد کردن مصنوعیِ هیدروکربور، امکان افزایش تعداد میکروارگانیسم‌ها را فراهم می‌سازد و برداشت‌های آن‌ها را برای تغذیه و از میان بردن هیدروکربورهای آلوده کننده‌ی سطح دریا، می‌افزاید. بدین ترتیب، با افزایش سریع باکتری‌ها، حمله‌ی آن‌ها به سفره‌ی نفتی که در دریا پخش شده است آغاز می‌شود.
بدین‌گونه، ماده‌ای غذایی که شرکت الف. آکیتین تهیه کرده است قاعدتاً باید مؤثر واقع شود. این ماده حاوی ازت و فسفر به یک نسبت درست است، در آب بسیار کم محلول می‌شود، از نظر فیزیکی و شیمیایی با ثبات است، می‌تواند عمل فروپاشی زیستی را انجام دهد، برای گیاهان و جانوران آب زی سمی نیست، قیمت مناسبی دارد، و بالاخره توسعه‌ی سریع باکتری‌هایی که هیدروکربورها را از میان می‌برند تسهیل می‌کند. تأثیر این ماده را نخست در آزمایشگاه و سپس در دریاهای گوناگون با شرایط متفاوت آزموده‌اند. به منظور تأیید نتایج به دست آمده در آزمایشگاه، انجام همان آزمایش‌ها در دریا امری ناگزیر بود. با این حال، انجام عمل در دریای باز که پی گیری و کنترل آزمایش‌ها عملاً در آن ناممکن است، بسیار دشوار می‌نمود. معیار اساسی این بود که با آب طبیعی دریا که در معرض شرایط جوی (مانند باران، باد و نور خورشید) بوده است، آزمایش شود. از این رو پژوهش‌گران حوض‌هایی ایجاد کردند که با آب طبیعی دریا پر شده بود. برنامه‌ی آزمایش چنان بود که بتوان برخی پارامترها را تغییر داد، مثل طبیعت هیدروکربورِ مورد بررسی (میزان سبکی آن، میزان چسبندگی آن، اندازه‌ی غنای آن از نظر پارافین یا مواد معطر و غیره)، یا ضخامت سفره‌ی نفتی ایجاد شده بر سطح دریا (آزمایش باد و ضخامت چهل و چهار صدم میلیمتر و بیست و دو صدم میلیمتر)، و بالاخره نسبت میان مقدار ماده‌ی تغذیه گر باکتری‌ها و مقدار هیدروکربوری که باید از میان برود. مجموع آزمایش‌ها، به نتایج گوناگونی انجامید.

کف شکلاتی دیر هضم

غالباً هنگام ایجاد حادثه و ریزش نفت در دریا، امولسیون‌هایی پدید می‌آیند که به علت شکل ظاهری آن‌ها، نام آن‌ها را کف‌های شکلاتی گذاشته‌اند. این‌ها امولسیون‌های آب در روغن هستند که بسیار چسبناکند و می‌توانند تا حدود هشتاد درصد، آب در خود داشته باشند. این امولسیون‌ها، دشواری‌های فراوانی در عمل ایجاد می‌کنند، زیرا بسیار با ثبات هستند و به حجم مواد ریخته شده بسیار می‌افزایند. بنا بر این، پژوهش در باره‌ی عمل مواد تغذیه گر بر روی این امولسیون‌ها، بسیار حائز اهمیت بود. از این رو، برخی آزمایش‌ها بر روی این کف‌های شکلاتی انجام گرفت. مشاهده شد که در حوض‌هایی که آزمایش در آن‌ها انجام می‌گرفت چسبندگی نفت آشکارا کم‌تر از حوض‌هایی بود که به عنوان گواه در نظر گرفته شده بودند و عمل آزمایش نیز موجب شکستگی بعضی از امولسیون‌ها شده بود. به این ترتیب، روشن است که روش مورد نظر، حتی در مواردی که کف‌های شکلاتی پدید می‌آیند، روشی مؤثر است.
اکنون این پرسش پیش می‌آید که آیا فرایند فروپاشی زیستی در یک منطقه‌ی معتدل تأثیر بیش‌تری دارد یا نه؟ برای پاسخ به این پرسش، آزمایش‌هایی در دریاهای سرد انجام گرفت. شرایط جوی، به ویژه سخت بود و دمای آب بین سه تا هشت درجه‌ی سانتیگراد نوسان داشت و بادهای شدیدی می‌وزید. دو گونه آزمایش انجام گرفت: از یک سو در زمین و در مخزن‌های هفتاد و پنج لیتری، و از سوی دیگر در دریا که توانستند سفره‌های کوچک نفتی برای زمان آزمایش ایجاد کنند. هر یک از رشته آزمایش‌ها مدت هفت روز طول کشید به استثنای یکی از آن‌ها که بیست و یک روز به درازا انجامید. در این مناطق سرد، در شرایط هم‌سان آزمایشی، وقتی مواد تغذیه گر برای باکتری‌ها نمی‌ریختند، ضریب از میان رفتن نفت، میان هشت تا هفده درصد بود، حال آن که در صورت وجود مواد تغذیه گر، این ضریب به هشتاد تا هشتاد و شش درصد می‌رسید. پس چنین به نظر می‌رسد که در آب سرد، انواع گوناگون باکتری‌ها، در صورتی که با محیط زیست سازش یابند قادر به از میان بردن هیدروکربورها هستند و بنا بر این، دمای آب عامل محدود کننده‌ای به شمار نمی‌رود. حتی مشاهده شد که در آن جا، ضریب نابودکنندگی آن‌ها بسیار (در حد نود درصد) بیش‌تر از آب‌های معتدل است (شاید از جمله به این دلیل که آب‌های سرد دارای اکسیژن بیش‌تری هستند).
آشکار است که آزمایش‌های تکمیلی بیش‌تری ضرورت دارد. اما می‌توان گفت که از حالا، روش فروپاشی زیستی خواهد توانست در صورت ریزش نفت در مناطق قطبی، هم‌چون ابزار بسیار مؤثری به کار گرفته شود. در آب‌های شیرین نبز آزمایش‌هایی انجام گرفته و نتیجه بخش بوده است. در آب‌های شیرین، پس از هشت روز عمل، ضریب نابودی هیدروکربورها که در شرایط عادی بین دوازده تا چهارده درصد است،تا حدود پنجاه و شش تا شصت و دو درصد بالا رفت. بنا بر این می‌توان نتیجه گرفت که در آب‌های شیرین، به شرط آن که دارای مجموعه گیاهان آب زیِ مستعد برای نابودی هیدروکربورها باشند، استفاده از مواد تغذیه‌گر باکتری‌ها می‌تواند مؤثر باشد.
منبع: راسخون