Aliso Canyon läckage, som började den 23 oktober 2015 på en SoCalGas naturgaslagring och tog nästan fyra månader att ansluta, var en av de största miljökatastroferna i USA:s historia, utlöser evakuering av mer än 6, 800 närliggande hushåll.

Den plötsliga översvämningen av naturgas - en blandning av mest metan och etan - ger forskare en unik möjlighet att studera hur miljön reagerar. Metan är den näst vanligaste växthusgasen efter koldioxid (CO2) och, som CO2, ökar snabbt i koncentrationen i atmosfären globalt. Som sådan, forskare är intresserade av att lära sig mer om de mekanismer som naturen redan har för att hantera fluktuationer i metanhalter - liksom begränsningarna av dessa mekanismer.

"Aliso Canyon -läckan är en katastrof, men det är också ett tillfälle att studera detta ovanliga miljöstörningsexperiment, "säger Victoria Orphan, James Irvine professor i miljövetenskap och geobiologi vid Caltech. Sedan december 2015 har Orphan har samarbetat med Caltech associerade forskare Patricia Tavormina för att studera tillväxten och sammansättningen av mikrobiella samhällen i jorden runt det drabbade området.

Aliso Canyon har fungerat som en lagring av naturgas i årtionden. År 1938, J. Paul Getty's Tidewater Associated Oil Company upptäckte ett oljefält norr om Porter Ranch -området i Los Angeles i nordvästra San Fernando -dalen. Oljeproduktionen nådde en topp på 1950 -talet med cirka 118 aktiva brunnar, avsmalnade sedan. Cirka 32 brunnar finns kvar, men från och med 1970 -talet omvandlades huvuddelen av oljefältet till en naturgaslagring.

Geologiskt, som ett utarmat oljefält, Aliso Canyon är en idealisk lagring av naturgas. Med oljan pumpad ut, det som återstår är en region med porös sten cirka 9, 000 fot under ytan genom vilken gas fritt kan strömma, toppad av en ogenomtränglig kapsten. Det är en av de största sådana anläggningarna i USA, når ett medeldjup på 9, 000 fot och kan lagra 86 miljarder kubikfot naturgas. SoCalGas köper naturgas från hela landet och skickar den till platsen, där den injiceras under lockstenen och in i det porösa berget via 115 gasinjektionsbrunnar; när det behövs, gasen pumpas tillbaka ut genom dessa ledningar. Under läckaget, en av dessa brunnar, ligger cirka en mil norr om hem i Porter Ranch, brustit på ett djup av cirka 300 fot, ovanför slutstenen.

SoCalGas försökte flera "toppdöd" för att stoppa läckan - det vill säga injicera en slam av lera och saltlösning i brunnen i ett försök att plugga den. Det bästa dödandet misslyckades, eftersom höga tryck inuti det metanpackade porösa berget upprepade gånger blåste ut proppen igen. Läckan pluggades slutligen i februari 2016, tack vare en nybyggd brunn som gjorde att SoCalGas kunde avlasta trycket på den skadade brunnen och permanent stoppa läckan.

Tidigare, Föräldralös och Tavormina, i samarbete med professor Samantha Joye vid University of Georgia, studerade effekterna av oljeutsläppet Deepwater Horizon 2010 - som släppte ut nästan 5 miljoner fat olja i Mexikanska golfen nära Mississippiflödet - på marina mikrobiella samhällen.

Nu vill de veta om och hur mikrober i jordarna i Aliso Canyon kan överleva och anpassa sig till den plötsliga ökningen i lokala metanhalter. Att göra så, de samlar först jordprov både runt brunnhuvudet och inom det närliggande samhället.

Processen att ta prover på Aliso Canyon startar lågteknologisk. Forskarna använder en meter lång polyvinylklorid (PVC) rör som har delats på längden och sedan bundits ihop igen. De hamrar denna ihåliga cylinder i marken så långt den går (vanligtvis ungefär en halv meter) och drar sedan upp den, separera halvorna, och ta bort jorden inuti. Än så länge, de har tagit 63 jordkärnor, varav cirka 16 ligger precis vid brunnhuvudet. De räknar med att de kommer att samla in prover åtminstone fram till februari 2017.

Proverna förs tillbaka till Orphan's Caltech lab, där de bearbetas och analyseras.

"Det första vi gör är att leta efter förändringar i populationen av markmikroorganismer. Om jag ser förändringar i hela befolkningen över rymden eller tiden, det är en indikation på att befolkningen svarar på gasen - befolkningen formas, eller strukturerad, av gasen, "Säger Tavormina.

Förutom att övervaka den förändrade demografin för den mikrobiella befolkningen, forskarna räknar fysiskt de mest lovande bakteriearterna - de som verkar svara mest på naturgasen. De räknar upp hur många av vissa bakterier som finns i dessa prover och odlar specifika bakterier ur jorden och frågar sedan vad som händer när organismerna matas med olika komponenter i naturgas, som metan.

Det är inte bara så enkelt som att säga att varje förändring av mikroberna drivs av metan, dock. Beroende på dess källa, naturgas innehåller en varierande andel etan, vilket också kan driva förändringar i mikrobiella samhällen.

Ytterligare, processen som mikrober använder för att bryta ner metan innehåller flera steg, var och en påverkar miljön för varannan mikrob i närområdet. Det finns flera vägar för att bryta ner metan och omvandla det till energi som mikrober kan konsumera. I allmänhet, det första steget omvandlar det till metanol, nedbrytning av metanol ger formaldehyd, och så vidare. Mikrober finns i komplexa heterogena samhällen som ofta arbetar tillsammans för att slutföra olika steg i processen.

"Tänk dig att två mikroorganismer talar med varandra:" Jag kan använda din formaldehyd. Du fortsätter att metabolisera metan, och jag tar hand om detta steg. ' Så det blir som ett löpande band, "Säger Tavormina.

Mikrober som konsumerar metan, känd som metanotrofer, gör det med ett enzym som kallas partikelformigt metanmonooxygenas (pMMO). Att mäta pMMO -nivåer ger forskare en proxy genom vilken de kan uppskatta antalet metanotrofer i ett prov. Som sådan, när Orphan och Tavormina analyserade markproven från Aliso Canyon, de förväntade sig att hitta höga nivåer av pMMO nära utblåsningen.

"De flesta jordar har några metanotrofa bakterier, men vi fick bara en svag molekylär signal för pMMO, "Orphan säger." Du skulle ana att ju närmare gasutblåsning du kommer, du skulle se mer bevis på metanotrofberikning, men det gjorde vi inte, vilket var oväntat. "

Istället, de upptäckte allt fler ovanliga bakteriearter som inte tidigare odlats i ett laboratorium. Denna ännu inte namngivna mikrobe använder en annan version av pMMO-enzymet-en som färdas runt av bakterien i en cirkulär bit av DNA som kallas en plasmid. Plasmider kan reproducera sig oberoende av resten av bakteriegenomet, gör dem lättare att dela med andra organismer - vilket gör det möjligt att denna mikrobe delar generna för bearbetning av metan med andra mikrober.

"Vi ser helt nya arter och grupper av mikroorganismer som vi inte trodde konsumerade kolväten, och upptäcker att de definitivt är involverade i metaboliseringen av det, "Säger Tavormina.

Nedåt linjen, förstå hur mikrober reagerar på och bearbetar metan kan hjälpa till att mildra framtida katastrofer. Tavormina säger att det inte är för långsökt att föreställa sig saneringsbesättningar beväpnade med jordmattor fyllda med metanotrofa mikrober som svarar på läckor.

Tills vidare, Orphan och Tavormina kommer att fortsätta studera naturens reaktion på läckan - och lysa upp mikrobernas till synes oändliga förmåga att överleva och frodas under de omständigheter de möter.

• 
•