בעקבות הנפט הבלתי נראה – מחקר חדש של ד”ר יגאל ברנשטיין מאוניברסיטת מיאמי

מחקר חדש מראה שהערכת גודל הדליפה והנזק מפיצוץ אסדת קידוח הנפט Deepwater Horizon הייתה נמוכה מהמציאות

מאת אמיר נקר וד”ר יגאל ברנשטיין מעמותת סיינס אברוד בשיתוף עמותת מדע גדול, בקטנה.

פיצוץ אסדת קידוח הנפט Deepwater Horizon היה אסון אקולוגי מטלטל. ב-20 לאפריל 2010 פרצה שריפה על אסדת הקידוח ומאות מיליוני ליטרים של נפט גולמי נשפכו לתוך מפרץ מקסיקו מעומק של כ-1500 מ’ [1]. האסון הסביבתי היה מהגדולים שנראו בעולם, וכל האזור נסגר לפעילות דייג למשך זמן רב. על מנת ללמוד על מפגעי הנפט בשטח כל כך גדול, ולנהל את פעילויות הדייג, נסתמכו הרשויות על תצלומי לוויין להערכת נזקי הדליפה. לפי תמונות הלוויין הנחו הרשויות את הדייגים היכן ניתן עוד לדוג והיכן אסור לדוג עקב סכנת הרעלה [2].

נפט, ובמיוחד תרכובות משניות שלו, רעיל למגוון יצורים חיים. שרשראות פחמן-מימן ארומטיות (Polycyclic aromatic hydrocarbon, או PAH) לדוגמה, גורמות לסרטן ולמוות של מגוון אורגניזמים ימיים, ובייחוד שלבים צעירים של דגים וחסרי חוליות [3]. חלקן גורמות לנזקים בדנ”א ובכך מעודדות מוטציות – שגורמות לסרטן. חלק אחר אמנם לא מפעיל את המוטציות אך מעודד את התפתחות הסרטן לשלבים המתקדמים ע”י חסימת התקשורת הבין-תאית. כך או כך, לא כדאי להחשף לנפט גולמי, לא במאכל ושתיה, לא על העור ואפילו לא בנשימה [4]. בעיה ייחודית של כתמי הנפט שצפים על פני המים היא חשיפתם לקרינת השמש (UV), הגורמת לאפקט הגברת הרעילות (Photo-enhanced toxicity). בחשיפה לאור, תרכובות ה-PAH הופכות למגוון רחב של תרכובות אחרות בתהליך שנקרא photo-modification. התרכובות החדשות הן מגוונות ורעילות בהרבה – עד פי 100 יותר! – וקשה למדוד אותן בכלים סטנדרטיים [5].

ממצאים שנתגלו לאחר אסון אסדת הקידוח מצאו שדגים שנתפסו באזורים שהוגדרו כ”בטוחים” היו מזוהמים באופן מסוכן. משרד הבריאות האמריקאי, מצא את הזיהומים רק בבדיקות מזון לאחר שהדגים כבר נתפסו [6]. הממצאים עוררו דאגה רבה ברחבי ארה”ב ושפכו אור על הבעייתיות של הערכת הנזק בים באמצעות לוויינים. נראה שקיימת כמות גדולה של “נפט בלתי נראה” שלא מזוהה על ידי הלווינים, אך בדיקה של המים בשטח כל כך גדול לאחר אירוע שכזה היא מסובכת איטית ויקרה מאוד.
מספר חוקרים ניסו לפתור את הבעיה – כיצד נוכל לזהות את הזיהום בשטח כל כך גדול, אם לא ניתן לראות את הזיהום בלוויין? מודלים שונים תוכננו על מנת לנסות ולחזות לפי זרמי המים ותמונות לוויין לאן הנפט אמור להגיע [7]. אך שוב ושוב הממצאים בשטח הראו שהמודל היה צנוע ושמרן. הנפט נשאר במים בריכוזים מסוכנים גם הרבה אחרי שנעלם מכל מודל.
מחקר חדש של ד”ר יגאל ברנשטיין, פוסט דוקטורנט ישראלי באוניברסיטת מיאמי, מראה שהערכת גודל הדליפה והנזק שביצעו הרשויות הייתה נמוכה בהרבה מהמציאות. במחקרם, שהתפרסם לאחרונה במגזין Science Advances, השתמשו החוקרים במודלי הסעת נפט מורכבים על מנת לחזות את התפשטות הנפט במים. החוקרים אימתו את ממצאיהם אל מול נתוני הלווין ונתוני דיגום שטח שהצביעו על נוכחות של נפט מעבר לטווח נתוני הלווינים.
המודל של ברנשטיין ושותפיו שילב בין מספר רב של גורמים, ביניהם זרמי האוקיינוס, המליחות והצפיפות, קצב אידוי הנפט ועוד. הגורם הייחודי שהוסיפו החוקרים קשור ליחס בין כלל הנפט לתרכובות ה-PAH. החוקרים הצליחו לחשב את היחס בין כלל הנפט ל-PAH במהלך הדליפה, מה שאפשר להם להכניס שני גורמים ייחודיים למודל: הרעילות של PAH בחשיפה לאור וערך סף גילוי הלווינים מבחינת כמות הנפט הכללית.

על-ידי שימוש בנתונים שנאספו בשטח בזמן האסון יכלו החוקרים לחשב את חלקן של PAHs מתוך כלל הנפט, ולכלול במודל את השפעת קרינת השמש על הגברת הרעילות. כאשר הזינו החוקרים את כל הפרמטרים למודל, הם דימו שחרור נפט למשך 87 ימים, בדומה למה שקרה במהלך האסון, ועקבו אחרי התפשטות הנפט באוקיינוס דיגיטלי.
החוקרים מצאו שכאשר מתייחסים לאפקט הרעילות המוגברת עקב קרינת UV, השטח שמכיל ריכוזי נפט רעילים גדול בהרבה ממה שנראה בתצלומי הלוויין. משטחי נפט שנעלמו לכאורה מעיני הלוויין תוך מספר ימים השאירו מאחוריהם כמויות רעילות של נפט עד חודשים לאחר שהאזור הוגדר כבטוח. הדמיית הדליפה תוך התייחסות לתנועת הנפט והשפעת קרינת השמש אפשרו לחוקרים לחשוף את הגודל האמיתי של האסון.
בעזרת המודל המתמטי שפיתחו, המאפשר הערכה של האזורים הרעילים “הבלתי נראים”, מקווים החוקרים שיוכלו בעתיד לייעץ לרשויות כיצד להבין טוב יותר את ההפצה של אותם תוצרים מזהמים, ואת הנזק שלהם לסביבה הימית. הממצאים חשובים במיוחד היות והם מאפשרים לנו לחזות באסונות הבאים להיכן יגיע הנפט גם במקומות שבהם הלווינים אינם רואים את הזיהום, ובכך לזהות את “הנפט הבלתי נראה”.

 

ראיון עם החוקר – ד”ר יגאל ברנשטיין

– בכמה מילים: אשמח שתציג את עצמך:

 קוראים לי יגאל ברנשטיין, אני נשוי לנעמה ויש לנו שני ילדים (תום ואור בני 7,5) וכלבה (ליילה) . אנחנו גרים כבר 3 שנים במיאמי, ואני עושה פוסט-דוקטורט באוניברסיטת מיאמי(UM) (RSMAS Rosenstil School of Marine and Athmospheric Sciences)

– איך מצאת את המשרה ומה למדת לפני?

 למדתי אקולוגיה. התחלתי בתואר ראשון במכללת רופין במכמורת, את השני עשיתי בעברית והדוקטורט בבן גוריון. את התארים המתקדמים עשיתי במכון הבינאוניברסיטאי באילת. כבר מתחילת הלימודים שמתי דגש על הצד החישובי, אני אוהב לשלב בין העולמות של ניתוחים סטטיסטיים ואקולוגיה.

בזמן הדוקטורט עבדנו בשיתוף פעולה עם פרופ’ קלייר פאריס (Prof. Claire Paris) מאניברסיטת מיאמי על הפצה של פגיות דגים (Larvae) במים. לקראת סוף הדוקטורט פניתי אליה לגבי משרת פוסט-דוק והיא קיבלה אותי בשמחה. חקרנו את השפעת דליפות נפט על אוכלוסיות שתלויות בדיג באיזור מפרץ מקסיקו.

 – וואו, זה נשמע מגוון מאוד – מי האנשים שעובדים איתך?

זה שיתוף פעולה של חוקרים בפלורידה וקליפורניה שעוסקים בכלכלת דייג ומודלים של מערכות אקולוגיות. בינהם פרופ’ קלייר פאריס (Prof. Claire Paris) ראש המעבדה,  ופרופ’ סטיב מורוואסקי (Prof. Steve Murawski) מאוניברסיטת דרום פלורידה (USF). אנחנו מנסים להתייחס להרבה גורמים, החל בשאלה איך הנפט מתפשט דרך ההשפעה שלו על היצורים החיים בים ועד ההשפעה הכלכלית על הדייגים והאוכלוסייה.

– כשאתה לא במעבדה, מה אתה אוהב לעשות?

בעיקר אני אוהב לבלות זמן עם הילדים ואשתי, אנחנו משתדלים לטייל הרבה בים וביערות פה בסביבה. אנחנו גם מאוד אוהבים להפליג בים.

– איך היית מתאר את המעבר מישראל לארה”ב?

 זו חוויה משמעותית ומעצימה, ומאוד מלכדת מבחינה משפחתית אך גם מאתגרת. לומדים הרבה מכל הבחינות. 

– אז למה בכל זאת יצאת לפוסטדוק בחו”ל?

אני חושב שיש חשיבות רבה ליצירת קשרים עם חוקרים מובילים בעולם והרבה מה ללמוד מהמדע שמתבצע במקומות אחרים בעולם בתחום המחקר הימי. תחום המחקר בהחלט משך אותי, הוא מאתגר מעניין במיוחד מבחינה של תהליכים בסקאלה רחבה. וזה רלוונטי גם לאיזורנו.

– מה משך אותך לפרויקט הזה?

האמת שהפרויקט על הנפט הבלתי-נראה לא היה חלק מתוכנית המחקר, אבל ברגע שהבנו את גודל הבעיה היה לנו חשוב לחקור את זה. זה משהו שכמעט ולא דיברו עליו עד עכשיו. זה תחום שחשוב להוציא אותו החוצה כי יש המון דליפות נפט, ממש כל שבוע, ובכל דליפה יש הערכת-חסר של הנזק, חשוב להתייחס לדברים האלה. 

– איך סיינסאברוד משתלבת בחיים שלך?

קודם כל כיף לקרוא ולהיות בקשר עם חוקרים צעירים שגם הם כמוני, במסעם האקדמי בחו”ל. מעבר לכך בקבוצת הפייסבוק אפשר למצוא הרבה מידע רלוונטי – על ויזות, חוקים והחוויה של המעבר. יש גם קישורים למלגות חשובות כמו מימון הגעה לראיונות בארץ.

– ואיך שמעת על העמותה?

לצערי לא הכרתי את העמותה בתחילת הדרך, הצטרפתי יחסית לאחרונה. זו קבוצה פעילה ואיכותית שמספקת מידע מאוד חשוב.

– יש לך טיפים לחבר’ה שעכשיו בדוקטורט ומתלבטים מה הלאה?

אם מוצאים נושא משמעותי, אפילו שהוא לא חלק רשמי מהצעת המחקר שלך, כדאי לנסות לבדוק אותו. חלק ניכר מהתגליות הגדולות נמצאו יחסית במקרה, מתוך סקרנות ועניין. 


***

הטקסט נכתב על ידי אמיר נקר, בשיתוף עם עמותת מדע גדול בקטנה. אמיר נקר הינו דוקטורנט במכון לייבניץ לחקר טכנולוגיות פוטוניות ביינה (Jena) גרמניה. הוא עוסק במחקר אינטרדיסיפלינרי בו מנסים לייצר שיטה מהירה לזיהוי חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה בבתי חולים. בעבר למד חקלאות באוניברסיטה העברית, והוא מאוד אוהב לעסוק בנקודות ההשקה שבין ביולוגיה, כימיה, הנדסה, בריאות הציבור והסביבה.

ד”ר יגאל ברנשטיין, ממחברי המאמר, נמצא במהלכו של פוסט-דוקטורט באוניברסיטת מיאמי (UM) (RSMAS Rosenstil School of Marine and Athmospheric Sciences). ד”ר ברנשטיין למד אקולוגיה, תחילה בתואר ראשון במכללת רופין במכמורת, ולאחר מכן באוניברסיטה העברית ובאוניברסיטת בבן גוריון, במכון הבינאוניברסיטאי באילת.

עמותת “מדע גדול, בקטנה” הוקמה במטרה לבנות גשר בין הקהילה המדעית ועולם המדע אל הציבור הרחב. העמותה מנגישה מדע באופן מקצועי, אמין ואובייקטיבי. מנהלי העמותה ומתנדביה הכותבים במסגרת הפעילות בעמותה, הם כולם מדענים פעילים או חובבים, ובעלי תארים מתקדמים מאוניברסיטאות מובילות. לכל כותבי העמותה יש ניסיון עשיר בהנגשת מדע, בכתב וגם בעל פה, וכל הכתבות נתונות לביקורת מדעית הכוללת ביקורת עמיתים של מומחי התחום הפעילים בעמותה. כולם, פועלים בהתנדבות מלאה ומתוך רצון ותשוקה אמיתית להנגשת מדע בעבור כל אחת ואחד שמתעניינים בדברים המרתקים שמתרחשים בסביבה של כולנו.

לקריאה נוספת ומקורות:

    1. פיצוץ אסדת קידוח הנפט Deepwater Horizon היה אסון אקולוגי מטלטל. ב-20 לאפריל 2010 פרצה שריפה על אסדת הקידוח ומאות מליוני ליטרים של נפט גולמי נשפכו לתוך מפרץ מקסיקו מעומק של כ-1500 מ’. 
    1. R. MacDonald, O. Garcia-Pineda, A. Beet, S. Daneshgar Asl, L. Feng, G. Graettinger, D. French-McCay, J. Holmes, C. Hu, F. Huffer, I. Leifer, F. Muller-Karger, A. Solow, M. Silva, G. Swayze, Natural and unnatural oil slicks in the Gulf of Mexico. J. Geophys. Res. Ocean. 120, 8364–8380 (2015)
    1. לפי תמונות הלוויין הנחו הרשויות את הדייגים היכן ניתן עוד לדוג והיכן יש אזורים אסורים לדייג מחמת סכנת הרעלה. 
    1. M. Ylitalo, M. M. Krahn, W. W. Dickhoff, J. E. Stein, C. C. Walker, C. L. Lassitter, E. S. Garrett, L. L. Desfosse, K. M. Mitchell, B. T. Noble, S. Wilson, N. B. Beck, R. A. Benner, P. N. Koufopoulos, R. W. Dickey, Federal seafood safety response to the Deepwater Horizon oil spill. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 20274–20279 (2012)
    1. נפט, ובמיוחד תרכובות משניות שלו, רעיל למגוון יצורים חיים. שרשראות פחמן-מימן ארומטיות (Polycyclic aromatic hydrocarbon, או PAH) לדוגמה, גורמות לסרטן ולמוות של מגוון אורגניזמים ימיים, ובייחוד שלבים צעירים של דגים וחסרי חוליות.

    Bostrom, C.-E.; Gerde, P.; Hanberg, A.; Jernstrom, B.; Johansson, C.; Kyrklund, T.; Rannug, A.; Tornqvist, M.; Victorin, K.; Westerholm, R. (2002). “Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air”. Environmental Health Perspectives. 110 (Suppl. 3): 451–488. doi:10.1289/ehp.02110s3451. ISSN 0091-6765. PMC 1241197. PMID 12060843

    1. חלקן גורמות לנזקים בדנ”א ובכך מעודדות מוטציות – שגורמות לסרטן. חלק אחר אמנם לא מפעיל את המוטציות אך מעודד את התפתחות הסרטן לשלבים המתקדמים ע”י חסימת התקשורת הבין-תאית. כך או כך, לא כדאי להחשף לנפט גולמי, לא במאכל ושתיה, לא על העור ואפילו לא בנשימה.

    Baird, W. M.; Hooven, L. A.; Mahadevan, B. (2015-02-01). Carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon-DNA adducts and mechanism of action”. Environmental and Molecular Mutagenesis. 45 (2–3): 106–114. doi:10.1002/em.20095. ISSN 1098-2280. PMID 15688365.

    1. בעיה ייחודית של משטחי הנפט שצפים על פני המים היא חשיפתם לקרינת השמש (UV), הגורמת להיווצרות תרכובות חדשות ורעילות עד פי מאה שרשראות הפחמן-מימן הארומטיות המקוריות בתהליך שנקרא photo-modification ואפקט הגברת הרעילות בחשיפה לאור (photo-enhanced toxicity באנגלית).

    Environ Toxicol Chem. 2006 Apr;25(4):1079-87. Photoinduced toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons to Daphnia magna: ultraviolet-mediated effects and the toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbon photoproducts. Lampi MA1, Gurska J, McDonald KI, Xie F, Huang XD, Dixon DG, Greenberg BM.

    1. משרד הבריאות האמריקאי, מצא את הזיהומים רק בבדיקות מזון לאחר שהדגים כבר נתפסו.

    https://www.fda.gov/food/food-safety-during-emergencies/consumers-can-be-confident-safety-gulf-seafood

    1. חוקרים רבים ניסו לפתור את הבעיה – כיצד נוכל לזהות את הזיהום בשטח כל כך גדול, אם לא ניתן לראות את הזיהום בלוויין? מודלים שונים תוכננו על מנת לנסות ולחזות לפי זרמי המים ותמונות לוויין לאן הנפט אמור להגיע.
    1. H. Barker, A statistical outlook for the Deepwater Horizon oil spill, in Monitoring and Modeling the Deepwater Horizon Oil Spill: A Record Breaking Enterprise, Y. Liu, A. MacFadyen, Z.-G. Ji, R. H. Weisberg, Eds. (John Wiley, 2013), vol. 195, pp. 237–244
  1. המאמר המלא: https://advances.sciencemag.org/content/6/7/eaaw8863.full

Share this post

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on print
Share on email