KYT - Syväbiosfääritutkimukset. Malin Bomberg Teknologian tutkimuskeskus VTT

Transkriptio

1 KYT - Syväbiosfääritutkimukset Malin Bomberg Teknologian tutkimuskeskus VTT

2 2 Mikrobien merkitys syväbiosfäärissä Mikrobiyhteisöt ovat hyvin monimuotoiset tuhansia lajeja Yleensä matala aineenvaihdunta, mutta reagoivat nopeasti ympäristön muutoksiin Heterotrofisia orgaanisten hiiliyhdisteiden hajottajia, usein tuottaen orgaanisia happoja Autotrofeja hiilidioksidin sitojia Typpibakteerit nitraatin ja nitriitin pelkistys, ammoniakin hapetus, typensidonta Metanogeenit metaanintuottajat Metanotrofit metaaninhapettajat Rikkiyhdisteiden pelkistäjät ja hapettajat Raudan/mangaanin pelkistäjät ja hapettajat ylläpitävät mikrobiyhteisöjen toimintaa syväbiosfäärissä

3 3 Näytteenottopaikat vuoteen 2013 Pyhäsalmi Outokumpu pakkerinäyttenottoja rakovyöhykkeistä (180 m, 500 m, 968 m, 1820 m, 2260 m, 2300 m) - Letkunäytteenottoja ( m, m) Kuhmo Romuvaara - Ro_ m (letkunäytteenotto) Olkiluoto m - useampi reikä (pakkerinäytteenotto, PAVE) - VLJ-luola, pohjavesiasema Tulossa 2013 Pyhäsalmen kaivos

4 4 Solumäärät ja sulfaatinpelkistäjät

5 5 Hiili- ja typpiuhdisteiden käyttö Biolog-koe, 95 erilaista yleistä hiilen- ja typenlähdettä

6 6 Näytteenoton ajankohta Purkamo et al., 2013, FEMS Microbiology Ecology, In press

7 7 Outokummun mikrobiyhteisöjen tunnistus 16S rrna PCR-DGGE ja Pyro-sekvensoinnin avulla Archaea Bacteria OUTOII m OUTOII m m OUTOII m OUTOII m OUTOII m OUTOII m OUTOII m 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % OUTOII m OUTOII m OUTOII m OUTOII m OUTOII m OUTOII m 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % SRB SRB H 2 + CO 2 Orgaaninen hiili H 2 + CO 2? Flavobacteria Gammaproteobacteria Actinobacteria Alphaproteobacteria Mollicutes Clostridia Betaproteobacteria unclassified_bacteria Deltaproteobacteria Erysipelotrichi Anaerolineae Sphingobacteria Methanolobus Methanomethylovorans Methanobacterium Methanosarcina unclassified_methanobacteriaceae unclassified_euryarchaeota unclassified_archaea unclassified_methanosarcinaceae unclassified_methanomicrobia unclassified_methanobacteriales * * * * * * *

8 8 Olkiluodon mikrobiyhteisöt SRB Nitraatin pelkistäjiä Metaaninhapettjaia Raudan pelkistäjiä Fermentoivia Rikin hapettajia CO 2 fiksaajia Nitraatin pelkistäjiä metaaninhapettaja Asetaatti H 2 + CO 2 Asetaatti Orgaaninen hiili Orgaaninen hiili

9 9 Romuvaara Ro_10 mikrobiyhteisö Arkit Bakteerit Raudan hapetus ja pelkistys Metaani H 2 +CO 2 :sta ja formaatista H 2 +CO 2

10 10 Metagenomiikka (Geobioinfo) Olkikuoto OL-KR49/532m, OL-KR40/609m Outokumpu 500 m, 968 m, 2265 m, 2300 m

11 11 Hiilenlähteiden aktivoiva vaikutus mikrobeihin Pienet hiiliyhdisteet ja elektroninvastaanottajat ovat tärkeitä syväbiosfäärin mikrobien toiminnalle Outokummun 500 m pohjaveden mikrobeille syötettiin CH 4, CH 4 +SO 4, metanolia ja metanoli+so 4 Inkubointiaika 2h Mikrobisolut, joiden aineenvaihdunta vilkastui substraattien lisäyksen johdosta tunnistettiin redox värillä Ei lisäyksiä Metaani Metanoli

12 12 Outokumpu 500 m A. Aktivoituneiden solujen osuus B. Nitraatinpelkistäjät C. Sulfaatinpelkistäjät D. Metaaninhapettajat E. Ammoniakin hapettajat

13 13 Mikrobiologisten prosessien turvallisuusmerkitys (erityisesti korroosio) Mikrobiologinen toiminta voi huomattavasti kiihdyttää metallisten materiaalien (purkujätemetallit ja kapselimateriaalit) korroosiota loppusijoitusolosuhteissa ja vaikuttaa siten radio- Aktiivisten aineiden nopeampaan vapautumiseen Mikrobien aineenvaihduntatuotteet voivat myös laskea merkittävästi ph:ta, mikä vaikuttaa myös betonin kestävyyteen Mikrobiologinen toiminta on erilaista eri paikoissa, tutkituissa kolmessa paikassa mikrobiyhteisöt poikkeavat toisistaan samoilla syvyyksilläkin, samoin kuin niiden käyttämät ravintoaineet Näin ollen on tärkeää selvittää mikrobien esiintymistä ja erityisesti niiden aktiivisuutta oikeissa käyttöolosuhteissa eikä esimerkiksi Ruotsissa tehtyjä tuloksia voida sellaisenaan soveltaa Suomen loppusijoitusolosuhteisiin arvioitaessa mikrobiologisen korroosion vaikutuksia metallisiin materiaaleihin

14 14 Purkujätemetallien korroosiotutkimus (Remic) Olkiluodon VLJ-luolan KR9:n vedessä 3 ja 8 kk:n altistus, hiiliteräsnäytteet - mikrobien määrä vedessä lisääntyi, kun mukana oli hiiliteräsnäyte - Biofilmin muodostuminen hiiliteräksen pinnalle oli voimakkaampaa huoneenlämpötilassa kuin matalammassa lämpötilassa - Sulfaattia pelkistävien bakteerien määrä kasvoi kaikissa näytteissä 3 kuukauden altistuksen jälkeen, mutta pieneni, kun altistusaikaa nostettiin 8 kuukauteen - Suurin osa mikrobeista muistutti Beta-proteobakteereita, todetut sulfaatin pelkistäjät kuuluivat delta-proteobakteereihin - Alkutilanteeseen verrattuna tuloksena oli monimuotoinen mikrobiyhteisö - Monet beta-proteobakteerit ovat myös raudan pelkistäjiä tai metaanin käyttäjiä

15 15 Purkujätemetallien korroosiotutkimus Laboratoriokokeet (+10 C, VLJ KR9 vesi) Alustavien tulosten mukaan hiilen lisäys (glukoosi tai metaani) tehostaa mikrobien aktiivisuutta ja aikaansaa korroosionopeuden selvän kasvun Betonin läsnäolo (korkea ph) inhiboi mikrobitoimintaa ja hiiliteräksen korroosiota

16 16 VTT creates business from technology