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UMWELTLABOR/292: Unbarmherzig, unbedacht - extremophile Ökooffensive ... (SB)


Frackinginfektionen
Wie wird man sie los, die Mikromonster, die aus der Tiefe kriechen?


Nach langem Streit um die unkonventionelle Erdgasförderung in Deutschland wurde im Juni dieses Jahres recht unspektakulär doch noch eine Kompromißlösung durchgewunken, die Fracking offiziell verbietet, es aber letztlich nicht komplett ausschließt und die etwaige Erlaubnis bei entsprechendem wirtschaftlichen Interesse sogar erleichtert. Der Kompromiß schiebt den schwarzen Peter der letztendlichen Entscheidung an die Bundesländer ab.

Offenbar haben die Erfahrungen der letzten Jahre noch nicht gereicht, um daraus zu lernen. Abgesehen davon, daß sich die unkonventionellen Quellen auch in den Ländern, in denen das umstrittene Verfahren bereits viele Jahre erlaubt und praktiziert wird, als weniger ergiebig erwiesen als gedacht, kennen die vieldiskutierten Risiken und Nebenwirkungen des Frackings, in den vergangenen Jahren eigentlich erschöpfend ausdiskutiert [1], keine Landesgrenzen.

Beim Fracking wird aus tiefen Gesteinsschichten unter hohem Druck und Einsatz von großen Mengen an Wasser und Chemikalien Gestein aufgebrochen, um an die darin enthaltenen, fossilen Energieträger zu kommen. Allein der gewaltsame Akt spricht dafür, daß dieser Eingriff nie ohne Folgen für Umwelt, Boden, Wasser und die davon betroffenen Lebewesen durchgeführt werden kann.


Blick auf das Badlands Terrain der Bakken-Formation, Bilings County, North Dakota mit einigen Hydraulic-Fracturing-Aufbauten im Hintergrund. - Foto: 2013 by David Ferderer, USGS (gemeinfrei)

Gefrackte Landschaft - das gesamte Ausmaß der Fracking-Infektion läßt sich erst unter dem Mikroskop ermessen.
Foto: 2013 by David Ferderer, USGS (gemeinfrei)

Unbestrittene Kritikpunkte sind bisher deshalb auch die Gefährdung des Grundwassers durch Kohlenwasserstoffe und die beim Fracking verwendeten Chemikalien, die Versalzung des Bodens und die Gefahr von seismischen Aktivitäten und Erdbeben. Mit welchen Mengen an zurückbleibender Chemie in zwei bis drei Kilometer Erdtiefe zu rechnen ist und wie die dort lebenden Organismen damit fertig werden, war lange kein Thema, mit dem sich Wissenschaftler befaßt haben, trotz oder gerade wegen des großen industriellen Interesses, auf diese Weise die letzten Reste an fossilen Rohstoffen aus der Erde zu quetschen. Ebensowenig weiß man etwas über biochemische und mikrobiologische Veränderungen an der Mikrofauna, die der Einsatz von Bohrern, Chemikalien und Wasser sowie die damit erzeugten hohen Drücke und Temperaturen mit sich bringen.

Nun wurde von "neuerlich überraschenden Funden" gesprochen, als Forscher der Ohio State University aus dem Land des unbegrenzten Frackings, den USA, dem Paket an ungeklärten Umweltfragen eine möglicherweise unbequeme Antwort und einige neue Fragen hinzufügten.

In einer neunseitigen Studie, die Anfang September 2016 in "nature microbiology" [2] veröffentlicht wurde, zeigen Kelly C. Wrighton und dreizehn weitere Wissenschaftler, wie sie in 2.500 Metern Erdtiefe auf ein neues, bis dahin völlig unbekanntes Mikroben-Ökosystem gestoßen sind, dessen Entstehung sie allein auf Frackingaktivitäten zurückführen. Die mikrobielle Fauna sei sehr einheitlich und typisch unterirdisch, doch die 31 unterschiedlichsten Vertreter der neu bestimmten Bakteriengattung "Frackibacter" gäbe es sonst nirgendwo über der Erde.

Offenbar konnte sich die extrem überlebensfähige Bakteriengemeinschaft nur aufgrund der chemischen und geologisch-physikalischen Eingriffe beim Fracking, das heißt unter dem dadurch bedingten, sehr hohen Selektionsdruck entwickeln, berichten die Forscher um Kelly Wrighton: Unter der extremen Kombination von hohen Temperaturen und starkem Druck sowie einer starken Salzkonzentration in der Fracking-Zone würden taugliche von untauglichen Kandidaten getrennt. Die unter diesen Bedingungen noch überlebensfähigen Extremophilen können beispielsweise zum Schutz gegen das Salz bestimmte Glycinbetaine produzieren, die aber, so das Credo von Spektrum der Woche [3], "in der Mikrobengemeinschaft auch von anderen "Nichtproduzenten" aufgenommen und mitgenutzt werden" könnten. Die sich geradezu aufdrängende Frage wird jedoch weder von den US-Forschern selbst noch in der Berichterstattung über den Fund gestellt, ob durch das Fracking die Überlebensbedingungen für Bakterien von einem eher unwirtlichen Milieu in ideale Lebensvoraussetzungen verkehrt werden. Da bei der anschließenden Mobilisierung von flüssigen und gasförmigen Energieträgern aus dem Gestein mit einer verstärkten Verstopfung des Förderflusses durch Biofilme zu rechnen ist, die mit immer stärkeren Desinfektionsmitteln, Antibiotika und Giften bekämpft werden müssen, um die Rentabilität solcher Bohrstellen zu gewährleisten, ist kaum mehr auszuschließen, daß in Frackingbohrlöchern extrem überlebensfähige, hochresistente Bakteriensysteme regelrecht herangezüchtet werden. Zudem handelt es sich um verschiedene Bakterienfamilien, die über unterschiedliche, aber wirksame Stoffwechselsysteme und -produkte einen eher umweltschädigenden Einfluß auf ihre unmittelbare Umgebung ausüben.

Die Gruppe der Glycinbetaine, die auch in die Umwelt abgegeben wird, scheint dabei zunächst harmlos. Betaine gehören zu den sogenannten zwitterionischen Aminosäuren und kommen in der Natur vor allem in bestimmten kälteresistenten Süßgräsern und zweikeimblättrigen Pflanzen (z.B. Gänsefußgewächsen wie Zuckerrübe, Spinat oder Kreutzblütern wie Broccoli) als eine Art Frostschutzmittel vor. Die wasserlöslichen Stoffe erhöhen den Gefrierpunkt ähnlich wie Salz und verhindern, daß sich aus den in Pflanzenzellen enthaltenen Wassertröpfchen bei Frost spitze Eiskristalle bilden, welche die Zellstruktur zerstören können. Auf die gleiche Weise wirken sie in kälteresistenten oder -toleranten Mikroorganismen und ermöglichen - wie in diesem Fall - zudem den halophilen oder halotoleranten Bakterien, selbst in hohen Salzkonzentrationen zu überleben. [4] Aufgrund der Tatsache, daß Betaine gut wasserlöslich sind, verringern sie in den Mikroorganismen den osmotischem Streß, der in einer salzreichen Umgebung gewöhnlich zur Dehydrierung und damit zum Kollabieren der Zellen führen kann.


Eine Grafik der Studie zeigt die chemische Interaktion zwischen den verschiedenen Organismen des Fracking-Ökosystems, individuelle Stoffwechselprodukte, sowie deren Freisetzung zur gemeinsamen Nutzung durch Bakteriophagen (Viren). - Grafik: 2016 by Kelly C. Wrighton et al., freigegeben als CC-BY-4.0 [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/] aus Nature Microbiology 1, Article number: 16146 (2016)

Mikroorganismen und Viren im ausgeklügelten Zusammenspiel nutzen die extremen Bedingungen zu gegenseitigem Vorteil.
Grafik: 2016 by Kelly C. Wrighton et al., freigegeben als CC-BY-4.0 [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/] aus Nature Microbiology 1, Article number: 16146 (2016)

Bei genauerer Betrachtung dient jedoch gerade die Stoffgruppe der Glycinbetaine, die zu Methylaminen abgebaut werden, indirekt als Nahrung für die sogenannten Methanogenen oder Archaeen unter den persistierenden Fracking-Bakterien, die dadurch ebenfalls angelockt und vermehrt werden. D.h. bestimmten methanproduzierenden Bakterien oder Mikroorganismen dient Glycinbetain gewissermaßen als Leckerbissen, um es in Methylamin abzubauen, mit dem sie ihre Methanproduktion anheizen. Diese typischen mikrobiellen Bohrlochbesetzter finden allerdings schon in den gelartigen Frackfluid-Cocktails ausreichend Nahrung für die Methanproduktion. So wurden in Frackfluiden neben Methanol und Ammoniumsalzen (als Korrosionsschutz) auch noch Methylamine und Dimetylamine (die möglicherweise daraus entstehen oder aus anderen Gründen zugesetzt werden) identifiziert. Methan, das bei diesen Prozessen zwangsläufig in die Atmosphäre entweicht, gilt als 30mal klimaschädlicher als das viel diskutierte Kohlenstoffdioxid (CO2).

Andere Bakterienfamilien, die die neuen Fracking-Bohrloch-Ökosysteme bevölkern, sind in der Lage, aus den schwefelhaltigen Chemieeinträgen der Frackfluide, so etwa Natriumthiosulfat (ein Temperaturstabilisator, der die Zersetzung der Gele bei der Hitze in großen Bohrtiefen verhindern soll) über einen reduzierenden Stoffwechsel giftige Sulfide bzw. Schwefelwasserstoffsäuren zu erzeugen. Das schafft nicht nur ein ungünstiges, saures Bodenmilieu. Auch bei der im Boden verbliebenen Infrastruktur wie Bohrern, Bohrgestänge u.ä. wird der Korrosion Vorschub geleistet, was mit weiterer Chemie (Korrosionsschutzmittel wie Methanol, Isopropanol, Ammoniumsalze oder Aminbisulfit) nicht mehr aufgehalten werden kann. Auch Infrastruktur, die nichts mit den Frackingaktivitäten zu tun hat, Wasserleitungen, Stahlbetonfundamente u.ä. könnte dadurch in Mitleidenschaft geraten.

Der Fund sollte auch das bislang als besonders umweltfreundlich geltende Recycling von Frackfluiden, die beispielsweise durch UV-Licht und Desinfektionsmittel entkeimt und im nächsten Bohrloch wiederverwendet werden sollen, in Frage stellen. Damit würden die brisanten, hochangepaßten und teilweise auch extrem resistenten Keime weit von Bohrloch zu Bohrloch verbreitet.

Durch separate Probennahme an zwei weit voneinander entfernten Bohrungen im Nordosten der USA, einmal innerhalb der Marcellus-Formation und zum anderen in der Gasförderregion Utica-Shale, die von zwei mit unterschiedlichen Fördermethoden arbeitenden Erdgasunternehmen betrieben werden, wurden die in ihrer Zusammensetzung nahezu identischen Funde gegenseitig validiert. Die Forscher befürchten, das neue, auch für die eingesetzten chemischen Desinfektionsmittel und andere antimikrobiotische Maßnahmen inerte Ökosystem könnte sich dauerhaft etablieren: Das typische Gemisch habe man über 328 Tage hinweg stets gleichförmig in Proben aus den gefrackten Bodenschichten extrahieren können. Das allein mit zwei umweltrelevanten Stoffen aufwartende Bakteriengemisch könnte allerdings noch mehr schädliches Potential enthalten. Bisher wurden jeweils nur 31 einzigartige Genome "rekonstruiert", wie es in der Einleitung der Studie heißt. Neben den charakteristischen Frackibacter-Vertretern, die offenbar von einigen wenigen in geringer Zahl schon vor der Bohrung in der Tiefe lebenden Keimen abstammen, mischten sich jedoch auch bekannte Arten, die aus den Grundwasserschichten über den Fracking-Stellen der Oberfläche oder aus den eingeleiteten Flüssigkeiten stammen. Ihre Rolle in der mikrobiellen Gemeinschaft sowie die daraus abzuleitenden Stoffwechselspezialisierungen sind noch nicht völlig abgeklärt und könnten für weitere Überraschungen gut sein.

Das Labor für Umweltmikrobiologie, dessen Leiterin Prof. Wrighton ist, nutzt eine spezielle Analyseform der sogenannten "Metagenomik" [5], mit der der gesamte Genpool von mikrobiologischen Überlebensgemeinschaften erfaßt und seine Bruchstücke anschließend einzelnen Lebensformen zugeordnet werden. Daß die Entdeckung überhaupt möglich wurde, ist wohl eher als ein Nebenprodukt der Gruppe zu werten, die sich auf ihrer Webseite zufällig mit einer Kombination all jener Forschungsspezialisierungen vorstellt, die industrielle Interessen bedient, etwa die Biokorrosion von Stahl (Grundlagenforschung für die Bohr- und Förderungstechnik) oder die momentan sehr gefragte Erkundung von methanogenen, mikrobiellen Ökosystemen in Feucht- und Sumpfgebieten. Das erklärte Ziel der Gruppe ist aber auch die lukrative Kultivierung von neuartigen, fermentierenden, d.h. industriell nutzbaren Bakterien. Welche umweltschädigende Mikromonster sich aus diesem extremophilen Ökosystem entwickeln, wenn sie erst in die normale Umwelt gelangen, ist ein weiterer, kritischer Punkt, der noch offen bleibt. Denn wie Frau Dr. Rivkina gegenüber dem Schattenblick am Beispiel der psychrotoleranten bzw. kältetoleranten Arten erklärte - sind sie zwar in der Lage, 'unter anspruchsvollen Bedingungen zu überleben' aber 'sie bevorzugen es, wenn die Temperaturen nicht ganz so kalt sind. Ihr optimaler Wohlfühlbereich liegt bei einigen Spezies sogar bei plus 18 Grad Celsius.' [4]


Anmerkungen:

[1] Eine Auswahl an Berichten der Schattenblick-Redaktion im INFOPOOL zum Stichwort Fracking:
UMWELT → REDAKTION
RESSOURCEN/141: Strahlengefahr durch Fracking? (SB)
RESSOURCEN/142: Folgen des Frackings unerforscht - Beispiel durchlässige Bohrwände (SB)
RESSOURCEN/143: Hoher Wasserverbrauch bei Förderung von Schiefergas (SB)
RESSOURCEN/145: USA - Neue Bestimmungen zum Fracking vorgeschlagen (SB)
RESSOURCEN/146: EU-Administration setzt umstrittenes Fracking auf ihre Agenda (SB)
RESSOURCEN/149: Fracking beschwört Strahlengefahr aus der Tiefe herauf (SB)
RESSOURCEN/150: Bürger von Balcombe wehren sich gegen das Fracking (SB)
RESSOURCEN/151: Fracking unverzichtbar? Britischer Premierminister konstruiert Sachzwänge (SB)
RESSOURCEN/153: Fracking - Radionuklide im Natur-Idyll Pennsylvanias (SB)
RESSOURCEN/154: Blubbernde Brunnen - Explosionsgefahr durch Fracking (SB)
RESSOURCEN/155: Konzertierte EU-Offensive für Fracking (SB)
RESSOURCEN/157: Sachzwanglogik - Fracking in der EU aufgrund Krim-Krise? (SB)
RESSOURCEN/158: Fracking und die explosive Zunahme von Erdbeben in Oklahoma (SB)
RESSOURCEN/159: WellWiki - neue US-Website zum Fracking (SB)
RESSOURCEN/166: Fracking und die verseuchten Flüsse Pennsylvanias (SB)
RESSOURCEN/173: Hohe Radon-Werte in Pennsylvania seit Beginn des Fracking-Booms (SB)
RESSOURCEN/176: Fracking in Grundwassernähe (SB)
RESSOURCEN/179: Fracking gefährdet die Gesundheit ... (SB)
RESSOURCEN/182: Die Erde schüttelt sich in Fracking-Regionen von Oklahoma (SB)

NATURWISSENSCHAFTEN → CHEMIE
UMWELTLABOR/282: Unbarmherzig, unbedacht - geschäftstüchtig ... (SB)
UMWELTLABOR/281: Unbarmherzig, unbedacht - Kreidestimmen der Regierung (Teil 1) (SB)
UMWELTLABOR/278: Unbarmherzig, unbedacht - Frack as frack can (SB)
UMWELTLABOR/277: Unbarmherzig, unbedacht - Werbe- und PR-Chemie (SB)
UMWELTLABOR/276: Unbarmherzig, unbedacht - Folgen unausbleiblich (SB)
UMWELTLABOR/275: Unbarmherzig, unbedacht - Fragen an das Fracking (SB)

UMWELT → REPORT
BERICHT/069: Fracking nein danke - Zu viele Fragen ... (SB)

BERICHT/074: Fracking nein danke - bohren, testen und zerbrechen (SB)
BERICHT/097: Trümmertief - Wirtschaftswetten, Fehlerketten ... (SB)

UMWELT → REPORT
INTERVIEW/079: Fracking nein danke - Ökoökonomischer Widersinn, Uwe Thiele im Gespräch (SB)
INTERVIEW/111: Fracking nein danke - vorbei an Mensch und Natur ... Wilfried Fischer im Gespräch (SB)
INTERVIEW/112: Fracking nein danke - und alle Teile des Problems ... Jörg Irion von der Bürgerbewegung Berlin im Gespräch (SB)
INTERVIEW/128: Fracking nein danke - viele Fragen ... Hannes Luck und Fabian Czerwinski von der BI Erdöl Barth im Gespräch (SB)
INTERVIEW/141: Fracking nein danke - Schaden gewiß ..., Bernd Ebeling im Gespräch (SB)
INTERVIEW/176: Trümmertief - Widerstand auf gutem Grund ..., Andy Gheorghiu im Gespräch (SB)
INTERVIEW/178: Trümmertief - der Griff daneben ... Dr. Werner Zittel im Gespräch (SB)

[2] Kelly C. Wrighton at al., Microbial metabolisms in a 2.5-km-deep ecosystem created by hydraulic fracturing in shale, Nature Microbiology 1, Article number: 16146 (2016)
http://www.nature.com/articles/nmicrobiol2016146

[3] http://www.spektrum.de/news/fracking-laesst-eigentuemliche-bakterien-heranwachsen/1422063#kommentare

[4] Der Schattenblick hatte anläßlich der diesjährigen internationalen Permafrostkonferenz in Potsdam die Gelegenheit, mit einer russischen Forscherin über diese klimarelevanten Zusammenhänge ausführlicher zu sprechen, siehe:
UMWELT → REPORT
INTERVIEW/249: Gitterrost und Permafrost - Nahrung für die Phantasie ... Dr. Elizaveta Rivkina im Gespräch (SB)

[5] Metagenomik (englisch "metagenomics") ist ein Forschungsgebiet der Biowissenschaften, das mit modernen molekularbiologischen Methoden die Gesamtheit des Genoms eines Biotops zu erfassen versucht.

19. September 2016


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