Las cenizas ricas en nutrientes de un enorme estallido de erupciones volcánicas hacia el final del reinado de los dinosaurios dieron inicio a una cadena de eventos que condujeron a la formación de campos de gas de esquisto bituminoso y petróleo desde Texas hasta Montana.
Esa es la conclusión de un nuevo estudio realizado por geólogos de la Universidad de Rice que aparece esta semana en la revista en línea de Nature Publishing Informes científicos .
"Una de las cosas acerca de estos depósitos de esquisto es que ocurren en ciertos períodos de la historia de la Tierra, y uno de ellos es el tiempo cretáceo, que es alrededor de la época de los dinosaurios", dijo el autor principal del estudio, Cin-Ty Lee, profesory presidente del Departamento de Ciencias de la Tierra, el Medio Ambiente y el Planeta de Rice. "Esto fue hace aproximadamente 90 millones a 100 millones de años, que es casi al mismo tiempo que un estallido masivo de volcanes de arco a lo largo de lo que hoy es el borde del Pacífico occidentalEstados Unidos."
Los avances en la perforación horizontal y la fracturación hidráulica en los últimos 20 años llevaron a un auge energético en los Estados Unidos en "no convencionales", una categoría que incluye el gas de esquisto bituminoso y el petróleo "hermético" que se encuentran en campos de esquisto como el Cretácico Eagle Ford y Mowry y anteriorescomo Barnett y Bakken.
"Estos tipos de gas natural y petróleo están en poros muy pequeños que van desde unas pocas millonésimas de metro de diámetro hasta unas pocas milésimas de metro", dijo Lee. "Los depósitos están en bandas estrechas que solo pueden serse accede con perforación horizontal, y el petróleo y el gas están bloqueados en estos pequeños bolsillos y solo están disponibles con técnicas como la fractura hidráulica ".
Lee dijo que siempre ha habido indicios de una conexión entre las antiguas erupciones volcánicas y los hidrocarburos de esquisto no convencionales. Durante los viajes de campo al oeste de Texas, él y los estudiantes de Rice notaron cientos de capas de cenizas en rocas expuestas que datan del período Cretácico cuando muchodel oeste de América del Norte yacía debajo de un océano poco profundo.
Uno de estos viajes ocurrió en 2014, mientras que los colegas de Lee y Rice también estudiaban cómo un estallido de volcanes de arco de la era Cretácica a lo largo del borde del Pacífico de los EE. UU. Había impactado el clima de la Tierra a través de una mayor producción volcánica de dióxido de carbono.
"Habíamos visto capas de cenizas antes, pero en este sitio pudimos ver que había muchas, y eso nos hizo pensar", dijo Lee. Lee, el estudiante graduado Hehe Jiang y los estudiantes de pregrado de Rice Elli Ronay, Jackson Stiles y MatthewNeal decidió investigar los lechos de cenizas en colaboración con Daniel Minisini, un colega de Shell Oil que había estado haciendo un trabajo extenso para cuantificar el número exacto de lechos de cenizas.
"Es casi continuo", dijo Lee. "Hay una capa de ceniza al menos cada 10,000 años".
Lee dijo que el equipo determinó que la ceniza provenía de cientos de erupciones que abarcaron unos 10 millones de años. Las capas habían sido transportadas a varios cientos de millas al este de su fuente volcánica en California. La ceniza se depositó en el fondo del mar después de ser arrastrada a través de las plumasque se elevó millas en la atmósfera y se desplazó sobre el océano. Lee y los estudiantes analizaron muestras de los lechos de cenizas en las instalaciones geoquímicas de Rice.
"Su composición química no se parecía en nada a cuando salieron del volcán", dijo. "Faltaba la mayoría del fósforo, hierro y sílice originales".
Eso trajo a la mente las "zonas muertas" oceánicas que a menudo se forman hoy cerca de las desembocaduras de los ríos. La fertilización excesiva de las granjas bombea grandes volúmenes de fósforo por estos ríos. Cuando eso llega al océano, el fitoplancton engulle los nutrientes y se multiplica tan rápido queextraer todo el oxígeno disponible del agua, dejando una región "muerta" vacía de peces y otros organismos.
Lee sospechaba que las columnas de ceniza del Cretácico podrían haber causado un efecto similar. Para determinar si la ceniza podría haber suministrado suficientes nutrientes, Lee y su equipo utilizaron oligoelementos como circonio y titanio para unir las capas de cenizas con sus fuentes volcánicas. Al comparar la rocamuestras de esas fuentes con cenizas agotadas, el equipo pudo calcular cuánto fósforo, hierro y sílice faltaban.
"Normalmente, no se deposita materia orgánica en el fondo de la columna de agua porque otros seres vivos la comerán antes de que se hunda", dijo Lee. "Encontramos la cantidad de fósforo que ingresa al océanode esta ceniza volcánica era aproximadamente 10 veces más que todo el fósforo que ingresa a todos los océanos del mundo hoy. Eso habría sido suficiente para alimentar una zona muerta sin oxígeno donde el carbono podría exportarse hasta el sedimento ".
La combinación de la zona de cenizas y la zona muerta oceánica concentró suficiente carbono para formar hidrocarburos.
"Para generar un depósito de hidrocarburos de valor económico, hay que concentrarlo", dijo Lee. "En este caso, se concentró porque las cenizas impulsaron esa productividad biológica, y ahí es donde se canalizó el carbono orgánico".
Lee dijo que el gas de esquisto bituminoso y los depósitos de petróleo herméticos no se encuentran en las capas de ceniza, pero parecen estar asociados con ellos. Debido a que las capas son tan delgadas, no se muestran en escaneos sísmicos que las compañías de energía usan para buscar productos no convencionales.El descubrimiento de que cientos de capas de ceniza estrechamente espaciadas podría ser una señal reveladora de no convencionales podría permitir a los geólogos de la industria buscar propiedades a granel de las capas de cenizas que aparecerían en los escaneos, dijo Lee.
"También hay implicaciones para la naturaleza de los ambientes marinos", dijo. "Hoy en día, el fósforo también es un nutriente limitante para los océanos, pero el aporte de fósforo y hierro al océano desde estos volcanes tiene un importante efecto paleoambiental y ecológicoConsecuencias."
Si bien el estudio publicado se centró específicamente en el Cretáceo y América del Norte, Lee dijo que las erupciones de los volcanes de arco en otros momentos y lugares de la Tierra también pueden ser responsables de otros depósitos de esquisto ricos en hidrocarburos.
"Sospecho que podrían", dijo. "El campo Vaca Muerta en Argentina tiene la misma edad y estaba detrás del mismo arco que lo que estábamos estudiando. El registro de rock se vuelve más incompleto a medida que avanzas en el tiempo, peroen términos de otras lutitas estadounidenses, el Marcellus en Pensilvania se estableció hace más de 400 millones de años en el Ordovícico, y también está asociado con las cenizas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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