Anmerkung der Redaktion: Diese gelegentliche Artikelserie befasst sich mit den lebenswichtigen Dingen in unserem Leben und der Chemie, aus der sie bestehen.
Es wird angenommen, dass Öl, das Lebenselixier des heutigen US-Verkehrs, aus den Überresten winziger Organismen stammt, die vor Millionen von Jahren lebten, aber die genaue chemische Umwandlung ist etwas rätselhaft. Neue Forschungsarbeiten befassen sich mit der Rolle von Mikroorganismen, die in den dunklen Tiefen der Erde leben.
Eine Minderheit von Wissenschaftlern ist anderer Meinung, aber die meisten Geologen glauben, dass das Erdöl, das wir aus dem Boden pumpen (und später zu Benzin und anderen Kraftstoffen raffinieren), hauptsächlich aus den Fossilien von Meereslebewesen wie Algen und Plankton stammt.
„Vieles spricht für einen biogenen Ursprung“, sagt Everett Shock, ein Biogeochemiker an der Arizona State University. „Einige der Erdölmoleküle ähneln zum Beispiel den Lipiden, die in bakteriellen Zellmembranen vorkommen.“
Während das meiste tote Material im Ozean von Bakterien recycelt wird, sind Lipide zähe, fettähnliche Moleküle, die „am wenigsten zum Verzehr geeignet sind“, so Shock. Sie werden in der Regel weitergegeben und fallen auf den Meeresboden, wo sie unter Sedimentschichten begraben und schließlich zu Erdöl verkocht werden.
Wenn die organischen Überreste im Gestein eingeschlossen sind, haben die meisten Wissenschaftler angenommen, dass die Biologie endet und die Geologie übernimmt. Bei Tiefbohrexpeditionen in den letzten Jahrzehnten wurden jedoch Bakterien entdeckt, die Tausende von Metern unter der Oberfläche leben, in denselben Tiefen, in denen sich Erdöl bildet.
„Sind diese Mikroorganismen direkt an den Reaktionen beteiligt, die organisches Material in Erdöl verwandeln?“, fragte Shock.
Er leitet eine von der National Science Foundation finanzierte Forschungsgruppe, die herausfinden will, wovon diese in der Tiefe lebenden Mikroben leben und welchen Einfluss sie auf die Erdölchemie haben könnten.
Batterie des Erdöls
Auch wenn der genaue chemische Weg zum Erdöl noch unklar ist, besteht am Ausgangspunkt kein Zweifel.
„Die ultimative Energiequelle ist die Sonne, und Erdöl ist nur eine ‚Batterie'“, sagte Barry Katz, ein Forschungswissenschaftler bei Chevron.
Pflanzen und bestimmte Bakterien nutzen das Sonnenlicht, um Kohlendioxid in Zucker umzuwandeln. Diese gespeicherte chemische Energie wird über die Nahrungskette weitergegeben, und ein paar „Krümel“ landen schließlich unter der Erde.
Dort wird dieses organische Material durch Hitze und Druck in ein komplexes Gemisch namens Kerogen umgewandelt. Je nach den ursprünglichen Bestandteilen und den geologischen Bedingungen kann aus Kerogen entweder Kohle (ein fester, kohlenstoffreicher Brennstoff, der hauptsächlich aus holzigen Pflanzen gewonnen wird) oder Kohlenwasserstoffe (eine relativ wasserstoffreiche Substanz, die aus Algen und verschiedenen lipidhaltigen Pflanzenteilen stammt) entstehen.
Kohlenwasserstoffe sind in der Regel lange Ketten aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Die kleineren Kohlenwasserstoffmoleküle (wie Methan, Propan und Butan) sind in Erdgas enthalten. Die größeren Kohlenwasserstoffe (wie Hexan und Oktan) bilden Erdöl.
Wie bereits erwähnt, bilden sich bestimmte Arten von Kerogen und setzen Kohlenwasserstoffe frei – in der Regel, wenn die Temperatur über 212 Grad Fahrenheit (100 Grad Celsius) steigt.
„Es ist ein sehr ineffizienter Prozess“, sagte Katz. „Weniger als 1 Prozent des organischen Materials, das im Ozean wächst, wird zu Kohlenwasserstoffen.“
Selbst wenn sich Öl bildet, ist es nicht immer von Dauer. Ein Teil davon wandert an die Oberfläche, wo ölfressende Mikroben die besseren Teile des Öls verzehren (es entstehen so genannte Teersande). Um dies zu verhindern, muss es eine geologische Formation geben, die das Erdöl in einem Reservoir einschließt.
Das „Aufladen“ dieser Erdölbatterie kann zwischen 1 Million und 1 Milliarde Jahren dauern, wobei das meiste Erdöl, das wir verwenden, etwa 100 Millionen Jahre alt ist.
Energieabfluss
Die chemisch gespeicherte Sonnenenergie wird durch den langen und komplizierten Prozess der Erdölbildung abgebaut.
„Erdöl im Boden befindet sich in einem niedrigen Energiezustand“, so Shock gegenüber LiveScience. „
Das verringerte Energiepotenzial des vergrabenen organischen Materials wirft die Frage auf: Wovon leben die in der Tiefe lebenden Mikroben?
„Wir wissen nicht, was sie tun“, sagte Shock. „
Eine Möglichkeit ist, dass sie sich von kleinen organischen Nebenprodukten ernähren, die zur gleichen Zeit wie die Kohlenwasserstoffe aus dem Kerogen ausgestoßen werden. Die andere Möglichkeit ist, dass diese herzhaften Käfer aktiv dabei helfen, die Reaktionen zu katalysieren, die das Öl erzeugen, und einen Teil der verbleibenden Energie für sich selbst abzapfen.
Simulieren mit hoher Geschwindigkeit
Shocks Team plant, Erdöl im Labor zu erzeugen, um zu sehen, ob es irgendeinen Aspekt des Prozesses gibt, der Bakterien unterstützen könnte.
Es wäre nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler die natürliche Erdölbildung simulieren. Um den Kochprozess zu beschleunigen, drehen die Forscher die Temperatur in der Regel auf mehrere 100 Grad Celsius hoch.
„Niemand will 10 Millionen Jahre warten, bis ein Experiment beendet ist“, sagte Shock.
Die Annahme ist, dass bei hohen und niedrigen Temperaturen die gleichen Reaktionen ablaufen, aber niemand kann mit Sicherheit sagen, dass dies der Fall ist.
„Es ist schon bemerkenswert, dass wir so abhängig vom Öl sind, aber nicht wirklich verstehen, wie es in all seinen blutigen Details hergestellt wird“, sagte Shock.
Vielleicht werden diese unterirdischen Mikroben dazu beitragen, die fehlenden Teile zu ergänzen.
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