Toimittajan huomautus: Tässä satunnaisessa artikkelisarjassa tarkastellaan elintärkeitä asioita elämässämme ja niiden kemiaa.
Yhdysvaltalaisen liikenteen elinehtona olevan öljyn uskotaan alkaneen miljoonia vuosia sitten eläneiden pikkuruisten organismien jäänteistä, mutta tarkka kemiallinen muodonmuutos on jokseenkin mystinen. Uusissa tutkimuksissa tarkastellaan maapallon syvissä pimeissä uumenissa elävien mikro-organismien roolia.
Vähemmistö tutkijoista on toista mieltä, mutta suurin osa geologeista on sitä mieltä, että öljy, jota pumppaamme maasta (ja jalostamme myöhemmin bensiiniksi ja muiksi polttoaineiksi), on peräisin pääasiassa merieläinten, kuten levien ja planktonin, fossiileista.
”On paljon todisteita biogeenisen alkuperän puolesta”, sanoo Everett Shock, biogeokemisti Arizonan valtionyliopistossa. ”Jotkin öljymolekyylit esimerkiksi muistuttavat bakteerien solukalvoissa esiintyviä lipidejä.”
Mikäli suurin osa meren kuolleesta materiaalista kierrätetään bakteerien toimesta, lipidit ovat sitkeitä, rasvan kaltaisia molekyylejä, jotka ”ovat yleensä vähiten haluttuja syötäväksi”, Shock sanoi. Ne kulkeutuvat yleensä ylöspäin ja putoavat merenpohjaan, jossa ne hautautuvat sedimenttikerrosten alle ja kypsyvät lopulta öljyksi.
Kun orgaaniset jäännökset hautautuvat kallioon, useimmat tutkijat ovat olettaneet, että biologia loppuu ja geologia ottaa ohjat. Viime vuosikymmeninä tehdyissä syväkairauksissa on kuitenkin löydetty bakteereja, jotka elävät tuhansia metrejä pinnan alla, samoissa syvyyksissä, joissa öljy muodostuu.
”Ovatko nämä mikro-organismit suoraan osallisina reaktioissa, jotka muuttavat orgaanisen aineksen öljyksi?”, kysyi Shock.
Hän johtaa tutkimusryhmää, jota rahoittaa Kansallinen tiedesäätiö (National Science Foundation) ja jonka tavoitteena on selvittää, mitä nämä syvällä elävät mikro-organismit mahdollisesti elävät, ja millainen vaikutus niillä saattaa olla öljyn kemiaan.
Öljyn akku
Vaikka öljyn tarkasta kemiallisesta syntyreitistä onkin vielä epäselvyyttä, lähtökohta ei ole epäselvä.
”Perimmäinen energianlähde on aurinko, ja öljy on vain ’akku'”, sanoo Chevronin tutkija Barry Katz.
Kasvit ja tietyt bakteerit käyttävät auringonvaloa muuttaakseen hiilidioksidin sokeriksi. Tämä varastoitunut kemiallinen energia kulkee ravintoketjussa eteenpäin, ja muutama ”murunen” päätyy lopulta maan alle hautautuneena.
Siellä tämä orgaaninen materiaali muuttuu lämmön ja paineen vaikutuksesta kerogeeniksi kutsutuksi monimutkaiseksi seokseksi. Alkuperäisistä ainesosista ja geologisista olosuhteista riippuen kerogeenista voi syntyä joko hiiltä (kiinteä hiilirikas polttoaine, joka on peräisin lähinnä puuvartisista kasveista) tai hiilivetyjä (suhteellisen vetypitoinen aine, joka on peräisin levistä ja erilaisista lipidejä sisältävistä kasvinosista).
Hiilivedyt ovat tyypillisesti pitkiä hiili- ja vetyatomien ketjuja. Pienempiä hiilivetymolekyylejä (kuten metaania, propaania ja butaania) on maakaasussa. Suuremmat hiilivedyt (kuten heksaani ja oktaani) muodostavat maaöljyn.
Kuten mainittiin, tietyntyyppiset kerogeenit muodostavat ja vapauttavat hiilivetyjä – tyypillisesti silloin, kun lämpötila nousee yli 212 celsiusasteen (100 celsiusastetta).
”Kyseessä on hyvin tehoton prosessi”, Katz sanoi. ”Alle yksi prosentti meressä kasvavasta orgaanisesta materiaalista muuttuu hiilivedyiksi.”
Silloinkin kun öljyä muodostuu, se ei aina kestä. Osa siitä kulkeutuu pintaan, jossa öljyä syövät mikrobit kuluttavat sen paremmat osat (jolloin syntyy niin sanottua tervahiekkaa). Jotta näin ei tapahtuisi, tarvitaan geologinen muodostuma, joka voi vangita öljyn varastoon.
Tämän öljyakun ”lataaminen” voi kestää miljoonasta miljardiin vuotta, ja suurin osa käyttämästämme öljystä on noin 100 miljoonaa vuotta vanhaa.
Energian tyhjennys
Kemiallisesti varastoitua aurinkoenergiaa nakertaa öljyn muodostumisen pitkä ja monimutkainen prosessi.
”Maaperässä oleva öljy on alhaisessa energiatilassa”, Shock kertoi LiveScience-sivustolle. ”Siitä tulee energinen vasta, kun nostamme sen pintaan ja tuomme sen happi-ilmakehään.”
Hautautuneen orgaanisen aineksen alentunut energiapotentiaali herättää kysymyksen: millä syvällä elävät mikrobit selviytyvät?
”Emme tiedä, mitä ne tekevät”, Shock sanoi. ”Me vasta tapasimme ne.”
Yksi mahdollisuus on, että ne syövät pieniä orgaanisia sivutuotteita, jotka poistuvat kerogeenista samaan aikaan hiilivetyjen kanssa. Toinen mahdollisuus on, että nämä sydämelliset ötökät auttavat aktiivisesti katalysoimaan reaktioita, jotka synnyttävät öljyä, ja imevät osan jäljelle jäävästä energiasta itselleen.
Simulointi suurella nopeudella
Shockin työryhmä aikoo synnyttää öljyä laboratoriossa nähdäkseen, onko prosessissa jokin osa-alue, joka saattaisi tukea bakteereja.
Ei tämä ole ensimmäinen kerta, kun tutkijat simuloivat luonnollista öljynmuodostusta. Kypsennysprosessin nopeuttamiseksi tutkijat yleensä nostavat lämpötilan useisiin satoihin celsiusasteisiin.
”Kukaan ei halua odottaa noin 10 miljoonaa vuotta kokeen päättymistä”, Shock sanoi.
Edellytyksenä on, että samat reaktiot tapahtuvat sekä korkeissa että matalissa lämpötiloissa, mutta kukaan ei voi sanoa varmasti, että näin on.
”On melko merkillistä, että olemme niin riippuvaisia öljystä, emmekä kuitenkaan todellakaan ymmärrä, miten se syntyy kaikissa verisissä yksityiskohdissaan”, Shock sanoi.
Ehkä nämä maanalaiset mikrobit auttavat täyttämään puuttuvat palat.
- Video – Totuus aurinkoenergiasta
- Video – Tuulivoiman tarina
- Mustaa kultaa: Where the Oil Is
Uudemmat uutiset