Nota dell’editore: Questa serie occasionale di articoli esamina le cose vitali della nostra vita e la chimica di cui sono fatte.
Il petrolio, la linfa vitale del trasporto americano di oggi, si pensa che inizi con i resti di piccoli organismi che vivevano milioni di anni fa, ma la trasformazione chimica esatta è in qualche modo misteriosa. Una nuova ricerca sta esaminando il ruolo giocato dai microrganismi che vivono nelle profonde e oscure viscere della Terra.
Una minoranza di scienziati dice il contrario, ma la maggior parte dei geologi pensa che il petrolio che pompiamo dalla terra (e che poi raffiniamo in benzina e altri carburanti) provenga principalmente dai fossili della vita marina, come alghe e plancton.
“Ci sono molte prove a sostegno dell’origine biogenica”, ha detto Everett Shock, un biogeochimico dell’Arizona State University. “Alcune delle molecole di petrolio, per esempio, assomigliano ai lipidi che si trovano nelle membrane delle cellule batteriche.”
Come la maggior parte del materiale morto nell’oceano viene riciclato dai batteri, i lipidi sono molecole dure e grasse che “tendono ad essere le meno desiderabili da mangiare”, ha detto Shock. Generalmente vengono passati su e cadono sul fondo del mare, dove vengono sepolti sotto strati di sedimenti e alla fine cotti in petrolio.
Una volta che i resti organici diventano entombed nella roccia, la maggior parte degli scienziati hanno assunto che la biologia finisce e la geologia prende il sopravvento. Tuttavia, le spedizioni di perforazione profonda negli ultimi decenni hanno scoperto batteri che vivono migliaia di metri sotto la superficie, alle stesse profondità in cui si forma il petrolio.
“Questi microrganismi sono direttamente coinvolti nelle reazioni che trasformano il materiale organico in petrolio?” ha chiesto Shock.
Conduce un gruppo di ricerca finanziato dalla National Science Foundation che mira a capire di cosa possono vivere questi microbi che vivono in profondità e quale influenza possono avere sulla chimica del petrolio.
Batteria di petrolio
Anche se rimane qualche incertezza sull’esatto percorso chimico che porta al petrolio, il punto di partenza non è in dubbio.
“La fonte ultima di energia è il sole, e il petrolio è solo una “batteria”,” ha detto Barry Katz, uno scienziato ricercatore alla Chevron.
Le piante e certi batteri usano la luce del sole per convertire l’anidride carbonica in zucchero. Questa energia chimica immagazzinata viene passata lungo la catena alimentare, e alcune “briciole” finiscono per essere sepolte sottoterra.
Una volta lì, questo materiale organico viene trasformato da calore e pressione in una miscela complessa chiamata kerogen. A seconda degli ingredienti iniziali e delle condizioni geologiche, il kerogene può produrre o carbone (un combustibile solido ricco di carbonio derivato principalmente da piante legnose) o idrocarburi (una sostanza relativamente ricca di idrogeno che proviene da alghe e varie parti di piante contenenti lipidi).
Gli idrocarburi sono tipicamente lunghe catene di atomi di carbonio e idrogeno. Le molecole di idrocarburi più piccole (come metano, propano e butano) si trovano nel gas naturale. Gli idrocarburi più grandi (come l’esano e l’ottano) costituiscono il petrolio.
Come è stato detto, alcuni tipi di cherogene si formano e rilasciano idrocarburi – tipicamente quando la temperatura sale sopra i 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius).
“È un processo molto inefficiente”, ha detto Katz. “Meno dell’1% del materiale organico che cresce nell’oceano diventa idrocarburi”
Anche quando il petrolio si forma, non sempre dura. Una parte di esso migra fino alla superficie, dove i microbi mangiatori di petrolio ne consumano le parti migliori (creando le cosiddette sabbie bituminose). Per evitare che questo accada, ci deve essere una formazione geologica che possa intrappolare il petrolio in un serbatoio.
La “ricarica” di questa batteria di petrolio può richiedere da 1 milione a 1 miliardo di anni, e la maggior parte del petrolio che usiamo ha circa 100 milioni di anni.
Scarico di energia
L’energia solare immagazzinata chimicamente è sminuita dal lungo e intricato processo di formazione del petrolio.
“Il petrolio nel terreno è in uno stato di bassa energia”, ha detto Shock a LiveScience. “Diventa energetico solo quando lo portiamo in superficie e lo introduciamo in un’atmosfera di ossigeno.”
Il ridotto potenziale energetico del materiale organico sepolto pone la domanda: su cosa sopravvivono i microbi che vivono in profondità? “
Una possibilità è che stiano mangiando piccoli sottoprodotti organici che vengono espulsi dal cherogene allo stesso tempo degli idrocarburi. L’altra possibilità è che questi corpulenti insetti stiano attivamente aiutando a catalizzare le reazioni che creano il petrolio e travasando un po’ dell’energia rimanente per se stessi.
Simulando ad alta velocità
Il team di Shock prevede di creare petrolio in laboratorio per vedere se c’è qualche aspetto del processo che potrebbe sostenere i batteri.
Non sarà la prima volta che gli scienziati hanno simulato la formazione del petrolio naturale. Per accelerare il processo di cottura, i ricercatori generalmente aumentano la temperatura fino a diversi 100 gradi Celsius.
“Nessuno vuole aspettare circa 10 milioni di anni per finire un esperimento”, ha detto Shock.
Il presupposto è che le stesse reazioni si verificano sia alle alte che alle basse temperature, ma nessuno può dire con certezza che sia così.
“È piuttosto notevole che siamo così dipendenti dal petrolio, eppure non capiamo davvero come è fatto in tutti i suoi dettagli cruenti”, ha detto Shock.
Forse questi microbi sotterranei aiuteranno a riempire i pezzi mancanti.
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