Mededeling van de redacteur: In deze serie artikelen wordt af en toe gekeken naar de vitale dingen in ons leven en de chemische samenstelling ervan.
Olie, het levensbloed van het huidige Amerikaanse vervoer, zou zijn ontstaan uit de overblijfselen van kleine organismen die miljoenen jaren geleden leefden, maar de precieze chemische transformatie is enigszins mysterieus. Nieuw onderzoek kijkt naar de rol van micro-organismen die in de diepe donkere ingewanden van de aarde leven.
Een minderheid van wetenschappers zegt iets anders, maar de meeste geologen denken dat de aardolie die we uit de grond pompen (en later raffineren tot benzine en andere brandstoffen) voornamelijk afkomstig is van de fossielen van zeeleven, zoals algen en plankton.
“Er is veel bewijs dat de biogene oorsprong ondersteunt,” zegt Everett Shock, een biogeochemicus aan de Arizona State University. “Sommige petroleummoleculen lijken bijvoorbeeld op de lipiden in bacteriële celmembranen.”
Hoewel het meeste dode materiaal in de oceaan wordt gerecycled door bacteriën, zijn lipiden taaie, vetachtige moleculen die “het minst gewild zijn om op te eten”, aldus Shock. Ze worden over het algemeen doorgegeven en vallen op de zeebodem, waar ze begraven raken onder lagen sediment en uiteindelijk tot aardolie worden gekookt.
Als de organische resten eenmaal in gesteente zijn ingekapseld, nemen de meeste wetenschappers aan dat de biologie ophoudt en de geologie het overneemt. Bij diepboringsexpedities in de afgelopen decennia zijn echter bacteriën ontdekt die duizenden meters onder het oppervlak leven, op dezelfde diepten waar aardolie wordt gevormd.
“Zijn deze micro-organismen rechtstreeks betrokken bij de reacties die organisch materiaal in aardolie veranderen?” vroeg Shock zich af.
Hij leidt een onderzoeksgroep die wordt gefinancierd door de National Science Foundation en die probeert uit te vinden waar deze diepwonende microben van leven en welke invloed zij kunnen hebben op de aardoliechemie.
Oliebatterij
Ook al blijft er enige onzekerheid bestaan over de exacte chemische route naar olie, aan het beginpunt wordt niet getwijfeld.
“De ultieme energiebron is de zon, en olie is slechts een ‘batterij’,” zegt Barry Katz, een onderzoekswetenschapper bij Chevron.
Planten en bepaalde bacteriën gebruiken zonlicht om kooldioxide om te zetten in suiker. Deze opgeslagen chemische energie wordt doorgegeven in de voedselketen, en een paar “kruimels” komen onder de grond terecht.
Eenmaal daar wordt dit organische materiaal door hitte en druk omgezet in een complex mengsel dat kerogeen wordt genoemd. Afhankelijk van de oorspronkelijke ingrediënten en de geologische omstandigheden kan uit kerogeen hetzij steenkool (een vaste koolstofrijke brandstof die voornamelijk afkomstig is van houtachtige planten), hetzij koolwaterstoffen (een relatief waterstofrijke stof die afkomstig is van algen en diverse vethoudende plantendelen) worden gevormd.
Koolwaterstoffen zijn meestal lange ketens van koolstof- en waterstofatomen. De kleinere koolwaterstofmoleculen (zoals methaan, propaan en butaan) worden aangetroffen in aardgas. De grotere koolwaterstoffen (zoals hexaan en octaan) vormen aardolie.
Zoals gezegd, vormen bepaalde soorten kerogeen zich en geven koolwaterstoffen af – meestal wanneer de temperatuur boven de 100 graden Celsius komt.
“Het is een zeer inefficiënt proces,” zei Katz. “Minder dan 1 procent van het organische materiaal dat in de oceaan groeit, wordt koolwaterstof.”
Zelfs als er zich olie vormt, blijft die niet altijd bestaan. Een deel komt aan de oppervlakte, waar olieetende microben de betere delen opeten (waardoor zogenaamd teerzand ontstaat). Om dit te voorkomen moet er een geologische formatie zijn die de aardolie in een reservoir kan opsluiten.
Het “opladen” van deze oliebatterij kan 1 miljoen tot 1 miljard jaar duren, waarbij de meeste aardolie die wij gebruiken ongeveer 100 miljoen jaar oud is.
Energy drain
De chemisch opgeslagen zonne-energie wordt weggehakt door het lange en ingewikkelde proces van aardolievorming.
“Aardolie in de grond bevindt zich in een lage energietoestand,” vertelde Shock aan LiveScience. “Het wordt pas energetisch als we het naar de oppervlakte brengen en in een zuurstofatmosfeer brengen.”
Het verminderde energiepotentieel van begraven organisch materiaal roept de vraag op: waar overleven microben die diep in de grond leven van?”
“We weten niet wat ze doen,” zei Shock. “We hebben ze net ontmoet.”
Een mogelijkheid is dat ze kleine organische bijproducten eten die tegelijk met de koolwaterstoffen uit het kerogeen worden gedreven. De andere mogelijkheid is dat deze stevige insecten actief helpen bij het katalyseren van de reacties waarbij olie ontstaat en een beetje van de resterende energie voor zichzelf aftappen.
Simuleren met hoge snelheid
Shocks team is van plan om in het lab aardolie te creëren om te zien of er aspecten van het proces zijn die bacteriën kunnen ondersteunen.
Het is niet de eerste keer dat wetenschappers natuurlijke aardolievorming hebben gesimuleerd. Om het kookproces te versnellen, schroeven onderzoekers de temperatuur meestal op tot enkele honderden graden Celsius.
“Niemand wil 10 miljoen jaar wachten tot een experiment klaar is,” zei Shock.
De veronderstelling is dat bij zowel hoge als lage temperaturen dezelfde reacties optreden, maar niemand kan met zekerheid zeggen dat dit het geval is.
“Het is nogal opmerkelijk dat we zo afhankelijk zijn van olie, en toch begrijpen we echt niet hoe het wordt gemaakt in al zijn bloederige details,” zei Shock.
Misschien zullen deze onderaardse microben helpen de ontbrekende stukjes in te vullen.
- Video – De waarheid over zonne-energie
- Video – Het verhaal van windenergie
- Zwart goud: Where the Oil Is
Recent news