Editor’s Note: This occasional series of articles looks at the vital things in our lives and the chemistry they are made of.
Oil, the lifeblood of U.S. transportation today, is thought to start with the remnants of tiny organisms that lived millions of years ago, but the exact chemical transformation is somewhat mysterious. Nowe badania przyglądają się roli, jaką odgrywają mikroorganizmy żyjące w głębokich, ciemnych wnętrznościach Ziemi.
Mniejszość naukowców twierdzi inaczej, ale większość geologów uważa, że ropa naftowa, którą pompujemy z ziemi (a później przerabiamy na benzynę i inne paliwa) pochodzi głównie ze skamielin życia morskiego, takich jak algi i plankton.
„Istnieje wiele dowodów na poparcie biogennego pochodzenia”, powiedział Everett Shock, biogeochemik na Uniwersytecie Stanowym Arizony. „Niektóre z cząsteczek ropy naftowej, na przykład, przypominają lipidy znalezione w bakteryjnych błonach komórkowych.”
Whereas większość martwego materiału w oceanie jest przetwarzana przez bakterie, lipidy są twarde, tłuszczopodobne cząsteczki, które „mają tendencję do bycia najmniej pożądanymi do jedzenia”, powiedział Shock. Zazwyczaj są one przekazywane i spadają na dno morza, gdzie stają się zakopane pod warstwami osadów i ostatecznie gotowane do petroleum.
Od kiedy szczątki organiczne stają się grobowcem w skale, większość naukowców zakłada, że biologia kończy i geologia przejmuje. Jednak ekspedycje głębokich wierceń w ciągu ostatnich kilku dekad odkryły bakterie żyjące tysiące stóp pod powierzchnią, na tych samych głębokościach, na których tworzy się ropa naftowa.
„Czy te mikroorganizmy są bezpośrednio zaangażowane w reakcje, które zmieniają materiał organiczny w ropę naftową?” zapytał Shock.
Przewodzi on grupie badawczej finansowanej przez National Science Foundation, która ma na celu ustalenie, z czego mogą żyć te głęboko żyjące mikroby i jaki wpływ mogą mieć na chemię ropy naftowej.
Akumulator ropy
Nawet jeśli pozostaje pewna niepewność co do dokładnej chemicznej drogi do ropy, punkt wyjścia nie jest wątpliwy.
„Ostatecznym źródłem energii jest słońce, a ropa jest tylko 'akumulatorem’,” powiedział Barry Katz, naukowiec z Chevron.
Rośliny i niektóre bakterie wykorzystują światło słoneczne do przekształcania dwutlenku węgla w cukier. Ta zmagazynowana energia chemiczna jest przekazywana wzdłuż łańcucha pokarmowego, a kilka „okruchów” w końcu zostaje zakopanych pod ziemią.
Tam, ten materiał organiczny jest przekształcany przez ciepło i ciśnienie w złożoną mieszaninę zwaną kerogenem. W zależności od początkowych składników i warunków geologicznych, kerogen może produkować węgiel (stałe paliwo bogate w węgiel pochodzące głównie z roślin drzewiastych) lub węglowodory (stosunkowo bogata w wodór substancja pochodząca z alg i różnych części roślin zawierających lipidy).
Węglowodory są zazwyczaj długimi łańcuchami atomów węgla i wodoru. Mniejsze cząsteczki węglowodorów (takie jak metan, propan i butan) znajdują się w gazie ziemnym. Większe węglowodory (takie jak heksan i oktan) tworzą ropę naftową.
Jak wspomniano, niektóre rodzaje kerogenu będą tworzyć i uwalniać węglowodory – zazwyczaj, gdy temperatura wzrośnie powyżej 212 stopni Fahrenheita (100 stopni Celsjusza).
„Jest to bardzo nieefektywny proces”, powiedział Katz. „Mniej niż 1 procent materiału organicznego rosnącego w oceanie staje się węglowodorami.”
Nawet gdy ropa się tworzy, nie zawsze jest trwała. Część z niej migruje na powierzchnię, gdzie mikroby żywiące się ropą pochłaniają jej lepsze części (tworząc tzw. piaski bitumiczne). Aby temu zapobiec, musi istnieć formacja geologiczna, która może uwięzić ropę w zbiorniku.
„Ładowanie” tej baterii ropy może trwać od 1 miliona do 1 miliarda lat, przy czym większość ropy, której używamy, ma około 100 milionów lat.
Odpływ energii
Chemicznie zmagazynowana energia słoneczna jest ubijana przez długi i skomplikowany proces tworzenia się ropy naftowej.
„Ropa naftowa w ziemi jest w stanie niskiej energii”, powiedział Shock w LiveScience. „Staje się energetyczna dopiero wtedy, gdy wydobędziemy ją na powierzchnię i wprowadzimy do atmosfery tlenowej.”
Zmniejszony potencjał energetyczny zakopanego materiału organicznego nasuwa pytanie: na czym przeżywają żyjące głęboko mikroby?”
„Nie wiemy, co robią” – powiedział Shock. „Jedną z możliwości jest to, że zjadają one małe organiczne produkty uboczne, które zostają wydalone z kerogenu w tym samym czasie, co węglowodory. Inna możliwość jest taka, że te obfite robaki aktywnie pomagają katalizować reakcje, które tworzą ropę naftową i wysysają trochę pozostałej energii dla siebie.
Symulacja z dużą prędkością
Zespół Shocka planuje stworzyć ropę naftową w laboratorium, aby zobaczyć, czy jest jakiś aspekt procesu, który może wspierać bakterie.
Nie będzie to pierwszy raz, kiedy naukowcy symulują tworzenie naturalnej ropy naftowej. Aby przyspieszyć proces gotowania, badacze zazwyczaj podkręcają temperaturę do kilku 100 stopni Celsjusza.
„Nikt nie chce czekać około 10 milionów lat na zakończenie eksperymentu”, powiedział Shock.
Założenie jest takie, że te same reakcje zachodzą zarówno w wysokich, jak i niskich temperaturach, ale nikt nie może powiedzieć na pewno, że tak jest w tym przypadku.
„To dość niezwykłe, że jesteśmy tak zależni od ropy naftowej, a jednak naprawdę nie rozumiemy, jak jest ona wytwarzana we wszystkich krwawych szczegółach”, powiedział Shock.
Może te podziemne mikroby pomogą wypełnić brakujące kawałki.
- Wideo – The Truth About Solar Power
- Wideo – The Story of Wind Power
- Czarne złoto: Where the Oil Is
Recent news
.