Redaktörens anmärkning: Denna tillfälliga artikelserie handlar om de viktigaste sakerna i våra liv och den kemi de är gjorda av.
Oljan, som är livsnerven i USA:s transportsystem i dag, tros börja med resterna av små organismer som levde för miljontals år sedan, men den exakta kemiska omvandlingen är något mystisk. Ny forskning undersöker den roll som spelas av mikroorganismer som lever i jordens djupa mörka inre.
En minoritet av forskare säger något annat, men de flesta geologer tror att den petroleum som vi pumpar upp ur marken (och senare förädlar till bensin och andra bränslen) till övervägande del kommer från fossil av marint liv, som alger och plankton.
”Det finns mycket som talar för ett biogent ursprung”, säger Everett Shock, biogeokemist vid Arizona State University. ”Vissa av petroleummolekylerna liknar till exempel de lipider som finns i bakteriella cellmembran.”
Där det mesta av det döda materialet i havet återvinns av bakterier, är lipider sega, fettliknande molekyler som ”tenderar att vara de minst önskvärda att äta”, säger Shock. De passerar i allmänhet upp och faller till havsbotten, där de begravs under lager av sediment och så småningom kokas till petroleum.
När de organiska resterna blir inbäddade i berg har de flesta vetenskapsmän antagit att biologin slutar och geologin tar över. Vid djupborrningsexpeditioner under de senaste decennierna har man dock upptäckt bakterier som lever tusentals meter under ytan, på samma djup där petroleum bildas.
”Är dessa mikroorganismer direkt involverade i de reaktioner som förvandlar organiskt material till petroleum?”, frågade Shock.
Han leder en forskargrupp som finansieras av National Science Foundation och som har som mål att ta reda på vad dessa djuplevande mikroorganismer kan leva av och vilket inflytande de kan ha på petroleumkemin.
Oilbatteri
Även om viss osäkerhet kvarstår om den exakta kemiska vägen till olja är utgångspunkten inte ifrågasatt.
”Den ultimata energikällan är solen, och olja är bara ett ”batteri””, säger Barry Katz, forskare på Chevron.
Växter och vissa bakterier använder solljus för att omvandla koldioxid till socker. Denna lagrade kemiska energi skickas vidare i näringskedjan, och några ”smulor” hamnar under jord.
När de väl är där omvandlas detta organiska material genom värme och tryck till en komplex blandning som kallas kerogen. Beroende på de ursprungliga ingredienserna och de geologiska förhållandena kan kerogen producera antingen kol (ett fast kolrikt bränsle som främst kommer från vedartade växter) eller kolväten (ett relativt väterikt ämne som kommer från alger och olika lipidhaltiga växtdelar).
Kolväten är vanligtvis långa kedjor av kol- och väteatomer. De mindre kolvätemolekylerna (t.ex. metan, propan och butan) finns i naturgas. De större kolvätena (t.ex. hexan och oktan) utgör petroleum.
Som nämnts kommer vissa typer av kerogen att bilda och frigöra kolväten – vanligtvis när temperaturen stiger över 212 grader Fahrenheit (100 grader Celsius).
”Det är en mycket ineffektiv process”, sade Katz. ”Mindre än 1 procent av det organiska material som växer i havet blir till kolväten.”
Även när olja bildas är det inte alltid att den håller. En del av den vandrar upp till ytan, där oljeätande mikrober konsumerar de bättre delarna av den (vilket skapar så kallad tjärsand). För att förhindra detta måste det finnas en geologisk formation som kan fånga in oljan i en reservoar.
”Att ladda” detta oljebatteri kan ta mellan 1 miljon och 1 miljard år, och den mesta oljan som vi använder är omkring 100 miljoner år gammal.
Energidränering
Den kemiskt lagrade solenergin försvinner genom den långa och invecklade processen med petroleumbildning.
”Petroleum i marken är i ett lågenergitillstånd”, säger Shock till LiveScience. ”Den blir energirik först när vi tar upp den till ytan och introducerar den i en syreatmosfär.”
Den reducerade energipotentialen hos nedgrävda organiska material väcker frågan: vad överlever mikroberna i djupet på?
”Vi vet inte vad de gör”, säger Shock. ”Vi har precis träffat dem.”
En möjlighet är att de äter små organiska biprodukter som stöts ut från kerogenet samtidigt som kolvätena. Den andra möjligheten är att dessa rejäla insekter aktivt hjälper till att katalysera reaktionerna som skapar olja och suger åt sig lite av den återstående energin.
Simulera i hög hastighet
Shocks team planerar att skapa petroleum i laboratoriet för att se om det finns någon aspekt av processen som skulle kunna stödja bakterier.
Det här kommer inte att vara första gången som forskarna har simulerat naturlig petroleumbildning. För att påskynda kokningsprocessen brukar forskarna skruva upp temperaturen till flera 100 grader Celsius.
”Ingen vill vänta runt 10 miljoner år på att ett experiment ska bli färdigt”, säger Shock.
Antagandet är att samma reaktioner inträffar vid både höga och låga temperaturer, men ingen kan med säkerhet säga att så är fallet.
”Det är ganska anmärkningsvärt att vi är så beroende av olja och att vi ändå inte förstår hur den tillverkas i alla detaljer”, sade Shock.
Kanske kan dessa underjordiska mikrober hjälpa till att fylla i de saknade bitarna.
- Video – Sanningen om solenergi
- Video – Historien om vindkraft
- Svart guld: Var oljan finns
Renoverade nyheter