La ceniza rica en nutrientes de un enorme estallido de erupciones volcánicas hacia el final del reinado de los dinosaurios inició una cadena de eventos que llevaron a la formación de campos de petróleo y gas de esquisto desde Texas hasta Montana.

Esa es la conclusión de un nuevo estudio realizado por geólogos de la Universidad de Rice que aparece esta semana en la revista en línea de Nature Publishing. Informes científicos .

"Una de las cosas acerca de estos depósitos de esquisto es que ocurren en ciertos períodos de la historia de la Tierra, y uno de esos es el Cretácico, que es de la época de los dinosaurios, "dijo el autor principal del estudio, Cin-Ty Lee, profesor y presidente del Departamento de Tierra de Rice, Ciencias ambientales y planetarias. "Esto fue hace entre 90 y 100 millones de años, que es aproximadamente al mismo tiempo que una erupción masiva de volcanes de arco a lo largo de lo que hoy es el borde del Pacífico del oeste de los Estados Unidos ".

Los avances en perforación horizontal y fracturación hidráulica durante los últimos 20 años llevaron a un auge energético en los EE. UU. En "no convencionales, "una categoría que incluye el gas de esquisto y el petróleo" compacto "que se encuentran en campos de esquisto como el Cretácico Eagle Ford y Mowry y otros más antiguos como Barnett y Bakken.

"Estos tipos de gas natural y petróleo se encuentran en pequeñas poros diminutos que van desde unas millonésimas de metro de diámetro hasta unas milésimas de metro, "Dijo Lee." Los depósitos están en bandas estrechas a las que solo se puede acceder con perforación horizontal, y el petróleo y el gas están encerrados en estos pequeños bolsillos y solo están disponibles con técnicas como la fracturación hidráulica ".

Lee dijo que siempre ha habido indicios de una conexión entre las antiguas erupciones volcánicas y los hidrocarburos de esquisto no convencionales. Durante las excursiones al oeste de Texas, él y los estudiantes de Rice notaron cientos de capas de ceniza en la roca expuesta que datan del período Cretácico, cuando gran parte del oeste de América del Norte se encontraba debajo de un océano poco profundo.

Uno de estos viajes ocurrió en 2014 mientras los colegas de Lee y Rice también estudiaban cómo un estallido de volcanes de arco de la era del Cretácico a lo largo del borde del Pacífico de EE. UU. Había impactado el clima de la Tierra a través de una mayor producción volcánica de dióxido de carbono.

"Habíamos visto capas de ceniza antes, pero en este sitio pudimos ver que había muchos, y eso nos hizo pensar "Lee dijo. Lee, el estudiante de posgrado Hehe Jiang y los estudiantes de Rice Elli Ronay, Jackson Stiles y Matthew Neal decidieron investigar los lechos de cenizas en colaboración con Daniel Minisini, un colega de Shell Oil que había estado haciendo un trabajo extenso para cuantificar el número exacto de lechos de cenizas.

"Es casi continuo, "Dijo Lee." Hay una capa de ceniza al menos cada 10, 000 años ".

Lee dijo que el equipo determinó que la ceniza provenía de cientos de erupciones que se extendieron por unos 10 millones de años. Las capas habían sido transportadas a varios cientos de millas al este de su fuente volcánica en California. La ceniza se depositó en el lecho marino después de ser expulsada a través de columnas que se elevaron millas hacia la atmósfera y flotaron sobre el océano. Lee y los estudiantes analizaron muestras de los lechos de cenizas en las instalaciones geoquímicas de Rice.

"Su composición química no se parecía en nada a la que tenían cuando dejaron el volcán, ", dijo." La mayor parte del fósforo original, faltaba hierro y sílice ".

Eso trajo a la mente las "zonas muertas" oceánicas que a menudo se forman hoy cerca de las desembocaduras de los ríos. La fertilización excesiva de las granjas bombea grandes volúmenes de fósforo por estos ríos. Cuando eso golpea el océano el fitoplancton devora los nutrientes y se multiplica tan rápido que extraen todo el oxígeno disponible del agua, dejando una región "muerta" sin peces y otros organismos.

Lee sospechaba que las columnas de ceniza del Cretácico podrían haber causado un efecto similar. Para precisar si la ceniza podría haber aportado suficientes nutrientes, Lee y su equipo utilizaron oligoelementos como el circonio y el titanio para hacer coincidir las capas de ceniza con sus fuentes volcánicas. Al comparar muestras de rocas de esas fuentes con la ceniza agotada, el equipo pudo calcular la cantidad de fósforo, faltaban hierro y sílice.

"Normalmente, no obtiene ninguna deposición de materia orgánica en la parte inferior de la columna de agua porque otros seres vivos la comerán antes de que se hunda al fondo, ", Dijo Lee." Descubrimos que la cantidad de fósforo que ingresa al océano desde esta ceniza volcánica era aproximadamente 10 veces más que todo el fósforo que ingresa a todos los océanos del mundo en la actualidad. Eso habría sido suficiente para alimentar una zona muerta sin oxígeno donde el carbono podría exportarse hasta el sedimento ".

La combinación de la caída de ceniza y la zona muerta oceánica concentró suficiente carbono para formar hidrocarburos.

"Generar un yacimiento de hidrocarburos de valor económico, tienes que concentrarlo, "Dijo Lee." En este caso, se concentró porque las cenizas impulsaron esa productividad biológica, y ahí es donde se canalizó el carbono orgánico ".

Lee dijo que los depósitos de gas de esquisto y petróleo compacto no se encuentran en las capas de ceniza, pero parecen estar asociados con ellos. Porque las capas son tan delgadas, no aparecen en los escáneres sísmicos que utilizan las empresas de energía para buscar elementos no convencionales. El descubrimiento de que cientos de capas de ceniza poco espaciadas podrían ser un signo revelador de no convencionales podría permitir a los geólogos de la industria buscar propiedades a granel de las capas de cenizas que aparecerían en los escaneos. Dijo Lee.

"También hay implicaciones para la naturaleza de los entornos marinos, ", dijo." Hoy, El fósforo también es un nutriente limitante para los océanos, pero la entrada de fósforo y hierro al océano desde estos volcanes tiene importantes consecuencias paleoambientales y ecológicas ".

Si bien el estudio publicado analizó específicamente el Cretácico y América del Norte, Lee dijo que las erupciones de volcanes de arco en otros momentos y lugares de la Tierra también pueden ser responsables de otros depósitos de esquisto ricos en hidrocarburos.

"Sospecho que podrían, ", dijo." El campo Vaca Muerta en Argentina tiene la misma edad y estaba detrás del mismo arco que lo que estábamos estudiando. El registro de rock se vuelve más incompleto a medida que retrocede en el tiempo, pero en términos de otras lutitas de EE. UU., el Marcellus en Pensilvania se estableció hace más de 400 millones de años en el Ordovícico, y también está asociado con las cenizas ".