Los expertos dicen que la comprensión científica de los hidrocarburos profundos se ha transformado, con nuevos conocimientos adquiridos sobre las fuentes de energía que podrían haber catalizado y nutrido las primeras formas de vida de la Tierra.

Durante los últimos cien años, los científicos trabajaron en detalle cómo los hidrocarburos (combustibles fósiles) extraídos de los depósitos de la corteza terrestre para calentar y generar energía en los hogares, vehículos e industria:tienen un origen biótico, derivado de las plantas enterradas, animales y algas de eones pasados.

Pero para algunos hidrocarburos, especialmente el metano, el incoloro, ingrediente principal inodoro en el gas natural:la naturaleza tiene muchas recetas, algunos de los cuales son "abióticos, no derivados de la decadencia de la vida prehistórica, pero creado de forma inorgánica por procesos geológicos y químicos en las profundidades de la Tierra.

Los hidrocarburos abióticos han sido un foco importante de la comunidad Deep Energy del programa Deep Carbon Observatory, una exploración de 10 años de los secretos más íntimos de la Tierra, concluyendo en octubre.

Los expertos de DCO creen que un origen abiótico del metano explica la mayoría de las ocurrencias inusuales del gas, incluidas las llamas de Quimera en el suroeste de Turquía.

Quimera no se asienta sobre depósitos convencionales de petróleo y gas producidos a partir de los residuos orgánicos en descomposición de épocas anteriores. Y todavía, Docenas de pequeños incendios han ardido en este sitio en la cima de la montaña durante milenios.

Las antiguas explicaciones de las llamas incluían el aliento de un monstruo, en parte león, parte cabra, parte serpiente. La razón científica menos colorida:metano e hidrógeno abióticos altamente inflamables que se elevan a la superficie de la Tierra desde las profundidades.

Quimera se encuentra entre los más fotogénicos y famosos de los cientos de sitios donde se han encontrado fuentes abióticas de metano en más de 20 países y en varias regiones oceánicas profundas hasta el momento.

El colaborador de DCO Giuseppe Etiope del Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia en Roma ha documentado el sitio de Chimaera y varios otros entornos en los que se han encontrado ocurrencias inusuales de metano, incluso:

• Antiguos escudos precámbricos:la roca en el núcleo de los continentes se formó hace unos 3.000 millones de años.
• En el fondo del océano (p. Ej., respiraderos de alta temperatura en y cerca de las dorsales oceánicas y volcanes de lodo que eructan)
• En continentes (filtraciones y manantiales y acuíferos hiperalcalinos).

Si bien diversos tipos de rocas están presentes en todos estos entornos, él nota, muchos descubrimientos se han centrado en lugares con tipos adecuados de rocas "ultramáficas" como la peridotita (una roca ígnea de grano grueso) incluida en macizos y ofiolitas (conjuntos de rocas formados a partir de la erupción submarina de material de la corteza oceánica y del manto superior).

Ahora se cree que el metano abiótico de la Tierra deriva principalmente químicamente del hidrógeno creado por la hidratación de rocas ultramáficas que experimentan "serpentinización", una reacción que ocurre cuando el agua se encuentra con el mineral olivino.

El hidrógeno también nutre las fuentes biológicas de metano. Los investigadores de DCO han documentado un vasto ecosistema microbiano:una biosfera profunda alimentada por hidrógeno. Muchos de los microbios profundos, llamados metanógenos, metabolizar el hidrógeno para producir metano.

Por lo tanto, la biosfera profunda ha planteado un escenario del huevo y la gallina:lo que fue primero, metano abiótico o microbios? Si el metano abiótico fuera primero, como parece obvio, ¿Dio lugar a los primeros microbios de la Tierra? Y si los microbios fueran lo primero, ¿cómo y por qué habitaban lugares casi desprovistos de sustento?

Un objetivo decenal:resolver los orígenes del metano en la Tierra

Cuando comenzó el proyecto del Observatorio de Carbono Profundo en 2009, La comunidad Deep Energy de DCO, ahora compuesta por más de 230 investigadores de 35 países, estableció el objetivo decenal de clasificar los orígenes del metano en la Tierra.

Algunos plantearon la hipótesis de que los reservorios de metano inusuales, es decir, aquellos que no pueden ser de origen biótico, deben formarse a través de reacciones químicas que ocurren en las rocas circundantes.

Otros sugirieron que los microbios contribuían a la producción de metano en algunos reservorios, metabolizar el hidrógeno para crear metano en un proceso completamente diferente.

Otros plantearon la hipótesis de que el metano podría originarse más profundamente en la Tierra, en el manto superior, y difundir hacia la superficie. (En la Universidad Gubkin de Moscú, El investigador Vladimir Kutcherov dirige experimentos para probar la producción de metano en condiciones de alta presión simuladas en laboratorio del manto superior de la Tierra).

Al principio de su mandato, el DCO tomó la decisión de invertir en nueva instrumentación analítica para superar algunas de las limitaciones para descifrar el origen del metano.

Con inversión estratégica en instrumentación y numerosas muestras de campo, Los socios de DCO se propusieron ser pioneros en nuevas herramientas de investigación para distinguir el metano biótico del abiótico de la Tierra.

En 2014, tres nuevos instrumentos se pusieron en línea con el potencial de cambiar la faz de la ciencia del carbono profundo, y no han defraudado, dice Edward Young, de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), co-líder de la Comunidad de Energía Profunda de DCO con Isabelle Daniel de la Universidad Claude Bernard Lyon 1 en Lyon, Francia.

Utilizando técnicas complementarias de espectrometría de masas y espectroscopia de absorción, científicos de UCLA, el Instituto de Tecnología de California (Caltech), Pasadena CA, y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Cambridge MA, están analizando muestras de metano natural para comprender mejor cómo se puede producir el metano abiótico.

"Una molécula de metano (CH4) parece sorprendentemente simple, compuesto por solo cinco átomos, "dice el Dr. Young." Ocasionalmente se incorporan isótopos raros de hidrógeno y carbono en moléculas de metano, sin embargo, y la frecuencia de estos isótopos 'pesados' revela el secreto de cómo se formaron ya qué temperaturas ".

De particular valor diagnóstico son las moléculas de metano que contienen más de un isótopo "pesado" ("isótopos agrupados"). Estas moléculas son extremadamente raras y solo pueden distinguirse con instrumentos con una resolución de masa extremadamente alta, sensibilidad, y poder.

Los colaboradores de DCO utilizaron muestras de gases recolectadas de Chimaera, las profundas minas de Canadá, el ofiolita de Omán, respiraderos hidrotermales en el fondo del océano, y sitios adicionales, y se sorprendieron por lo que encontraron.

Aunque interpretar los datos es un desafío, parece que los microbios pueden estar haciendo más de lo que se pensaba originalmente.

¿Cuánto metano abiótico?

"Vemos huellas biológicas curiosas en muestras que de otra manera parecen tener una firma abiótica, ", dice el Dr. Daniel." Parece que los microbios saben cómo utilizar estos compuestos abióticos como combustible ".

"Tenemos evidencia clara y creciente de metano abiótico en la Tierra. Lo que no está claro es cuánto hay. Estas investigaciones han encontrado una complejidad increíble en la forma en que se produce el metano". y estas complejidades conectan la química orgánica e inorgánica en la Tierra de formas fascinantes ".

Agrega el Dr. Young:"Entramos en este proyecto pensando que sabíamos cómo se formaba el metano abiótico. Lo que estamos aprendiendo es que es mucho más complicado, y la clave más importante es el hidrógeno. Con una mayor comprensión de cómo las rocas producen el hidrógeno del que deriva el metano, y qué tan rápido ocurre esta reacción, estaremos mucho más cerca de saber cuánto metano hay en la Tierra ".

Jesse Ausubel de la Universidad Rockefeller en Nueva York señala que la definición popular de "combustible fósil" no cubre el metano abiótico.

"Miles de muestras de muchos entornos probados con instrumentos súper sensibles están produciendo una imagen global de la abundancia y los flujos de energía profunda. Gran parte de los hidrocarburos muy profundos no son combustibles fósiles convencionales, como se define popularmente ".

Los comportamientos del metano biótico y abiótico, se debería notar, en términos de producción de energía y emisiones cuando se quema, son indistinguibles.

Hallazgos clave hasta la fecha:

• Gracias a los nuevos instrumentos, Los científicos han identificado nuevas firmas de isótopos en el metano para ayudar a determinar su procedencia, una imposibilidad hace 10 años.
• La reacción de serpentinización se comprende mejor y es una de las diversas formas en que las rocas de la Tierra producen hidrógeno molecular, una fuente clave de energía geológica para la biosfera profunda.
• Se sabía desde hace mucho tiempo que el hidrógeno reacciona con el dióxido de carbono para producir metano. Cómo sucede esto en la corteza terrestre, sin embargo, es muy complejo, y muchas otras moléculas orgánicas se crean como subproductos del proceso. Los microbios pueden utilizar estas moléculas como fuente de alimento. También representan pistas intrigantes sobre los orígenes de la vida en la Tierra, ya que estas moléculas orgánicas pueden ser precursoras de los componentes básicos de la vida (por ejemplo, aminoácidos)
• Con condiciones y reacciones similares probables en otros planetas y lunas (por ejemplo, el subsuelo de Marte o en el fondo del océano de Encelado), refuerza la identificación potencial de dónde puede existir vida en otras partes del universo
• Los estudios de sistemas de serpentinización han encontrado otros hidrocarburos abióticos además del metano.

Implicaciones futuras:

Estas investigaciones sobre cómo se forma el metano abiótico en la Tierra no son el final de la historia, sino más bien el comienzo.

Los últimos 10 años han sido testigos de cambios transformadores en nuestra comprensión de los orígenes del metano en la Tierra y su papel fundamental en el mantenimiento de la biosfera profunda. proporcionando un vistazo a los procesos geológicos que podrían haber preparado el escenario para la vida.

Con estos nuevos descubrimientos, estamos preparados para responder a numerosas preguntas importantes, tal como:

• ¿Cuánto metano abiótico se está produciendo en la Tierra?
• ¿Cuánto metano producen los microbios de la biosfera profunda de la Tierra?
• ¿Cuánto consumen los microbios?
• ¿Cuáles son los movimientos y destinos del metano abiótico? Y
• ¿Dónde se almacena el metano abiótico y por cuánto tiempo?

El éxito de la investigación del proyecto no solo ha cambiado la percepción de la generación de energía en las profundidades de la Tierra, pero también sobre cómo la vida pudo haber encontrado un punto de apoyo en nuestro planeta.

Y si la energía abiótica ocurre en la Tierra, ¿Qué posibilidades hay de que se hayan producido reacciones y vida similares en otras partes del cosmos?

Esta investigación de Deep Energy publicada hoy es el resultado del programa Deep Carbon Observatory, which will issue its final report in October 2019 after a decade of work by a global community of more than 1000 scientists to better understand the quantities, movements, forms, and origins of carbon inside Earth.