Los hidrocarburos no son de origen fósil

He publicado varios artículos sobre el origen mineral del petróleo y el gas  natural y en esta revisión continuaré insistiendo sobre el tema que creo es fundamental para entender el rol que cumplen los fluidos en la evolución geológica del planeta.

El origen mineral del petróleo y el gas natural fue propuesto por Dmitri Mendeléyev considerado el padre de la química moderna, en el año 1869, y por varios geólogos petroleros rusos y ucranianos entre los que se destacan Nikolai Alexandrovitch Kudryavtsev y Emmanuil Chekaliuk. A ellos hay que agregar los trabajos recientes donde desarrolla esta temática en profundidad del geofísico y astrónomo austríaco Thomas Gold que difundió en 1992 en su libro The deep hot biosphere, La biosfera profunda y caliente, que explicaré en detalle en próximas presentaciones. Si bien la teoría de Gold fue rechazada en principio por el establishment en los últimos años, a pesar de la presión de los intereses petroleros de corporaciones e incluso de la propia academia geológica, sus aportes comienzan a ser reconocidos  (The deep, hot biosphere: Twenty-five years of retrospectionDaniel R. Colman, Saroj Poudel, Blake W. Stamps, Eric S. Boyd, and John R. Spear)

Como es sabido desde fines del siglo XVIII, durante el siglo XIX y mucho más particularmente durante el siglo XX hasta el presente, los hidrocarburos han sido y son una de las principales fuentes de energía en el mundo. Ellos han alimentado el desarrollo de la revolución industrial y sus subsecuentes procesos derivados expresados últimamente las modalidades más intensas de la globalización planetaria.

La importancia de estos compuestos ha dado lugar a razonamientos y especulaciones acerca de su origen tanto particularmente a nivel de la Tierra como a nivel planetario en general. Se  puede decir que en líneas generales, que desde fines del siglo XIX coexistieron dos teorías acerca de la génesis de los hidrocarburos terrestres.

La teoría biogénica, que sostiene que son de origen biológico, producto de la acumulación y “maduración” de microorganismos, plantas o animales fósiles y la teoría mineral o abiogénica, que argumenta que los hidrocarburos son de origen mineral, provenientes del interior de la tierra, acumulándose en áreas con condiciones geológicas apropiadas o brotando como surgencias líquidas o gaseosas en la superficie.

Desde principios del siglo XX fue la hipótesis biogénica la que se impuso a nivel mundial, en particular en los países occidentales. En la actualidad la mayor parte de los profesionales de las ciencias de la tierra geólogos, tanto petroleros como estructurales, sedimentólogos y geofísicos, se inclinan a pensar que los hidrocarburos, petróleo y gas natural, son de origen biológico antiguo, y por esa razón son frecuentemente denominados “combustibles fósiles”.

Al ser definidos como combustibles de origen biológico, dependientes de la acumulación de materia orgánica a través de las eras geológicas, sus volúmenes estarían necesariamente restringidos a las cuencas de acumulación sedimentaria y sus proximidades.
Los mantos sedimentarios son relativamente delgados (en términos geofísicos). Normalmente tienen unos pocos cientos o miles de metros y rara vez sobrepasan los 10 kilómetros de espesor, poco más de una milésima del radio terrestre (que es de 6,500 km). La conclusión de este paradigma científico prevalerte, casi a nivel de dogma, es que la explotación sostenida de dichos recursos terminará rápida e inevitablemente por agotarlos.           

Esta teoría biogénica, que es aceptada por la mayor parte de los científicos, ha sido y es impugnada por una minoría discrepante Sin embargo, existe otra corriente sostenida por geólogos y geoquímicas que sostiene que tanto el petróleo como el gas natural son de origen mineral, que provienen del interior de La Tierra, que sus volúmenes son muy grandes, y que por tanto no es probable que se vayan a agotar en un futuro próximo.

Esta teoría biogénica es aceptada por gran parte de los académicos, empresarios y a clase política, ha sido y es impugnada y rechazada por una minoría discrepante que sostiene que tanto el petróleo como el gas natural son de origen mineral, que provienen del interior de La Tierra, que sus volúmenes son muy grandes, y que por tanto no es probable que se vayan a agotar en un futuro próximo. Esta diferencia de interpretación tiene una implicación que excede la teoría geológica transformándose en una concepción con profundas consecuencias económicas y geopolíticas. O sea, que según la teoría del origen mineral de petróleo y el gas natural las ocurrencias de estos hidrocarburos en profundidad, tanto en la corteza como en el manto son muy importantes, y por lo tanto, si las tecnologías de extracción son adecuadas y el contexto económico lo permite no existe riesgo real de que se agoten en el futuro próximo.

Ahora expliquemos las bases estructurales y dinámicas de la teoría de origen abiótico del petróleo y el gas natural.

De acuerdo al astrofísico y geoquímica austríaco Thomas Gold el motor principal de la dinámica interna de la corteza y parte superior del manto terrestre está constituido por la desgasificación planetaria, en particular por la formación, ascenso y evolución del metano y otros hidrocarburos (y fluidos carbonosos) derivados.

Hay que hacer notar que el hidrógeno es el elemento más abundante del universo y el  carbono es el cuarto más abundante después del helio y el oxígeno. Por esa razón no debe llamar la atención que el carbono sea uno de los elementos más abundantes en las atmósferas planetarias ya sea en su forma oxidada, dióxido de carbono como sucede en Venus y Marte, o en su forma hidrogenada, como hidrocarburos, sobre todo metano. El metano es un gas abundante en los planetas gaseosos, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno así como en Titán, satélite de Saturno y en Plutón entre otros.

En este proceso de desgasificación del metano o sea CH4, la oxidación cumple un rol principal dando lugar a la formación de agua, a partir del hidrógeno, y dióxido de carbono a partir del carbono. Según Thomas Gold este proceso de oxidación es generado o catalizado por ciertas bacterias, de tipo arqueobacterias,  que están adaptadas a condiciones de elevada presión y temperatura y que viven en ambientes subterráneos profundos donde se producen estos procesos químicos. Gold llamó a estas bacterias hipertermobacterias y consideraba que poseían una biomasa comparable a los organismos superficiales

Por otra parte, siempre según este autor, la  oxidación de los hidrocarburos ocurre concomitantemente con la reducción de óxidos y sulfatos en las rocas dando lugar a compuestos reducidos como la magnetita proveniente de la reducción de ciertos óxidos como hematita, óxido de hierro a magnetita, así como compuestos de azufre, en donde incluyendo los sulfatos metálicos pasan a sulfuros metálicos, como son la pirita, sulfuro de hierro, la calcopirita sulfuro de hierro y cobre, la blenda o esfalerita sulfuro de zinc, la galena sulfuro de plomo, entre otros, que pueden acumularse formando yacimientos metálicos, por ejemplo de cobre, plomo, zinc, estaño, etc. El origen biológico de muchos yacimientos metálicos es una de las propuestas originales que presentó Gold en su revisión de la dinámica terrestre en la corteza y parte superior del manto.  Reitero que, también de acuerdo a Gold, en la parte superior de la corteza la oxidación de los hidrocarburos es principalmente de tipo biológico llevada a cabo por bacterias adaptadas a altas temperaturas y presiones, las hipertermobacterias, pero eso será tema de otro video. 

El libro The Deep Hot Biosphere (La Biosfera Profunda y Caliente) es la culminación de más de cincuenta años de trabajo en la vida de su notable autor, el astrofísico Thomas Gold, de la Universidad de Cornell. 
Gold fue el director fundador del Centro de Radiofísica e Investigación Espacial de la Universidad de Cornell, Presidente del Departamento de Astronomía de Cornell y es el autor de más de 260 trabajos en el área de la cosmología, zoología, física y astronomía.
La tesis de Gold en The Deep Hot Biosphere es simple: los hidrocarburos han existido desde los primeros tiempos del universo, y son parte del proceso de formación de los planetas. Sus componentes, hidrógeno y carbón, se originaron en el "caldo primordial" del que se formó la Tierra. Dice Gold que el metano y el petróleo de la Tierra son abiogénicos –no tienen un origen biológico.
Contradiciendo las tradicionales explicaciones, Gold afirma que los hidrocarburos no se disociaron durante los primeros tiempos a causa de las altas temperaturas de la formación planetaria, tal como sostienen los teóricos, sino que, como lo demuestra la actual ciencia geológica, las temperaturas no eran lo suficientemente altas, en especial cuando se tienen en cuenta las presiones relacionadas con la profundidad.
Gold sostiene que las fuentes de hidrocarburos se encuentran a grandes profundidades debajo de la corteza terrestre, y no a pocos kilómetros sino a cientos de kilómetros. Las fuentes profundas de hidrocarburos están todavía funcionando, bombeando toneladas de petróleo y metano a través de las grietas y rocas porosas hasta los niveles sedimentarios más superficiales. Es aquí donde los equipos petroleros acceden a los afloramientos que han sido accedidos verticalmente en forma de reservorios de petróleo. Gold afirma que el petróleo no es el resultado de la descomposición de plantas prehistóricas; estaba allí unos cuantos miles de millones de años antes de que la vida apareciera en el planeta.
Gold explica en el libro las últimas informaciones sobre la investigación espacial, muchas de las cuales él mismo descubrió o propuso, que confirma que los hidrocarburos están presentes en cuerpos celestes sin vida como lunas, asteroides, cometas y, por supuesto, en los gigantes gaseosos como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. De hecho, la coloración azulada de Urano es resultado del metano, uno de los llamados combustibles fósiles. Gold comenta: "Estoy seguro de que no existen pestilentes pantanos en Titán o Plutón". Para apoyar su teoría de la abiogenecidad de los hidrocarburos, Gold hace notar lo siguiente:
Los patrones geográficos que emergen de los campos petrolíferos, ya sea en el Medio Oriente o en Indonesia, todos muestran correspondencia con estructuras geológicas de gran profundidad. Esto se contrasta notablemente con la distribución al azar que se encuentra en la vida de superficie, y sus subsecuentes fósiles, que jamás han exhibido tales patrones de distribución geográfica.

Los hidrocarburos se encuentran en áreas geográficas donde la abundancia de vida prehistórica que se conoce que existía allí no podría jamás haber provisto la cantidad de hidrocarburos involucrados. La mayor parte de la vida de superficie se compone de 90 por ciento de agua y 10 por ciento de compuestos orgánicos. De modo que, aún si todo ese 10 por ciento orgánico se convirtió en "combustible fósil" cosa que no es así por las razones indicadas, no estaría ni siquiera cerca de la masa de hidrocarburos que ya se han extraído durante los últimos 130 años.

A causa de que los hidrocarburos son tan consistentes en su composición química, el uso de particulares trazas de metales se pueden usar para identificar su origen geográfico.

Los actuales reservorios de petróleo se están rellenando nuevamente –desde el fondo. Gold lo explica: "El fenómeno de los reservorios de petróleo que parecen estarse llenando otra vez es algo ampliamente informado, de manera notable en el Medio Oriente y a lo largo de la Costa del Golfo de los Estados Unidos. Veo esto como una fuerte evidencia que apoya a la teoría del gas proveniente de las profundidades de la Tierra".

A medida que el metano, que es abundante en el interior de la Tierra, tanto en el manto como en la corteza, se desplaza por los poros y fracturas de las formaciones rocosas en profundidad, entra en contacto con varios minerales oxigenados de escasa ligación en sus estructuras cristalinas, en especial óxidos férricos y sulfatos y da lugar a la activación de una reacción oxidante.  

Aclaremos al mismo tiempo que el oxígeno de los silicatos que está fuertemente ligado a redes cristalinas silicatadas no participa de estas reacciones.

Como resultado del contacto antes mencionado las moléculas de metano en ascenso se oxidan. La disponibilidad de oxígeno es limitada, y por eso los átomos de hidrógeno del metano y otros hidrocarburos, que son los más fácilmente oxidables. El hidrógeno del metano se combina con el oxígeno, dando lugar a la formación de agua. Por esa razón, en su ascenso las moléculas de metano van perdiendo su hidrógeno dando lugar a concentración del carbono. El carbono también sufre procesos de oxidación transformándose en óxido de carbono, dióxido y monóxido de carbono. Este proceso de oxidación del carbono es mucho más lento que el de oxidación del hidrógeno por lo que hay una tendencia a la concentración del carbono en hidrocarburos menos hidrogenados y más carbonosos.

Según Thomas Gold los procesos de oxidación del metano y otros hidrocarburos actúan incrementados por ciertas bacterias que operan en condiciones de mayor presión y altas temperaturas, por ejemplo superiores a 100 grados C. Las bacterias basan su metabolismo en estas reacciones y a la vez son catalizadores de las mismas.

A medida que se oxida el hidrógeno, las valencias libres del carbono permiten su encadenamiento generando moléculas con proporciones C/H cada vez mayores: etano (C2H6 ), propano (C3H8), butano (C4H10), pentano (C5H12) y otras moléculas parafinadas  etc.

Estos  nuevos compuestos dan lugar a una mezcla de hidrocarburos gaseosos y líquidos (dependiendo de la presión y temperatura) que normalmente reciben el nombre de «petróleo».

 Este proceso de oxidación del hidrógeno y de concentración del carbono puede continuar hasta la casi total eliminación del hidrógeno formando acumulaciones de carbón (carbono casi puro). Por esa razón, es común que existan acumulaciones de gas (sobre todo metano) subyacentes a los yacimientos de petróleo, los que a su vez son coronados por vetas de carbón. 

La oxidación del hidrógeno produce sobre todo agua y la oxidación del carbono, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno, genera monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). 

Por otra parte, la pérdida de oxígeno de los sulfatos (reducción), produce sulfuros de diverso tipo incluyendo gases sulfurados. Algunos ejemplos de sulfuros metálicos son las piritas, calcopiritas y galenas.

El conjunto de fluidos, incluyendo líquidos y gases carbonosos, metano y otros hidrocarburos, vapores sulfurosos, dióxido y monóxido de carbono y agua, tiende a ascender envolviendo e impregnando las capas superiores, y localmente emanando en la superficie bajo la forma de volcanes de barro, solfataras, géyseres, varias surgencias hidrotermales submarinas y otras emisiones análogas. Una vez que los compuestos carbonosos, incompletamente oxidados, llegan a la superficie y establecen contacto con el oxígeno del aire se produce su oxidación total.  Cuando aflora en el fondo del mar el metano se hidrata (se combina con el agua) para formar hidratos de metano (hielo de agua con un contenido elevado de metano; más del 10%). Los depósitos de hidratos de metano  son muy abundantes en los fondos oceánicos. 

En condiciones de superficie, el metano y otros hidrocarburos se combinan rápidamente con el oxígeno formando dióxido de carbono y agua. A su vez el dióxido de carbono puede ser absorbido por las plantas generándose materia orgánica o combinándose con los elementos térreos (calcio, sodio, magnesio, potasio) como consecuencia de fenómenos biológicos en los océanos y mares para formar carbonatos. Estos últimos se pueden acumular en el fondo de los mares y lagos produciendo calizas y en las redes de fracturas de la corteza  más o menos profundas. Considerando los volúmenes conocidos de calizas es probable que solo una mínima parte del carbono terrestre se haya movilizado a la superficie a través de los procesos de desgasificación. 

En resumen, es razonable pensar que el potencial terrestre para producir hidrocarburos en el contexto geológico de desgacificación es grande, probablemente muy por encima de los niveles de extracción actual de hidrocarburos.   De acuerdo a este enfoque desaparecería el concepto de «reservas» que debería ser sustituido por la idea de vías de ascenso y sitios de concentración de los fluidos carbonosos y de los hidrocarburos. Las zonas productivas son en realidad los lugares donde se concentran estas vías de ascenso y por ende donde tiene lugar la acumulación de los hidrocarburos