¿De  donde viene el carbono existente en la Tierra?

D.Antón

En algunas ocasiones la importancia del elemento carbono en los procesos planetarios y geológicos se ha subestimado. En el Sistema Solar el carbono se encuentra en forma no oxidada en los planetas gigantes exteriores como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. En esos planetas el carbono se manifiesta como metano, etano y otros hidrocarburos. Eso mismo ocurre en Titán, el satélite de Saturno, donde el carbono aparece como metano, etano y otros hidrocarburos en forma alternativamente líquida, sólida o gaseosa dependiendo de la temperatura. En Venus y Marte el carbono aparece oxidado en CO² representando más del 95% de las masas atmosféricas. En la Tierra, una parte del carbono se encuentra bajo formas no oxidadas (carbón, petróleo crudo, gas natural, etc) y otra parte bajo formas oxidadas como el CO² en la atmósfera (400 ppm) y los carbonatos en calizas y otras formaciones geológicas calcáreas.

La pregunta que surge es la siguiente: ¿De dónde viene el carbono de la Tierra? Las respuestas son varias, pero hay dos explicaciones posibles. Puede ser un compuesto original existente desde el momento en que se formó el planeta o resultó del ascenso de metano (y otros hidrocarburos) a través de la corteza. La primera teoría se relaciona con la teoría biogénica de formación del petróleo y la segunda a la hipótesis del origen abiótico. Thomas Gold fue un partidario enérgico de la segunda teoría. Aquí reproducimos sus puntos de vista sobre el ciclo del carbono y la formación de los carbonatos en la corteza terrestre.

Evicencias que se pueden obtener del registro geológicos de los carbonatos terrestres (1)

Thomas Gold

Los sedimentos superficiales y subsuperficiales en la Tierra son aproximadamente cien veces mayores que el total de carbono que se habría derivado de la molienda de todas las rocas de los basamentos cristalinos del planeta que habrían contribuido a formar dichos sedimentos.

La superficie terrestre está por lo tanto enormemente enriquecida en carbono. Este enriquecimiento requiere una explicación. La cantidad total de carbono contenido en los sedimentos y en la superficie se estima promedialmente en alrededor de 200 toneladas por cada metro cuadrado de la superficie de la Tierra.

Una quinta parte de todo este carbono se presenta en forma no oxidada, incluyendo varias formas de carbón, petróleo crudo, kerógeno (compuestos carbonosos distribuidas difusamente en las rocas) y gas natural, ya sea como gas libre o en forma de hidrato de metano congelado. Además, hay una fina capa de material biológico vivo o en descomposición. Esta última categoría, en mi opinión, la única forma de carbono demostrablemente de origen biológico y que representa sólo una fracción muy pequeña del carbono no oxidado total.

Los otros cuatro quintos de carbono están bajo forma oxidada, principalmente por compuestos de caliza (carbonato de calcio), y dolomita (una mezcla de carbonato de calcio y de magnesio). Gran parte de este carbonato fue depositada en los oceános, derivada del carbono del complejo atmosférico-oceánico de CO^2.. En los océanos el carbono precipita como carbonato, naturalmente en la columna de agua a partir de dióxido de carbono disuelto y de varios óxidos de calcio y magnesio, o biológicamente por la acción de organismos que lo utilizan para construir conchas o esqueletos.

De “The Deep Hot Biosphere”, Thomas Gold, 2001.

Se puede ampliar la información en “¿Inagotables?.Petróleo y Gas Natural.”,Danilo Antón, Piriguazú Ediciones.

Origen del petróleo, el gas natural y carbonatos

D.A,
Hay dos teorías principales sobre el origen de los compuestos de carbono en el planeta Tierra. Estos compuestos son diversos pero predominantemente se expresan en los compuestos oxidados (p.ej.el dióxido de carbono y los carbonatos) y los compuestos no oxidados (p.ej. los hidrocarburos).  Una hipótesis mayoritaria en la actualidad sostiene que originalmente los compuestos de carbono provienen de una atmósfera muy rica en dióxido de carbono, mientras que la otra teoría considera que estos compuestos se originaron en la profundidad  de la corteza y el manto superior y luego ascendieron en un proceso lento y generalizado de desgasificación.
Acá transcribimos un texto del libro "The Deep Hot Biosphere" de Thomas Gold (2001).

"De acuerdo a la primera explicación los volúmenes iniciales de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra tendrían que haber sido muy importante. Para explicar los volúmenes de formaciones carbonatadas (calizas, margas, mármoles) se requeriría una masa de dióxido de carbono en la atmósfera primitiva ochenta veces mayor que toda la atmósfera actual y tan masiva como la del planeta Venus. Por el contrario, la proporción actual de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra es de sólo 3,5/10,000 en volumen.
Sin embargo, hay buenas razones para creer que la tierra primitiva no adquirió la cantidad de material en forma de gases como lo propone dicha hipótesis porque hay escasa abundancia de gases como el neón, el argón no radiogénico, criptón y xenón en la atmósfera hoy en día. Ningún proceso físico podría haber disminuido los voluménes de estos gases inertes de la mezcla gaseosa del sistema solar, donde se sabe que son considerablemente más abundantes.
Estos gases no han escapado de la gravedad terrestre porque sus átomos son pesados permaneciendo en la atmósfera desde los orígenes planetarios.
La única explicación razonable, en mi opinión, es que los gases atmosféricos hayan derivado principalmente de la desgasificación de volátiles provenientes de niveles profundos.
La teoría de que la tierra comenzó con una abundancia masiva de CO2, falla en otro aspecto.-el patrón de deposición de carbonatos a través del tiempo geológico es contradictorio con los datos conocidos. En lugar de una mayor deposición de carbonato en los Períodos y Eras más antiguos, los registros sedimentarios muestran una acumulación permanente de dicho carbón oxidado, (así como de carbono no oxidado) en los últimos dos mil millones de años, que es el período de tiempo durante el cual el registro sedimentario está relativamente completo. De hecho, el exceso de carbono total de las capas superficiales terrestres ha ido en aumento desde los primeros tiempos. El reciclaje no puede dar cuenta de eso. En su lugar, una adición contínua a partir de fuentes de surgencia desde el interior de la tierra debe ser considerado como la causa y proceso original
Curiosamente, aunque la mayor parte del carbono oxidado que se encuentra en los depósitos de carbonato se deriva de los volúmenes existentes en el sistema atmosférica-oceánico de dióxido de carbono, el contenido actual de carbono en esta piscina representa sólo alrededor una parte en 740 de los depósitos de compuestos de conocidos (calculando el total estimado carbón depositado durante dos mil millones de años y el contenido de CO2 medido en la atmósfera y los océanos). ¿Cuál es el origen del aporte de CO2 atmosférico que lo mantienen a los niveles actuales y que al mismo tiempo puedan resultar en la deposición of carbonatos a través de todas las épocas geológicas y que mantiene un suministro constante para mantener las plantas vivas?

Si la degasificación de las sustancias volátiles que contienen carbono de las profundidades de la tierra fuera responsable de contribuir con este insumo, la tasa media de desgasificación tendría que ser suficiente para reemplazar el dióxido de carbono contenido en el sistema atmosférico-oceánico cada 2,7 millones de años. En otras palabras, el carbono atmoférico-océanico debe haber sido sustituido unas 740 veces en 2,000 millones de años.
El análisis químico de meteoritos indica que los carbonatos u otras formas de carbono oxidado no eran constituyentes de los materiales con los que se formaron los planetas sólidos. La mayor parte del carbono existió inicialmente en forma no oxidada, principalmente como hidrocarburos. Las muestras de los pozos profundos que no estén demasiado cerca de las regiones volcánicas activas muestran que en ellos los hidrocarburos son los compuestos de carbono más importantesallí. A niveles aún más profundos, donde la presión es tan grande que la forma estable del carbono es el diamante, el carbono no oxidado es predominante lo que permite la formación de cristales de carbono puro.
Algunos de estos fluidos carbonosos surgentes, que están constituidos en gran parte en forma de CH4 y otras moléculas de hidrocarburos ligeros, se oxidan durante el ascenso. la relación metano/dióxido de carbono depende de la disponibilidad de oxígeno, la temperatura y la presión a lo largo de las vías de flujo, y de la acción microbiana que en ella tenga lugar. 
El metano que llega a la atmósfera sin ser oxidado se transforma en dióxido de carbono en la atmósfera rica en oxígeno uniéndose al sistema atmosférico-oceánico de CO2.
 ¿Qué porcentaje de todos los volátiles de carbono aflorantes llega como metano y cual como dióxido de carbono? El dióxido de carbono procedente de los volcanes está bien estudiado, mientras que los considerables volúmenes de metano que emergen del suelo no volcánicos mayormente pasaan desapercibidos. La impresión superficial creada es que el dióxido de carbono es la principal fuente de carbono en la superficie.
Sin embargo, un estudio de la relativa abundancia de los isótopos de carbono muestra que esto no es así. 
(continúa)

¿De  donde viene el carbono existente en la Tierra?

D.Antón

En algunas ocasiones la importancia del elemento carbono en los procesos planetarios y geológicos se ha subestimado. En el Sistema Solar el carbono se encuentra en forma no oxidada en los planetas gigantes exteriores como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. En esos planetas el carbono se manifiesta como metano, etano y otros hidrocarburos. Eso mismo ocurre en Titán, el satélite de Saturno, donde el carbono aparece como metano, etano y otros hidrocarburos en forma alternativamente líquida, sólida o gaseosa dependiendo de la temperatura. En Venus y Marte el carbono aparece oxidado en CO² representando más del 95% de las masas atmosféricas. En la Tierra, una parte del carbono se encuentra bajo formas no oxidadas (carbón, petróleo crudo, gas natural, etc) y otra parte bajo formas oxidadas como el CO² en la atmósfera (400 ppm) y los carbonatos en calizas y otras formaciones geológicas calcáreas.

La pregunta que surge es la siguiente: ¿De dónde viene el carbono de las capas externas de la Tierra? (que es el único que tenemos acceso) Las respuestas son varias, pero hay dos explicaciones posibles. Puede ser un compuesto original existente desde el momento en que se formó el planeta o resultó del ascenso de metano (y otros hidrocarburos) a través de la corteza. La primera teoría se relaciona con la teoría biogénica de formación del petróleo y la segunda a la hipótesis del origen abiótico. Thomas Gold fue un partidario enérgico de la segunda teoría. Aquí reproducimos sus puntos de vista sobre el ciclo del carbono y la formación de los carbonatos en la corteza terrestre.

Evicencias que se pueden obtener del registro geológicos de los carbonatos terrestres (1)

Thomas Gold

Los sedimentos superficiales y subsuperficiales en la Tierra son aproximadamente cien veces mayores que el total de carbono que se habría derivado de la molienda de todas las rocas de los basamentos cristalinos del planeta que habrían contribuido a formar dichos sedimentos.

La superficie terrestre está por lo tanto enormemente enriquecida en carbono. Este enriquecimiento requiere una explicación. La cantidad total de carbono contenido en los sedimentos y en la superficie se estima promedialmente en alrededor de 200 toneladas por cada metro cuadrado de la superficie de la Tierra.

Una quinta parte de todo este carbono se presenta en forma no oxidada, incluyendo varias formas de carbón, petróleo crudo, kerógeno (compuestos carbonosos distribuidas difusamente en las rocas) y gas natural, ya sea como gas libre o en forma de hidrato de metano congelado. Además, hay una fina capa de material biológico vivo o en descomposición. Esta última categoría, en mi opinión, la única forma de carbono demostrablemente de origen biológico y que representa sólo una fracción muy pequeña del carbono no oxidado total.

Los otros cuatro quintos de carbono es tán bajo forma oxidada, principalmente por compuestos de caliza (carbonato de calcio), y dolomita (una mezcla de carbonato de calcio y de magnesio). Gran parte de este carbonato fue depositada en los océanos, derivada del carbono del complejo atmosférico-oceánico de CO^2.. En los océanos el carbono precipita como carbonato, naturalmente en la columna de agua a partir de dióxido de carbono disuelto y de varios óxidos de calcio y magnesio, o biológicamente por la acción de organismos que lo utilizan para construir conchas o esqueletos.

De “The Deep Hot Biosphere”, Thomas Gold, 2001.

Se puede ampliar la información en “¿Inagotables?.Petróleo y Gas Natural.”,Danilo Antón, Piriguazú Ediciones.