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Si está leyendo algo relacionado con los combustibles fósiles aquí en ZME Science, es probable que de alguna manera se relacione con el tema de la contaminación o el calentamiento global. Ambos son temas de discusión realmente importantes, especialmente ahora que personas de todo el mundo se unen para solucionar las consecuencias muy reales y muy peligrosas que nuestras economías centradas en los combustibles fósiles están teniendo sobre el clima.

Créditos de imagen Flickr / Olle Svensson.

Pero es innegable que los combustibles fósiles permitieron que nuestras sociedades cambiaran drásticamente en un lapso de tiempo muy corto. Utilizándolos, las personas podrían aportar mucha más energía para dar forma a nuestro entorno de lo que era posible anteriormente. Energía significa que los tractores tiran de arados en lugar de bueyes, automóviles en lugar de carruajes, acerías en lugar de herreros, iPhones en lugar de palomas mensajeras. Más energía disponible hace que todos sean más ricos, mejor alimentados y más longevos que nunca.

Estamos ahora en un punto en el que podemos/debemos optar por dejar los combustibles fósiles y optar por otras fuentes de energía más limpias y eficientes; pero no vamos a hablar de eso ahora. Hoy vamos a echar un vistazo a lo que son los combustibles fósiles para entender por qué tuvieron tal efecto en la sociedad. Y comenzaremos con el que probablemente nos resulte más familiar en nuestra vida cotidiana.

que es el petroleo

El petróleo (del griego antiguo petra , que significa piedra y oleum que significa aceite), también conocido como petróleo crudo, es una mezcla fluida de hidrocarburos líquidos y gaseosos, elementos químicos inorgánicos e impurezas físicas. Por lo general, viene mezclado con una abundante porción de bacterias para arrancar. Mientras que las imágenes románticas o las películas antiguas sobre osados ​​operadores de torres de perforación muestran que todo el petróleo crudo es completamente negro, no es raro ver petróleo de color marrón oscuro o que tome tonalidades amarillas, rojas e incluso verdes según su composición química.

Petróleo verde del Pozo 1 de McClintock, el pozo de petróleo más antiguo aún en producción.
Créditos de la imagen Museo Drake Well.

La composición del petróleo en realidad varía tanto que uno de los estándares de clasificación de petróleo crudo más utilizados es por área de producción (por ejemplo, petróleo Oman-Tapis, petróleo West Texas Intermediate, etc.). Otros dos sistemas de clasificación importantes se basan en la densidad (petróleo ligero/pesado) o el contenido de azufre (dulce/agrio).

El petróleo crudo es uno de los hidrocarburos más importantes en la actualidad y, literalmente, mantiene en funcionamiento a nuestras industrias como fuente de energía y como materia prima fundamental. Se forma en las profundidades del subsuelo y (por lo general) rara vez aparece en la superficie sin nuestra ayuda. Su elección de vecindario, composición química y el hecho de que el petróleo crudo tiene un pequeño problema de olor corporal, todo se reduce a:

como se forma

    1. Deposición: una gran cantidad de materia orgánica termina en un área confinada (geológicamente hablando).
    2. Entierro: esta materia se entierra bajo el sedimento y posteriormente se hunde más en la corteza.
    3. Diagénesis: sometida a presiones extremas y altas temperaturas, esta materia se cocina en kerógeno, una sustancia similar a la cera que es básicamente aceite crudo para bebés.
    4. Catagénesis/craqueo: si se mantiene la ventana correcta de presión y calor en el kerógeno, se cocinará aún más en hidrocarburos fluidos (petróleo y gas).
    5. Formación de yacimientos: estos nuevos hidrocarburos, al ser fluidos y menos densos, son bombeados por el peso de las rocas que los presionan hasta que golpean una roca que no pueden atravesar y forman un depósito.

Pasos 1 y 2 Deposición y entierro

Como todos los demás combustibles fósiles, el petróleo crudo se forma a partir de cosas que solían estar vivas hace mucho tiempo. En teoría, cualquier planta o animal muerto puede convertirse en petróleo durante millones de años, pero son principalmente algas, plancton y zooplancton los que forman el petróleo crudo que usamos hoy. Lo que estos tres tienen en común (y los presta bien a la formación de aceite) es que son acuáticos. Vivir en el océano ayuda mucho con los puntos 1. y 2.: por un lado, los ambientes marinos están repletos de nutrientes y normalmente soportan mucha biomasa. Por otro lado, hay más sedimentos en ambientes acuosos que en tierra firme (piense en la cantidad de suelo nuevo que deposita el Nilo cada vez que se inunda).

O el Mississippi, incluso cuando no se está inundando.
Créditos de la imagen Observatorio de la Tierra de la NASA.

Hacer petróleo crudo es un poco similar a hacer vino en el sentido de que debe dejarlo reposar pero no respirar, o se echará a perder, por lo que ambos factores son críticos para su formación. El proceso necesita mucha materia orgánica fresca (bueno, fresca). Dado que hay tantas criaturas viviendo en los océanos, estos entornos pueden proporcionar las enormes cantidades de biomasa necesarias (las cosas mueren y se hunden hasta el fondo más rápido de lo que las bacterias pueden descomponerlas). Los océanos también pueden reunir los sedimentos necesarios para cubrir la biomasa antes de que se pudra en áreas menos abundantes. Entonces, en general, prácticamente todos los depósitos de petróleo más importantes se formaron en el fondo de los antiguos océanos y mares (que hoy pueden ser tierra seca).

Si bien no hay nada que prohíba explícitamente que los ambientes de tierra seca formen petróleo, las probabilidades están muy altas en su contra. El principal problema es que la movilidad de los sedimentos en tierra está muy limitada en comparación con el océano, por lo que no hay nada que aísle la biomasa muerta del oxígeno. Para que el petróleo crudo se forme en la tierra, generalmente se necesita un movimiento rápido de sedimentos, como inundaciones masivas, deslizamientos de tierra, flujos de lodo, ese tipo de cosas o áreas acuosas y fangosas como lagos y pantanos. La resina vegetal también puede kerogenizarse. Sin embargo, los depósitos formados en tierra firme generalmente tienden a formar carbón (a partir de madera más difícil de descomponer) y su participación en la reserva mundial de petróleo crudo probablemente sea modesta.

Paso 3 Diagénesis

A medida que nuevos sedimentos caen al fondo de los océanos durante millones de años, su peso empuja hacia abajo nuestro intrépido depósito de biomasa formado en los pasos 1 y 2. Estamos hablando de presiones bastante grandes aquí, imagine sostener una columna de roca, grava, arena de unos pocos kilómetros / millas de altura sobre sus hombros, coronada por una columna de agua aún más alta que comprime esa materia lo suficientemente fuerte como para que se caliente. Bajo tales condiciones, los enlaces químicos en la biomasa comienzan a descomponerse y volver a formarse en nuevos compuestos más estables al calor y la presión.

Porfirina de vanadio en petróleo (izquierda) y clorofila a (derecha).
Imagen vía Wikimedia.

Los biopolímeros de cadena larga (como los de las proteínas o los carbohidratos) son los primeros en descomponerse. Los fragmentos resultantes luego se mezclan con los sedimentos para formar rocas ricas en carbono orgánico o desprenden agua y moléculas de hidrocarburos simples (como el metanol) y se condensan en nuevos polímeros. A medida que pasa el tiempo, ciertos elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el azufre tienden a eliminarse de la mezcla y los polímeros tienden a la aromatización (forman anillos). Estos son más densos (mismo material en un espacio más pequeño), por lo que pueden soportar mejor la presión. Luego, los anillos se apilan unos sobre otros en láminas, aumentando aún más la densidad.

Esta primera etapa de transformación da como resultado una sustancia cerosa conocida como kerógeno y un material similar al alquitrán conocido como betún.

Paso 4 Catagénesis / Cracking

Una estructura rica en querógeno y betún se conoce como roca generadora porque es de donde provendrá el petróleo. A medida que continúa hundiéndose más en la corteza, el kerógeno en nuestra roca fuente se somete a una presión aún mayor, pero eso está bien porque es tan denso que puede soportarlo. Sin embargo, también se calienta, y eso es lo que finalmente lo convertirá en petróleo.

Petróleos crudos livianos y medianos del Cáucaso, Medio Oriente, Arabia y Francia.
Créditos de imagen Wikimedia / Glasbruch2007.

Lo que percibimos como calor es un movimiento de partículas, cuanto más caliente está algo, más rebotan sus átomos entre sí. El calor es, si te acercas lo suficiente, energía cinética. Entonces, cuando bombeas calor a las láminas de polímeros bien apiladas en nuestro kerógeno, haces que sus átomos quieran moverse. Eventualmente, si les inyectas suficiente calor, las estructuras se vuelven demasiado energéticas para permanecer estables y se rompen en pedazos progresivamente más pequeños, el calor las abre.

La presión ambiental y la temperatura durante el proceso de craqueo determinan lo que hace el kerógeno: si las temperaturas son demasiado bajas, nada se craquea. Si las temperaturas son demasiado altas, el aceite se tritura en polímeros cortos y se obtiene gas natural. El punto óptimo, o ventana de petróleo para los geólogos, se encuentra entre 50 y 150 °C (122 y 302 °F), según factores como la presión y la rapidez con la que se calienta la roca.

Paso 5 Formación de reservorios

En este punto, el petróleo y el gas son líquidos y están mezclados, como una lata de refresco sin abrir. Al ser fluido y mucho menos denso que las rocas que lo rodean, este cóctel de hidrocarburos resultante del agrietamiento intentará abrirse camino hacia la superficie.

Manantial de petróleo natural en Eslovaquia.
Créditos de imagen Wikimedia / Branork.

Sin embargo, hay rocas a su alrededor, por lo que el petróleo no puede formar lagos o ríos, sino que tiene que viajar a través de los poros y grietas de las rocas circundantes en su alegre camino hacia la superficie. Algunas rocas, como la arenisca o la caliza, son especialmente porosas y se prestan bien para el transporte de petróleo crudo.

Sin embargo, lo que generalmente sucede es que el petróleo queda atrapado debajo de una capa de roca que no puede atravesar, y esperará allí hasta que una cabeza de perforación toque la puerta.

En resumen

Entonces, para pasar de un dinosaurio (más probablemente de un montón de plancton) hasta el petróleo, se necesita mucho tiempo y una serie de eventos bastante afortunados: primero, se necesitan muchas cosas para morir en el momento justo. manchar y quedar enterrado bajo el sedimento a toda prisa. Esta pila de biomasa debe aplastarse y cocerse en una fuente de roca llena de betún jugoso y querógeno y luego calentarse, pero no demasiado, para formar petróleo. Todo esto debe tener lugar debajo de una roca porosa y permeable (lo que significa que los poros están conectados entre sí para que puedan actuar como pequeños oleoductos) para que el petróleo viaje y se acumule. Y todo debe cubrirse con una roca de tapa (un sello), o algún otro mecanismo debe estar en su lugar para evitar que este aceite se derrame hacia la superficie.

Lo bueno y lo malo del petróleo

Entonces, ¿sabes cómo les gusta a las plantas pasar el rato y hacer la fotosíntesis y todo eso? Bueno, piense en la quema de combustibles fósiles como la fotosíntesis inversa y no está muy lejos de la realidad. Eso es lo que hace que los combustibles fósiles sean impresionantes y horribles al mismo tiempo, y he aquí por qué:

Es porque esta cosa arde con llamas.
Los bomberos kuwaitíes luchan para asegurar un pozo de petróleo en llamas en los campos petrolíferos de Rumaila, incendiados por las fuerzas militares iraquíes, 2003.
Créditos de la imagen Cuerpo de Marines de los Estados Unidos.

La fotosíntesis requiere mucha energía: dado que al oxígeno le encanta unirse a las cosas y al carbono también le gusta unirse, se necesita mucho empuje para separarlos. Lo que hacen las plantas es usar la energía solar para descomponer el CO2, masticar el átomo de carbono y desechar el oxígeno. Esto crea un desequilibrio energético ya que el oxígeno realmente quiere volver con su antigua chispa, el átomo de carbono, por lo que la materia vegetal, en efecto, actúa como una batería para el carbono y la energía utilizada en la fotosíntesis.

Cualquier depósito de petróleo de tamaño decente se forma a partir de inmensas cantidades de biomasa, por un total de millones, posiblemente incluso billones de horas de fotosíntesis, y el desequilibrio energético total generado a través de ellos. Cuando quemamos petróleo, volvemos a combinar carbono con oxígeno y recuperamos esa energía.

La buena noticia es que se extrae la mayor parte de esa energía inicial (almacenada durante toda la vida de las plantas) en unos pocos momentos, por lo que los combustibles fósiles son una fuente de energía muy densa, un orden de magnitud más poderosa que la que pueden generar la leña o los músculos. . La mala noticia es que también libera todos esos átomos de carbono (almacenados durante toda la vida de las plantas) en unos pocos momentos, por lo que los combustibles fósiles son una fuente muy densa de gases de efecto invernadero.

Aparte de su uso como combustible, el petróleo es una piedra angular en la industria. Las industrias farmacéutica, química y de materiales, en particular, dependen en gran medida del petróleo crudo como fuente principal de una amplia gama de compuestos orgánicos. Entonces, incluso si desvinculamos nuestro sector energético del petróleo, seguramente lo veremos por mucho tiempo.

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