Black stones and dinosaur juice: Where do coal and oil come from?

Piedras negras y zumo de dinosaurio

En la actualidad prácticamente todo funciona mediante electricidad. Aquello que no lo hace funciona con los denominados combustibles fósiles. Y parte de la generación eléctrica también recae en ellos.

¿Alguna vez te has preguntado cómo se convirtió ese dinosaurio en petróleo?

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Imagen de un lignito. Fuente: Adobe Stock

Bueno, primer error, los dinosaurios, o al menos aquellos que tienes en la cabeza, como el T-Rex, el brontosaurio o el velociraptor no formaron petróleo. Si no que el petróleo se forma a partir de restos biológicos en un ambiente marino. Así que llamarlo zumo de dinosaurio no es muy correcto, aunque si había dinosaurios marinos, precursores de los actuales reptiles y peces. Aunque, es más fácil culpar al tiburón del petróleo, ya que tenemos constancia from estos en aquel lejano periodo.

Entonces, ¿qué es lo que formaron los dinosaurios tras los procesos correctos?

Mayormente, los dinosaurios no han formado nada, la mayor parte del carbón que hay en la Tierra proviene de restos fósiles vegetales, no animales.

Específicamente los restos vegetales que ahora son carbón son en su mayor parte residuos del carbonífero. En este periodo sucedido entre 359 y 299 millones de años antes de hoy, se produjo un evento muy importante hoy día como es el aumento del nivel de oxígeno en la atmósfera. Esto se produjo gracias a un aumento en la cantidad de masa forestal a nivel global. Sin embargo, el evento que convirtió este periodo en la base del carbón actual fue que buena parte de estos bosques quedaron soterrados por capas de sedimentos.

A partir de ahí el proceso de carbonización se inicia

Después de su enterramiento se necesita que el nivel freático (el nivel del agua subterránea) alcance este estrato de restos orgánicos. Un estrato es por decirlo de alguna manera un piso geológico. Cada estrato está compuesto por una roca o mineral que nos indica su antigüedad a través de los fósiles que contiene o de los estratos que le preceden o suceden. Los estratos son la base de la geología, porque son un fenómeno global e invariable. Un estrato puede estar volcado, girado o alterado, pero puede averiguarse su periplo a través de la historia gracias a los principios enunciados por Nicolas Steno.

El cual enunció cuatro principios:

  • Principio de superposición. Describe que las rocas más modernas deben estar situadas en la surface y cuanto más desciendas más antiguos deben ser los estratos.
  • Principio de horizontalidad original.  Afirma que los estratos deben depositarse de forma horizontal por causa de la gravedad.
  • Principio de continuidad lateral. Un estrato se debe extender por toda la esfera terrestre, salvo que exista otra roca que lo impida.
  • Principio de relaciones transversales. Este explica que un elemento geológico que corta a otro, es más moderno que el cortado.

Después de que el estrato con los restos vegetales sea alcanzado por el nivel freático, se debe producir un proceso de degradación bioquímica.

Este proceso es desarrollado por organismos anaeróbicos que se alimentan de los restos orgánicos y separan los elementos de estos restos. Lo cual acaba implicando un aumento en la concentración de carbono en distintas mezclas, CO₂ (dióxido de carbono) y CH4 (metano) por ejemplo. 

Después de estos procesos puede aparecer la turba. El primer elemento que podríamos llegar a considerar carbón. Esto es debido a que existen distintos tipos de carbones. Se separan en función de la cantidad de carbono que posee la roca:

  1. La turba, tiene un porcentaje de carbon de entorno al 59%. Un 35% de oxígeno y un 6 de hidrógeno. Otra circunstancia interesante es que se aprecian detalles de la materia forestal de la que proviene. 
  2. Luego aparece el lignito. Este material aumenta su concentración de carbon hasta el 71%. Este carbón ya permite una obtención de energía moderada. El paso de turba a lignito se produce por una compactación de la turba, por eso aún pueden observarse estructuras vegetales al desmenuzarse.

En este paso puede aparecer también el azabache. Esta roca es empleada en joyería debido a su brillo negro. Se la considera semipreciosa en la actualidad, aunque se tiene constancia de su valor para los humanos desde mucho tiempo. El resto de uso más antiguo del que se tiene constancia es en la cueva de las Caldas, en Oviedo, España. Dicho azabache adorna un colgante de hace aproximadamente 17 000 años.

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Un azabache parcialmente pulido, aun se aprecian las irregularidades típicas de una roca en estado natural
  1. El siguiente estado en el que encontramos el carbón es con la hulla. Que tiene concentraciones de carbono hasta el 90%. Para llegar a esta roca el carbón ha tenido no solo que estar enterrado. Si no que además tenía que estar lo suficientemente profundo como para qué se alcanzarán temperaturas de 85 °C o más. Este carbón es uno de los más prolíficos, se usa mucho en la producción de energía a escala industrial, pero también se usa para obtener coque y otros productos.
  2. El último carbón es la antracita. El carbono puede suponer hasta el 96% de esta roca. En el proceso de convertirse en antracita, la hulla libera mucho metano. Esto es en realidad lo que hace que aumente the proporción de carbono, el perder impurezas, el metano (CH4) reduce el hidrógeno en el carbón. Este metano liberado puede acumularse en bolsas cerca de las vetas del carbón y causar accidentes. Si el metano supone menos del 5 % en la mezcla aire-metano, este arderá sin explotar, y si la mezcla tiene más del 14% del segundo, no habrá suficiente aire y no pasará nada.

Sin embargo, en ese peligroso intervalo de entre el 5 y el 14%, una chispa puede causar una explosión.

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¿De dónde sale el petróleo?

He petróleo forma parte del grupo de los hidrocarburos. Este contiene la gran mayoría de combustibles fósiles, por ejemplo el metano, el octano, el gas natural (que en su mayor parte es metano) o el butano.

La denominación de estos compuestos proviene de la composición principal de este grupo, hidrógenos y carbonos. Que siempre están repartidos en proporción de 2 a 1 respectivamente. Debido a caprichos de la química, a esta proporción se le añaden 2 hidrógenos que son los que permiten cerrar el compuesto como se observa en la imagen.

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Imagen bidimensional de la disposición de hidrógenos (H) y carbonos (C). Se observan los grupos de un carbono y dos hidrógenos. Mientras que en los extremos se observan dos átomos de hidrógeno que cierran la molécula.

La formación de estos se produce de una forma parecida a la del carbón. Al final su origen es similar, sedimentos orgánicos que son sepultados y aumentan su concentración de carbono. Pero existen notables diferencias, mientras que el carbón se forma en ambientes terrestres, el petróleo solo se forma en ambientes marinos.

Partiendo de esa base tenemos un animal, hace millones de años, no menos de 10, que al morir cae al fondo del mar. Junto a él se acumulan otros restos, mayormente vegetales, de algas. Estos son sepultados por otros sedimentos progresivamente. Similar a lo que requieren la hulla y la antracita, los hidrocarburos requieren de temperaturas elevadas para formarse. En el caso del petróleo las temperaturas deben estar entre 60 y 150 °C.

En este proceso es necesario, además de la temperatura, la presencia de microorganismos en condiciones anaeróbicas que son los que descomponen los restos.

Además de lo anterior, existen una serie de requisitos estrictamente geológicos para la aparición de lo que se denominan trampas de hidrocarburos. Estas son las zonas donde es posible realizar una explotación de los recursos debido a su abundancia.

Tras su formación en la roca madre, que es rica en materia orgánica, ascienden a rocas almacén. Estas deben ser permeables al petróleo, bien por porosidad (pequeños canales dentro de la roca) o bien por fractura (roturas entre las rocas que permiten que se almacene el oro negro). Habitualmente son areniscas o calizas.

Por último, debe haber una roca de sello. Estas deben ser impermeables que, primero, eviten la migración de los recursos. Y segundo, los protejan de agentes externos que puedan destruir el petróleo. En esta capa solemos encontrar rocas evaporíticas, como la sal o el yeso. También, podemos encontrar lutitas o calizas margosas y margas.

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Pese a que muchos de los terrenos donde ahora se extrae petroleo son en tierra firme, estas zonas eran, hace millones de años lechos marinos. Fuente: Adobe Stock

Todos estos factores son los que convierten al carbón y al petróleo en bienes relativamente escasos. Además, aquí solo he expuesto condiciones ideales, sin embargo, en el mundo real habitualmente encontramos impurezas. Si estas son demasiadas, pese a la evolución en el refinamiento, se considerará que no es rentable de explotar y se abandonará. 

Martin Morala Andres