Un'enorme fiammata vulcanica alla fine del regno dei dinosauri ha dato il via a una catena di eventi che ha portato alla formazione dei giacimenti di petrolio e gas di scisto degli Stati Uniti dal Texas al Montana. I geologi della Rice University hanno affermato che i vecchi giacimenti di gas di scisto, come Marcello in Pennsylvania e Ohio, potrebbe essersi formato da simili esplosioni vulcaniche centinaia di milioni di anni prima. Credito:Wikimedia Commons
La cenere ricca di sostanze nutritive di un'enorme esplosione di eruzioni vulcaniche verso la fine del regno dei dinosauri ha dato il via a una catena di eventi che ha portato alla formazione di gas di scisto e giacimenti di petrolio dal Texas al Montana.
Questa è la conclusione di un nuovo studio dei geologi della Rice University che appare questa settimana nel giornale online di Nature Publishing Rapporti scientifici .
"Una delle cose su questi depositi di scisto è che si verificano in determinati periodi della storia della Terra, e uno di questi è il Cretaceo, che è più o meno all'epoca dei dinosauri, ", ha affermato l'autore principale dello studio Cin-Ty Lee, professore e presidente del Dipartimento della Terra di Rice, Scienze ambientali e planetarie. "Questo accadeva da circa 90 a 100 milioni di anni fa, che è circa lo stesso tempo di una massiccia esplosione di vulcani ad arco lungo quello che è oggi il bordo del Pacifico degli Stati Uniti occidentali".
I progressi nella perforazione orizzontale e nella fratturazione idraulica negli ultimi 20 anni hanno portato a un boom energetico degli Stati Uniti in "non convenzionali, " una categoria che include il gas di scisto e il petrolio "stretto" che si trovano nei campi di scisto come il Cretaceo Eagle Ford e Mowry e quelli più vecchi come Barnett e Bakken.
"Questi tipi di gas naturale e petrolio sono in minuscoli, minuscoli pori che vanno da pochi milionesimi di metro di diametro a pochi millesimi di metro, " ha detto Lee. "I depositi sono in bande strette a cui è possibile accedere solo con la perforazione orizzontale, e il petrolio e il gas sono rinchiusi in queste piccole tasche e sono disponibili solo con tecniche come la fratturazione idraulica".
Lee ha affermato che ci sono sempre stati indizi di una connessione tra antiche eruzioni vulcaniche e idrocarburi di scisto non convenzionali. Durante le gite nel Texas occidentale, lui e gli studenti di Rice notarono centinaia di strati di cenere nella roccia esposta che risalivano al periodo Cretaceo, quando gran parte del Nord America occidentale giaceva sotto un oceano poco profondo.
Uno di questi viaggi è avvenuto nel 2014 mentre i colleghi di Lee e Rice stavano anche studiando come una fiammata di vulcani ad arco dell'era Cretaceo lungo il bordo del Pacifico degli Stati Uniti avesse avuto un impatto sul clima della Terra attraverso una maggiore produzione vulcanica di anidride carbonica.
L'eruzione del vulcano Pavlof in Alaska vista dalla Stazione Spaziale Internazionale il 18 maggio 2013. La nuvola di cenere del vulcano è salita a 20, 000 piedi e si estendeva per centinaia di miglia nell'Oceano Pacifico settentrionale. Credito:esperimento NASA/ISS Crew Earth Observations e Image Science and Analysis Laboratory, Johnson Space Center
"Avevamo già visto strati di cenere prima, ma in questo sito abbiamo potuto vedere che ce n'erano molti, e questo ci ha fatto pensare, " ha detto Lee. Lee, lo studente laureato Hehe Jiang e gli studenti universitari Rice Elli Ronay, Jackson Stiles e Matthew Neal hanno deciso di indagare sui letti in frassino in collaborazione con Daniel Minisini, un collega di Shell Oil che aveva svolto un lavoro approfondito sulla quantificazione del numero esatto di letti di cenere.
"È quasi continuo, " ha detto Lee. "C'è uno strato di cenere almeno ogni 10, 000 anni."
Lee ha detto che il team ha determinato che la cenere proveniva da centinaia di eruzioni che hanno attraversato circa 10 milioni di anni. Gli strati erano stati trasportati a diverse centinaia di miglia a est della loro sorgente vulcanica in California. La cenere è stata depositata sul fondo del mare dopo essere stata soffiata attraverso pennacchi che si sono alzati per miglia nell'atmosfera e sono andati alla deriva sull'oceano. Lee e gli studenti hanno analizzato campioni dei letti di cenere negli impianti geochimici di Rice.
"La loro composizione chimica non assomigliava a quella che avrebbe avuto quando hanno lasciato il vulcano, " ha detto. "La maggior parte del fosforo originale, mancavano ferro e silice."
Ciò ha fatto venire in mente le "zone morte" oceaniche che spesso si formano oggi in prossimità delle foci dei fiumi. L'eccessiva fertilizzazione delle fattorie pompa grandi volumi di fosforo lungo questi fiumi. Quando questo colpisce l'oceano, il fitoplancton divora le sostanze nutritive e si moltiplica così rapidamente da assorbire tutto l'ossigeno disponibile dall'acqua, lasciando una regione "morta" priva di pesci e altri organismi.
Lee sospettava che i pennacchi di cenere del Cretaceo potessero aver causato un effetto simile. Per stabilire se la cenere avrebbe potuto fornire abbastanza nutrienti, Lee e il suo team hanno utilizzato oligoelementi come zirconio e titanio per abbinare gli strati di cenere alle loro fonti vulcaniche. Confrontando i campioni di roccia da quelle fonti con la cenere impoverita, il team è stato in grado di calcolare quanto fosforo, mancavano ferro e silice.
"Normalmente, non si ottiene alcuna deposizione di materia organica sul fondo della colonna d'acqua perché altri esseri viventi la mangeranno prima che sprofondi sul fondo, " ha detto Lee. "Abbiamo scoperto che la quantità di fosforo che entra nell'oceano da questa cenere vulcanica era circa 10 volte superiore a tutto il fosforo che entra oggi in tutti gli oceani del mondo. Sarebbe stato sufficiente per alimentare una zona morta impoverita di ossigeno dove il carbonio potrebbe essere esportato fino al sedimento".
"Zone morte" impoverite di ossigeno si formano spesso nel Golfo del Messico settentrionale a causa del deflusso ricco di sostanze nutritive dai fiumi Mississippi e Atchafalaya, che sono visti qui come pennacchi marrone chiaro e marrone-verdastro visibili dalla Stazione Spaziale Internazionale nel 2012. La cenere vulcanica ricca di sostanze nutritive potrebbe aver alimentato zone morte simili che hanno prodotto giacimenti di petrolio e gas di scisto dal Texas al Montana. Credito:NASA/GSFC/Aqua MODIS
La combinazione della caduta di cenere e della zona morta oceanica ha concentrato abbastanza carbonio per formare idrocarburi.
"Per generare un giacimento di idrocarburi di valore economico, devi concentrarti, " Lee ha detto. "In questo caso, si è concentrato perché le ceneri guidavano quella produttività biologica, ed è lì che è stato incanalato il carbonio organico".
Lee ha affermato che i depositi di gas di scisto e tight oil non si trovano negli strati di cenere ma sembrano essere associati ad essi. Perché gli strati sono così sottili, non vengono visualizzati nelle scansioni sismiche che le compagnie energetiche usano per cercare non convenzionali. La scoperta che centinaia di strati di cenere ravvicinati potrebbero essere un segno rivelatore di non convenzionali potrebbe consentire ai geologi del settore di cercare proprietà di massa degli strati di cenere che sarebbero mostrate nelle scansioni, ha detto Lee.
"Ci sono anche implicazioni per la natura degli ambienti marini, " ha detto. "Oggi, il fosforo è anche un nutriente limitante per gli oceani, ma l'immissione di fosforo e ferro nell'oceano da questi vulcani ha importanti conseguenze paleoambientali ed ecologiche".
Mentre lo studio pubblicato ha esaminato specificamente il Cretaceo e il Nord America, Lee ha affermato che le riacutizzazioni del vulcano ad arco in altri momenti e luoghi sulla Terra potrebbero anche essere responsabili di altri depositi di scisto ricchi di idrocarburi.
"Sospetto che potrebbero, " ha detto. "Il campo Vaca Muerta in Argentina ha la stessa età ed era dietro lo stesso arco di quello che stavamo studiando. Il disco rock diventa più incompleto man mano che vai più indietro nel tempo, ma in termini di altri scisti statunitensi, il Marcello in Pennsylvania fu deposto più di 400 milioni di anni fa nell'Ordoviciano, ed è anche associato alle ceneri."
