Los pozos de alquitrán , a veces denominados pozos de asfalto , son grandes depósitos de asfalto . Se forman en presencia de petróleo , que se crea cuando la materia orgánica descompuesta se somete a presión subterránea. Si este petróleo crudo se filtra hacia arriba a través de fracturas, conductos o capas de roca sedimentaria porosa, puede acumularse en la superficie. [1] Los componentes más ligeros del petróleo crudo se evaporan a la atmósfera, dejando atrás un asfalto negro y pegajoso. [1] Los pozos de alquitrán a menudo se excavan porque contienen grandes colecciones de fósiles. [1]
Los pozos de alquitrán se forman sobre las reservas de petróleo y estos depósitos se encuentran a menudo en trampas anticlinales . De hecho, alrededor del 80 por ciento del petróleo encontrado en la Tierra se ha encontrado en trampas anticlinales. [2] Los anticlinales son pliegues en capas estratigráficas en las que cada mitad del pliegue se aleja de la cresta. Estas estructuras generalmente se desarrollan sobre fallas inversas o en regiones tectónicas donde la tierra se dobla y pliega. Si la estructura sobre el pliegue cóncavo hacia abajo (arco) es una roca no porosa o un acuitardo , como el esquisto , se considera una trampa anticlinal. [2] La figura en esta sección es un diagrama de sección transversal de dibujos animados que muestra petróleo atrapado en una trampa anticlinal. Si hay una falla o fractura en los estratos suprayacentes sobre la reserva de petróleo, el petróleo puede migrar a la superficie. Esto es posible por la franja capilar y porque el petróleo es menos denso que el agua. [3]
Los pozos de alquitrán son charcos de asfalto. Sin embargo, al principio de su formación, no siempre fueron pegajosos y densos. Los charcos estaban compuestos de petróleo crudo que se originó debajo de la superficie de la Tierra. El petróleo crudo es una mezcla de compuestos heteroatómicos , hidrocarburos , metales y compuestos inorgánicos . [4] Los compuestos heteroatómicos son moléculas orgánicas que contienen elementos que no son carbono o hidrógeno, mientras que los hidrocarburos contienen solo carbono e hidrógeno. [4] El petróleo crudo es menos viscoso que el asfalto porque contiene un mayor porcentaje de hidrocarburos ligeros. [5] Los hidrocarburos ligeros incluyen los siguientes alcanos : metano , etano , propano y butano . [6] Estas moléculas tienen pesos moleculares muy bajos . Los petróleos crudos también pueden contener algunas impurezas inorgánicas, como CO 2 , H 2 S, N 2 y O 2 . [6] En la superficie, estas moléculas ligeras pueden evaporarse del petróleo crudo, dejando atrás las moléculas más pesadas y pegajosas. El asfalto, o betún, generalmente contiene cadenas de moléculas de hidrocarburos con más de 50 átomos de carbono. [5] Cuanto más larga sea la cadena de hidrocarburos, más viscosa se vuelve y aumenta el punto de ebullición. [5]
La evaporación es un proceso importante en la formación de pozos de alquitrán. Un depósito de petróleo crudo ligero en la superficie de la Tierra puede reducirse hasta en un 75% de su volumen inicial en tan solo unos días, formándose asfalto como producto resultante. En el caso de los petróleos crudos medianos, el volumen puede reducirse en un 40%. [7] Los petróleos crudos se evaporarán de forma diferente según su composición química. [4] La composición media de una muestra de betún en peso es de 80,2% de carbono, 7,5% de hidrógeno, 7,6% de oxígeno, 1,7% de nitrógeno y 3,0% de azufre. [2]
Los pozos de alquitrán de La Brea se encuentran en Los Ángeles . El petróleo que se ve en la superficie proviene del yacimiento del yacimiento petrolífero de Salt Lake y de las arenas petrolíferas de las formaciones Repetto y Pico . [8] Estos depósitos de petróleo se formaron durante la época del Mioceno, cuando los organismos del plancton marino se acumularon en una cuenca oceánica. [9] Con el tiempo, los sedimentos enterraron a los organismos de 300 a 1000 metros por debajo de la superficie de la Tierra, sometiéndolos a altas presiones. Este proceso convirtió la materia orgánica en petróleo. La falla de la calle 6 que atraviesa el yacimiento petrolífero de Salt Lake es el conducto que alimenta los pozos de alquitrán de La Brea. [8] El petróleo migró a la superficie con el tiempo, atrapando y preservando animales y plantas durante los últimos 50.000 años. [9]
Los pozos de alquitrán de Carpinteria se encuentran en el parque Tar Pits Park en Carpinteria, California. Se predijo que estos pozos de alquitrán se formaron durante el Pleistoceno. Durante un proyecto de excavación, se recuperaron 25 especies de plantas junto con 55 especies de aves y 26 especies de mamíferos. [10] Los manantiales de alquitrán aún rezuman a la superficie a través de fracturas en las capas estratigráficas subyacentes de esquisto marino. [10]
El lago de asfalto Binagadi se encuentra en Azerbaiyán , o en el Cáucaso, una región entre el mar Negro y el mar Caspio . Este pozo de alquitrán es conocido por preservar las cabezas y los cuerpos de múltiples leones cavernarios , un mamífero que floreció en el Pleistoceno . [11] También se encontró un cráneo de caballo bien conservado en el lago de asfalto Binagadi. Se estima que tiene entre 96 y 120 mil años. Está en exhibición en el Museo Histórico Natural de Azerbaiyán en Bakú , Azerbaiyán . [12]
El lago Pitch, en Trinidad y Tobago , es una gran depresión con forma de cuenco llena de betún. El lago tiene una profundidad máxima de 250 pies y una superficie de 100 acres, lo que lo convierte en el mayor depósito de betún sólido de la Tierra. [13] El lago es frío y denso cerca de las orillas, y tiene una capa superior sobre la que se puede caminar. Debajo de esta capa, el asfalto se agita continuamente. El lago se vuelve gradualmente más blando y más caliente cerca del centro, donde el betún comienza a burbujear. El gas que se libera en el medio del lago es principalmente metano y una gran cantidad de dióxido de carbono. [14]
El lago Pitch se formó hace miles de años en presencia de actividad tectónica. El movimiento a lo largo de una falla creó una fractura que conectó con un depósito de petróleo y gas en las profundidades de la corteza. El petróleo y el gas se filtraron hacia la superficie de la Tierra a través de la fractura con el tiempo, creando el lago Pitch. Debido a esta constante reposición de petróleo y gas, el lago tiene una ligera corriente. La corriente pasa casi desapercibida porque la capa superior del lago Pitch es en su mayor parte sólida. [13]
Los pozos de alquitrán son característicos de sus numerosos fósiles. Esto se debe a que el asfalto espeso y pegajoso atrapa a los animales. [15] Una vez que los animales pisan el alquitrán, quedan inmovilizados y comienzan a hundirse inmediatamente si el asfalto está lo suficientemente caliente y pegajoso. Los depredadores que ven a estos animales indefensos generalmente avanzan hacia los pozos de alquitrán con la esperanza de atrapar su próxima comida. Como resultado, las presas generalmente se encuentran debajo del depredador durante los proyectos de excavación. [15]
Los huesos y las partes duras de los animales se conservan bien porque quedan enterrados rápidamente después de la muerte del organismo. Debajo de la superficie, las partes duras están envueltas en asfalto y protegidas de las variaciones climáticas como la lluvia, el viento o la nieve que pueden acelerar los procesos de erosión. El asfalto también carece de oxígeno y agua, por lo que los principales organismos de descomposición, como los hongos aeróbicos y las bacterias, están ausentes. [ cita requerida ]
En los pozos de alquitrán de La Brea se han recuperado más de un millón de huesos desde 1906. Se han identificado 231 especies de vertebrados, 234 especies de invertebrados y 159 especies de plantas. [9] El mamífero grande más frecuente encontrado en los pozos de alquitrán de La Brea es el lobo terrible , uno de los carnívoros prehistóricos más famosos que vivió durante el Pleistoceno . [16] También abundaban los fósiles de felinos dientes de sable y coyotes . [9] Constantemente se descubren fósiles adicionales a través de proyectos de excavación continuos. [9]
Se encontró vida en una muestra de asfalto natural de unos 28.000 años de antigüedad en los pozos de alquitrán de La Brea . [17] Se descubrieron cientos de nuevas especies de bacterias que tienen la capacidad de prosperar en entornos con poca o ninguna agua o aire. Contienen enzimas especiales que pueden descomponer los hidrocarburos y otros productos derivados del petróleo. [17] Se desconoce el origen de las bacterias en estos pozos de asfalto naturales, pero se cree que evolucionaron a partir de microorganismos del suelo preexistentes que sobrevivieron a un evento de filtración de asfalto hace miles de años. Los microorganismos del suelo tuvieron que adaptarse y sufrir cambios genéticos para ayudar a tolerar el nuevo y duro entorno, lo que finalmente dio lugar a nuevas especies bacterianas. [17]
En un estudio, las bacterias predominantes encontradas en los pozos de alquitrán de La Brea eran de la clase Gammaproteobacteria en el orden Chromatiales , más simplemente conocidas como bacterias púrpuras del azufre . [17] Las bacterias púrpuras del azufre no utilizan agua como agente reductor , por lo que no se produce oxígeno durante la respiración . En cambio, utilizan azufre en forma de sulfuros como agente reductor. Otras bacterias descubiertas en los pozos de alquitrán eran de la familia Rubrobacteraceae . Estas bacterias son conocidas por ser algunos de los organismos más resistentes a la radiación del planeta. [17]
Pitch Lake , otro pozo de asfalto en Trinidad y Tobago , también es un hábitat para comunidades microbianas de arqueas y bacterias. Se han encontrado microorganismos bacterianos de los órdenes Burkholderiales y Enterobacteriales viviendo en gotitas de agua del tamaño de microlitros recuperadas del lago. [18] Se informó que la biomasa en el lago Pitch Lake era de hasta 10 7 células por gramo de asfalto. [19] Muchos de estos microbios sobreviven con azufre, hierro, metano u otros hidrocarburos. [19] Se están realizando investigaciones en curso en Pitch Lake porque imita el entorno que se encuentra en la superficie de la luna más grande de Saturno , Titán . El descubrimiento de extremófilos en Pitch Lake proporciona una idea de las posibilidades de vida microbiana en los lagos de hidrocarburos que se encuentran en Titán. [19]
Los pozos de alquitrán se forman por el fraccionamiento del petróleo crudo en la superficie. Los hidrocarburos más ligeros del petróleo crudo, que incluyen metano (CH 4 ), etano (C 2 H 6 ) y propano (C 3 H 8 ), se evaporan, dejando atrás hidrocarburos más grandes que forman la composición química del asfalto. Esto es preocupante porque el metano, el etano y el propano son importantes gases de efecto invernadero y/o contaminantes fotoquímicos . [20] Los pozos de alquitrán de La Brea emiten alrededor de 500 kg de metano por día. [20] Las emisiones son más altas a lo largo de la falla de 6th Street, que es el conducto que alimenta los pozos de alquitrán con petróleo crudo de los sedimentos debajo de la superficie de la Tierra. [20] También se descubrió que el metano se está evaporando del suelo cercano, lo que afecta la fisiología de las hierbas nativas. Los pozos de alquitrán de La Brea tienen el flujo de gas natural más alto medido para cualquier zona de filtración terrestre en los Estados Unidos. [20] A escala global, las emisiones geológicas de CH4 y C2H6 estimadas a partir de la filtración de gas en rocas sedimentarias son del orden de 50-70 Tg/año y 2-4 Tg/año respectivamente. Estos valores son aproximadamente la mitad de las emisiones globales de CH4 y C2H6 provenientes de la combustión de combustibles fósiles antropogénicos , que son aproximadamente 100-150 Tg de CH4 / año y 6-8 Tg de C2H6 / año . [20] Estas emisiones de hidrocarburos pueden atribuirse a la biodegradación del petróleo y la metanogénesis dentro de los pozos de alquitrán. [20]
Al modelar los gases atmosféricos de efecto invernadero, se deben tener en cuenta las fuentes geológicas naturales de metano y otros hidrocarburos. No todas las fuentes de hidrocarburos en la atmósfera son resultado de emisiones antropogénicas. [20]
Las filtraciones de hidrocarburos en áreas urbanas o industrializadas presentan un riesgo geológico debido a la naturaleza explosiva de los hidrocarburos. El 24 de marzo de 1985, una bolsa de gas metano pasó a través de una pequeña abertura entre la losa del piso y las paredes de los cimientos de una tienda de ropa Ross en Los Ángeles , a solo una milla al norte de los pozos de alquitrán de La Brea. Esta bolsa de metano creó una explosión que hirió a 21 personas. [21] Este evento aumentó la conciencia sobre los peligros potenciales de las bolsas de metano y las filtraciones de hidrocarburos en el área. [21]
Los pozos de alquitrán son excelentes agentes conservantes y también tienen la capacidad de proporcionar datos de isótopos de carbono para árboles que han caído en el asfalto. Observar los datos de isótopos de carbono en árboles prehistóricos puede revelar información sobre las respuestas de las plantas a diferentes cantidades de dióxido de carbono en la paleoatmósfera . [22] Se recuperaron muestras de árboles Juniperus del Último Período Glacial de los pozos de alquitrán de La Brea, y revelaron que la relación de CO 2 intercelular y atmosférico era similar entre los árboles glaciares y modernos. Dado que la cantidad de dióxido de carbono durante el Último Período Glacial estaba entre 180 y 200 ppm (409,8 ppm en la actualidad), [23] había menos carbono disponible para la fotosíntesis . Los árboles Juniperus tuvieron que mejorar la absorción de CO 2 para sobrevivir en condiciones limitantes de carbono. Es probable que la conductancia estomática de los árboles y la demanda de CO 2 de los cloroplastos fueran mayores durante este período para aumentar su consumo de carbono. [22] Al pasar al siguiente Período Interglacial, la conductancia estomática de los árboles Juniperus y la demanda de CO2 de los cloroplastos disminuyeron como resultado de temperaturas más altas y mayores concentraciones de CO2 en la atmósfera. Esta respuesta a los niveles fluctuantes de carbono se observa en las plantas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, se observa una mayor conductancia estomática en las plantas C3 modernas cultivadas en entornos con bajo contenido de CO2. [ 22] También se plantea la hipótesis de que el clima más húmedo durante el Último Período Glacial puede haber aumentado la disponibilidad de nitrógeno para las plantas, lo que a su vez aumentó la concentración de nitrógeno en las hojas. Este cambio puede haber aumentado las capacidades fotosintéticas de los árboles Juniperus . [22]
En 1914 se recuperó el cuerpo de una mujer de los pozos de alquitrán de La Brea. Solo se conservaron el cráneo y partes del esqueleto, y se determinó que había muerto hace unos 9000 años. [24] Tenía entre 18 y 24 años cuando murió y medía entre 1,30 y 25 cm. [24] Este es el único caso registrado de restos humanos encontrados en pozos de alquitrán. [25]
Durante miles de años, los nativos americanos utilizaron el alquitrán de los pozos de alquitrán de La Brea como adhesivo y agente aglutinante. [1] Lo utilizaban como masilla impermeable para revestir sus barcos y cestas. Cuando los europeos llegaron a los pozos de alquitrán, comenzaron a extraer el alquitrán para fabricar material para techos en los pueblos cercanos. [1]