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 en descomposición se somete a presión bajo tierra. Si este petróleo crudo se filtra hacia arriba a través de fracturas, conductos o capas de rocas sedimentarias porosas, puede acumularse en la superficie. [1] Los componentes más ligeros del petróleo crudo se evaporan a la atmósfera, dejando tras de sí 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 encima de las reservas de petróleo y estos depósitos a menudo se encuentran en trampas anticlinales . De hecho, alrededor del 80 por ciento del petróleo que se encuentra en la Tierra se ha encontrado en trampas anticlinales. [2] Los anticlinales son pliegues en capas estratigráficas en los que cada mitad del pliegue se aleja de la cresta. Estas estructuras suelen desarrollarse sobre fallas de cabalgamiento o en regiones tectónicas donde el terreno se dobla y se pliega. Si la estructura sobre el pliegue cóncavo hacia abajo (arco) es una roca no porosa o acuitardo , como esquisto , se considera una trampa anticlinal. [2] La figura de esta sección es un diagrama de sección transversal de dibujos animados que muestra el 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 gracias a la franja capilar y porque el aceite es menos denso que el agua. [3]
Los pozos de alquitrán son charcos de asfalto. Sin embargo, al comienzo de su formación, no siempre eran pegajosos y densos. Los charcos estaban compuestos de petróleo crudo que se originaba debajo de la superficie de la Tierra. El petróleo crudo es una mezcla de compuestos heteroátomos , hidrocarburos , metales y compuestos inorgánicos . [4] Los compuestos de heteroátomos son moléculas orgánicas que contienen elementos que no son carbono ni 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 suele contener cadenas de moléculas de hidrocarburos con más de 50 átomos de carbono. [5] Cuanto más larga es 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. Una reserva de crudo ligero en la superficie de la Tierra puede reducirse hasta un 75% del volumen inicial en pocos días, formando asfalto como producto resultante. Para crudos medianos, el volumen podrá reducirse en un 40%. [7] Los petróleos crudos se evaporarán de manera diferente dependiendo de su composición química. [4] La composición promedio de una muestra de betún en peso es 80,2% de carbono, 7,5% de hidrógeno, 7,6% de oxígeno, 1,7% de nitrógeno y 3,0% de azufre. [2]
Los La Brea Tar Pits están ubicados en Los Ángeles . El petróleo que se ve en la superficie proviene del yacimiento del campo petrolífero de Salt Lake y de las arenas bituminosas de las formaciones Repetto y Pico . [8] Estos depósitos de petróleo se formaron durante la época del Mioceno cuando los organismos de plancton marino se acumularon en una cuenca oceánica. [9] Con el tiempo, los sedimentos enterraron a los organismos entre 300 y 1000 metros debajo de la superficie de la Tierra, sometiéndolos a altas presiones. Este proceso convirtió la materia orgánica en aceite. La falla de la calle 6 que atraviesa el campo petrolífero de Salt Lake es el conducto que alimenta La Brea Tar Pits. [8] El petróleo migró a la superficie con el tiempo, atrapando y preservando animales y plantas durante los últimos 50.000 años. [9]
Los Carpinteria Tar Pits están ubicados en 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] Manantiales de alquitrán todavía 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 cuerpos de múltiples leones de las cavernas , un mamífero que floreció en el Pleistoceno . [11] También se encontró un cráneo de caballo bien conservado en el lago asfaltado de 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]
Pitch Lake en Trinidad y Tobago es una gran depresión en forma de cuenco llena de betún. El lago tiene una profundidad máxima de 250 pies con un área de 100 acres, lo que lo convierte en el depósito de betún sólido más grande 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 piel, el asfalto se agita continuamente. El lago se vuelve gradualmente más suave y más caliente cerca del centro donde el betún comienza a burbujear. El gas que se libera en medio del lago es en gran parte metano y una gran cantidad de dióxido de carbono. [14]
Pitch Lake se formó hace miles de años en presencia de actividad tectónica. El movimiento a lo largo de una falla creó una fractura que aprovechó un depósito de petróleo y gas en lo profundo 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 Pitch Lake. Debido a esta constante reposición de petróleo y gas, el lago tiene una ligera corriente. La corriente pasa prácticamente desapercibida porque la capa superior del lago Pitch es mayoritariamente sólida. [13]
Los pozos de alquitrán son característicos por sus numerosos fósiles. Esto se debe a que el asfalto espeso y pegajoso atrapa a los animales. [15] Una vez que los animales entran en 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 normalmente avanzan hacia los pozos de alquitrán con la esperanza de capturar su próxima comida. Como resultado, las presas suelen encontrarse debajo del depredador durante los proyectos de excavación. [15]
Los huesos y las partes duras de los animales están bien conservados porque se entierran rápidamente tras la muerte del organismo. Debajo de la superficie, las partes duras están recubiertas de asfalto y quedan 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 no existen importantes organismos descomponedores como hongos aeróbicos y bacterias. [ cita necesaria ]
En La Brea Tar Pits 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 que se encuentra en La Brea Tar Pits es el lobo terrible , uno de los carnívoros prehistóricos más famosos que vivió durante el Pleistoceno . [16] También abundaban los fósiles de gatos con dientes de sable y coyotes . [9] Constantemente se descubren fósiles adicionales a través de proyectos de excavación continuos. [9]
Se encontró vida en un ca. Muestra de asfalto natural de 28.000 años de antigüedad en La Brea Tar Pits . [17] Se descubrieron cientos de nuevas especies de bacterias que tienen la capacidad de prosperar en ambientes 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 origen a nuevas especies bacterianas. [17]
En un estudio, las bacterias predominantes encontradas en La Brea Tar Pits eran de la clase Gammaproteobacteria del orden Chromatiales , más simplemente conocidas como bacterias de azufre púrpura . [17] Las bacterias de azufre púrpura no utilizan agua como agente reductor , por lo que no se produce oxígeno durante la respiración . En su lugar, 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 , es también un hábitat para comunidades microbianas de arqueas y bacterias. Se han encontrado microorganismos bacterianos de los órdenes Burkholderiales y Enterobacteriales viviendo en gotas de agua del tamaño de un microlitro 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 información sobre las posibilidades de vida microbiana en los lagos de hidrocarburos que se encuentran en Titán. [19]
Los pozos de alquitrán se forman mediante 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 hidrocarburos más grandes que forman la composición química del asfalto. Esto es preocupante porque el metano, el etano y el propano son los principales 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 las más altas a lo largo de la falla de la calle 6, 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, afectando la fisiología de los pastos nativos. Los pozos de alquitrán de La Brea tienen el mayor flujo de gas natural medido en cualquier zona de filtración terrestre en los Estados Unidos. [20] A escala global, las estimaciones de emisiones geológicas de CH 4 y C 2 H 6 procedentes de filtraciones de gas en rocas sedimentarias son del orden de 50-70 Tg/año y 2-4 Tg/año respectivamente. Estos valores representan aproximadamente la mitad de las emisiones globales de CH 4 y C 2 H 6 procedentes de la quema antropogénica de combustibles fósiles , que son aproximadamente 100-150 Tg CH 4 /año y 6-8 Tg C 2 H 6 /año. [20] Estas emisiones de hidrocarburos pueden contribuir a la biodegradación y metanogénesis del petróleo dentro de los pozos de alquitrán. [20]
Al modelar los gases de efecto invernadero atmosféricos se deben considerar las fuentes geológicas naturales de metano y otros hidrocarburos. No todas las fuentes de hidrocarburos en la atmósfera son resultado de emisiones antropogénicas. [20]
La filtración de hidrocarburos en áreas urbanas o industrializadas presenta un peligro 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 departamental de ropa Ross en Los Ángeles , a sólo una milla al norte de La Brea Tar Pits. 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 los árboles que han caído al asfalto. La observación de 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 de Juniperus del último período glacial de La Brea Tar Pits y revelaron que la proporción de CO 2 intercelular y atmosférico era similar entre los árboles glaciales y modernos. Dado que la cantidad de dióxido de carbono durante el Último Período Glacial estuvo entre 180 y 200 ppm (409,8 ppm en la actualidad), [23] había menos carbono disponible para la fotosíntesis . Los árboles de 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 de Juniperus y la demanda de CO 2 de cloroplastos disminuyeron como resultado de temperaturas más altas y concentraciones de CO 2 más altas en la atmósfera. Esta respuesta a los niveles fluctuantes de carbono se observa en las plantas con el tiempo. Por ejemplo, se observa una mayor conductancia estomática en plantas C3 modernas cultivadas en ambientes bajos en 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 por lo tanto aumentó la concentración de nitrógeno en las hojas. Este cambio puede haber aumentado la capacidad fotosintética de los árboles de Juniperus . [22]
El cuerpo de una mujer fue recuperado de La Brea Tar Pits en 1914. Sólo se conservaron el cráneo y partes del esqueleto, y se determinó que había muerto hace unos 9.000 años. [24] Tenía entre 18 y 24 años al momento de su muerte y medía entre 4 pies y 8 a 10 pulgadas de alto. [24] Este es el único caso reportado de restos humanos encontrados dentro de pozos de alquitrán. [25]
Durante miles de años, los nativos americanos utilizaron el alquitrán de La Brea Tar Pits como adhesivo y aglutinante. [1] Lo usarían como calafateo impermeable para revestir sus botes y cestas. Cuando los occidentales llegaron a los pozos de alquitrán, comenzaron a minar y extraer el alquitrán para material para techos en las ciudades cercanas. [1]