lunes, 5 de enero de 2015

¿De dónde viene el petróleo?

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Diagrama de un anticlinal por Pearson Scott Foresman
Donado a la fundación Wikimedia Foundation, disponible bajo la licencia de Dominio público vía Wikimedia Commons.
El origen del petróleo fue uno de esos debates académicos que se hacían como una curiosidad o entretenimiento. Dado que saber el origen del petróleo carecía de importancia económica, puesto que lo que importa es sacarlo, entender cómo o de dónde venía el petróleo era una cuestión pura de amor hacia la ciencia y no algo sustancial.

El consenso científico por mucho tiempo fue que el petróleo tenía un origen inorgánico, producto de las condiciones geológicas de una región, lo que implicaba que en unos países hubiera petróleo y en otros no. Sin embargo, a partir del siglo XIX comenzó a esparcirse un rumor de que el petróleo debía tener un origen biológico.

En la Francia del siglo XIX empezaron a surgir proponentes, principalmente geólogos, que apoyaban la idea de un origen biológico para el petróleo; incluso, Louis Pasteur llegó a afirmar que se trataba del producto de la actividad de los microorganismos sobre los cuerpos en descomposición. El geólogo suizo A. Jaccard en 1895 publicó un trabajo donde atribuía al petróleo un origen animal y realizó un recuento de las ideas sobre el petróleo, datando la primera noción semejante a 1801, por L. de Buch; también da cuenta que desde 1770, en Francia, existe un memorándum presentado a la Academia Real de Ciencias por M. Fougeroux de Bondaroy que atribuye al petróleo un origen vegetal, y que en 1865 el geólogo francés M. Lesquereux atribuyó concretamente el origen a algas marinas, particularmente las del género Fucus.

El mecanismo

En América del Norte comenzaron a realizarse estudios sobre el origen del petróleo. En el año 1863 el geólogo canadiense T. S. Hunt introdujo la idea de que el petróleo se acumula en las zonas antinclinales de la corteza terrestre, concepto que sigue siendo aplicado para la exploración en busca de petróleo. De acuerdo con Hunt, los restos de animales y plantas marinos microscópicos en condiciones similares a las cuales era posible producir carbón bituminoso a partir del lignito (carbón de turba comprimida en el que aún pueden reconocerse estructuras vegetales). En 1915, el geólogo petrolero estadunidense D. White mostró que existía una correlación en Pensilvania, Estados Unidos, entre la localización de las reservas de petróleo y las regiones abundantes en carbón.

Más avanzado el siglo XIX, la industria en desarrollo en Estados Unidos, Inglaterra, Francia y Alemania  logró producir un material similar al petróleo quemando rocas de lutita bituminosa ricas en materia orgánica a temperaturas oscilando entre los 400 y 500°C (el petróleo de esquistos bituminosos). Los geólogos comenzaron a especular sobre la posibilidad de que las altas temperaturas en el interior de la corteza terrestre, un fenómeno que conocían bien los mineros, la materia orgánica pudiera convertirse en petróleo de manera similar. Entre 1888 y 1912, el químico alemán C. Engler intentó probar que esto era posible a partir de conchas de bivalvos, aceite de ballena y pescados. Engler produjo sustancias semejantes al petróleo a partir de todo lo anterior. Las investigaciones prosiguieron en todo el mundo con resultados similares. Incluso se encontró que el petróleo variaba en su composición química dependiendo la edad geológica de la que proviniera, de modo que la idea de un origen orgánico sonaba cada vez más convincente.

¿El problema? Las temperaturas requeridas para que el proceso ocurriera se encontraban en la superficie terrestre solamente donde hay volcanes en erupción. Sin embargo, la asociación entre actividad volcánica y rocas sedimentarias no soportaba la idea. El consenso científico se inclinó al origen inorgánico a pesar de todo.

Pensado de manera científica, aún si se descubría un mecanismo mediante el cual fuera posible convertir la materia orgánica en petróleo, esto no significaría que el petróleo tuvo tal origen. Para poder establecer el origen del petróleo como orgánico o inorgánico, era necesario entender la naturaleza misma de los compuestos del petróleo. Si existía algún indicador innegable de que el petróleo contenía sustancias exclusivas de la materia orgánica, el mecanismo de formación tendría que ser investigado. Este enfoque fue el que utilizó el químico alemán Alfred E. Treibs, quien estudió varias muestras de petróleo y bitumen procedente de Alemania y Pensilvania, principalmente. Lo que descubrió en sus estudios fue la presencia de una metaloporfirina de vanadio.

Química comparada

La metaloporfirina es una compuesto formado por anillos de carbono con un grupo central de nitrógeno al que se asocia un metal. En el caso del petróleo, era vanadio (V), pero en el caso de las clorofilas, es magnesio (Mg). Esta estructura de las profirinas también se encuentra en la hemoglobina, asociada al hierro (Fe). Adicionalmente, existía una cantidad considerable de fitanos y pristanos, cadenas largas de hidrocarburos (con 20 y 19 carbonos, respectivamente) conocidas como isoprenoides. Los isoprenoides también son comunes en muchas moléculas de origen orgánico.

Treibs trabajó durante mucho tiempo como investigador en la Universidad Tecnológica de Múnich, donde llegó  a estudiar con Hans Fischer, químico orgánico laureado en 1930 con el Premio Nobel por haber descubierto la estructura química de las porfirinas, derivados del pirrol y que se encuentran en la hemoglobina, la bilirrubina y la clorofila. Treibs estaba muy familiarizado con este nuevo grupo para la química orgánica.

Cuando Treibs comparó la estructura de los compuestos del petróleo con los que se encontraban en la seres vivos no quedó duda de que el origen de esa vanadio-porfirina había procedido de clorofilas descompuestas. El trabajo publicado en 1934 titulado Clorofila y derivados hemo en rocas bituminosas, petróleo, ceras minerales y asfaltos se considera la base de la geoquímica orgánica moderna, el estudio de los compuestos orgánicos y sus modificaciones químicas a lo largo del tiempo geológico, y a Treibs como su fundador, al menos en la región occidental del globo.

Al dilucidar que el petróleo contenía evidencias de materia orgánica, una nueva controversia surgiría sobre el mecanismo: el hecho era que, haciéndole como uno quisiera, materia orgánica había dado lugar al petróleo.

La historia sobre los estudios de los mecanismos mediante los cuales la materia orgánica se convierte en petróleo con las temperaturas y presiones superficiales (en términos del globo terrestre como un todo) es materia para otro momento. Pero la investigación de Treibs sentó las bases para el estudio de los cambios químicos de las moléculas a través del tiempo geológico, que generarían posteriormente el estudio de la paleontología molecular.


Referencias

  • Durand, B. (2003) A History of Organic Geochemistry. Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP 58(2): 203-231.
  • Kvenvolden, K.V. (2008) Origins of organicgeohemistry. Organic Chemistry. 39(2008);905-909.
  • Treibs, A. (1934) Chlorophyll und Häminderivate in bituminösen Gesteinen, Erdölen, Erdwachsen und Asphalten. Ann. Chem., 510, 42-62.