PRINCIPALES TEORIAS QUE EXPLICAN EL ORIGEN DEL PETROLEOTeoría Inorgánica

Según los trabajos de Berthelot (1866), Mendeleiev (1897), Moissan (1902), la formación de los aceites minerales se deberían a la descomposición de carburos metálicos por la acción del agua. Las aguas de infiltración, en contacto con los carburos metálicos contenidos en las profundidades del suelo, darían hidrocarburos acetilénicos de cadena corta, que se transformarían en hidrocarburos saturados, cada vez más complejos, polimerización y condensación.

Así es como una hipótesis, emitida por Sabatier y Senderens, hace intervenir una reacción catalítica con fijación de hidrógeno, en presencia de metales como el níquel, en estado muy dividido.

Algunos geólogos han pensado vincular la formación de aceites minerales a fenómenos volcánicos: en efecto, los restos de terrenos eruptivos a menudo contienen hidrocarburos, y el azufre, producto volcánico por excelencia, constituye casi constantemente las tierras petrolíferas. Se comprueba también, en el curso de las erupciones, un desarrollo de hidrocarburos gaseosos que podrían polimerizarse en el curso de los fenómenos posvolcánicos. Pero esta Hipótesis no encara la posibilidad de descomposición de los petróleos a la temperatura de las bocas de erosión es muy elevado, y aunque se ha verificado en algunos yacimientos (Caúcaso, Rumanía, Galitzia), no ha sucedido lo mismo en las regiones petrolíferas del Canadá, Texas y Rusia del Norte.

Teoría Orgánica

Según el naturalista Alemán Hunt, los petróleos se habrían formado en el curso de los siglos por descomposición de plantas y de animales marinos. En apoyo de esta hipótesis se invoca generalmente la presencia de tal gema y restos orgánicos en los sondajes petrolíferos. La destilación bajo presión del aceite de hígado de Bacalao o de cuerpos grasos provenientes de animales marinos mostraría, según el químico Egler, que los petróleos se originan por la acción del calor central, ejercido bajo fuertes presiones, sobre los cadáveres fósiles de esos animales.

Apoyaría la hipótesis del origen animal de estos aceites el poder rotatorio que posee la mayor parte de ellos, que probablemente se debe a la presencia de colesterina. Desgraciadamente, los yacimientos de petróleo se encuentran en terrenos antiguos donde la geología nos enseña que la vida se hallaba muy poco desarrollada.

Teoría Microorgánica

Sería muy posible que la génesis de los petróleos derivasen, al menos en parte, de formas animales y vegetales de organización muy primitiva como las algas, diatomeas, los protozoarios (foraminíferas). La descomposición por el agua del plancton marino, y sobre el Faulschlamn, de las profundidades constituido por plantas y animales microscópicos, podría proporcionar petróleo en ciertas condiciones. Lo que parece confirmar esta idea es la coexistencia de antiguas líneas costeras o de formaciones marinas, con ciertos yacimientos.

En la actualidad se da más crédito a la hipótesis orgánica para explicar la enorme cantidad de sustancias madres necesarias para la producción de miles de millones de petróleo extraídas hasta el presente, a sido menester como en cierta época, un hundimiento o una brusca modificación de las condiciones de vida que provoco la muerte de numerosos animales marinos. Para el químico marino Mrazec, no sería extraña a la transformación de los restos orgánicos, una acción microbiana anaerobia, y el biólogo francés Laigret a demostrado que el bacillus Perfringens puede producir fermentaciones, dando metano y hidrocarburos análogos a los petróleos.

Teoría Convencionalmente aceptada

La composición química del petróleo (con 95 a 99 por ciento de carbono o hidrogeno) no implica forzosamente un origen orgánico. No obstante, generalmente se le considera así por dos razones:

1.- El petróleo tiene ciertas propiedades ópticas.

2.- El petróleo contiene nitrógeno y ciertos compuestos (porfirinas) que únicamente pueden proceder de materiales orgánicos.

Por otra parte, el petróleo casi siempre se encuentra en rocas sedimentarias marinas. En efecto el muestreo realizado en algunos del fondo de los mares sobre las plataformas continentales ha revelado que los sedimentados de grano fino que están acumulándose hoy día contienen hasta 7 por ciento de materia orgánica que es potencialmente apta desde el punto de vista químico para transformarse en petróleo. En este hecho vemos una aplicación mas del principio de uniformidad.

Aunque las etapas de formación del petróleo apenas si se conocen, la teoría que se expone a continuación esta ampliamente difundida y apoyada por superficies hechas como para estar, al menos un tanto cerca de la verdad.

La materia original consiste en organismos marinos simples, principalmente plantas que viven en abundancia en la superficie y cerca de la misma. Ciertamente no falta tal material: la observación y las medidas practicadas indican que el mar producen cuando menos 400 kilogramos de materia proteica por hectárea cada año y en las aguas más productivas cerca de la orilla crecen hasta 2.5 toneladas por hectárea al año. Esta ultima cifra representa mas de lo que podría cosechar el rancho o la granja más productiva.

La materia orgánica se acumula en el fondo, sobre todo en cuencas donde el agua está estancadas y es pobre en oxigeno y en consecuencia los animales necrófagos no devoran la sustancia orgánica ni esta se destruye por oxidación. En cambio sufre el ataque y la descomposición por bacterias, que separan y eliminan el oxigeno, nitrógeno y otros elementos, dejando el carbono y el hidrogeno residuales. Los sedimentos ricos en materia orgánica actualmente en proceso de acumulación, están llenos de bacterias.

Al sepultarse profundamente bajo sedimentos más finos que se depositan posteriormente, se destruyen las bacterias y se aportan presión, calor y tiempo para que puedan verificarse los cambios químicos posteriores que convierten las sustancia orgánica en gotitas de petróleo liquido y en minúsculas burbujas de gas.

La compactación gradual de los sedimentos que las contienen a consecuencia de su peso cada vez mayor, reduce el espacio entre las partículas de roca y expulsa el petróleo y gas hacia las capas cercanas de arena o arenisca, donde los poros son más grandes.

Ayudados por su menor peso especifico que les permite flotar y quizá por la circulación de las aguas subterráneas, el aceite y el gas generalmente se mueven hacia arriba a través de la arena hasta que alcanza la superficie se disipan o bien, hasta que se detiene y acumulan una trampa y forman un yacimiento.

2.2 EL CICLO DELCARBON

El ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico por el cual el carbono se intercambia

entre labiosfera, la litosfera, lahidrosfera y la atmósfera de la Tierra. Los conocimientos

sobre esta circulación de carbono posibilitan apreciar la intervención humana en el clima y

sus efectos sobre el cambio climático. 

El carbono (C) es el cuarto elemento más abundante en el Universo, después del

hidrógeno, el helio y el oxígeno (O). Es el pilar de la vida que conocemos. Existen

básicamente dos formas de carbono: orgánica (presente en los organismos vivos y

muertos, y en los descompuestos) y otra inorgánica, presente en las rocas.

En el planeta Tierra, el carbono circula a través de los océanos, de la atmósfera y de la

superficie y el interior terrestre, en un gran ciclo biogeoquímico. Este ciclo puede ser

dividido en dos: el ciclo lento o geológico y el ciclo rápido o biológico.

Suele considerarse que este ciclo está constituido por cuatro reservorios principales de

carbono interconectados por rutas de intercambio. Los reservorios son la atmósfera, la

biosfera terrestre (que, por lo general, incluye sistemas de agua dulce y material orgánico

no vivo, como el carbono del suelo), los océanos (que incluyen el carbono inorgánico

disuelto, los organismos marítimos y la materia no viva), y los sedimentos (que incluyen

los combustibles fósiles). Los movimientos anuales de carbono entre reservorios ocurren

debido a varios procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano contiene el

fondo activo más grande de carbono cerca de la superficie de la Tierra, pero la parte del

océano profundo no se intercambia rápidamente con la atmósfera.

El balance global es el equilibrio entre intercambios (ingresos y pérdidas) de carbono

entre los reservorios o entre una ruta del ciclo específica (por ejemplo, atmósfera -

biosfera). Un examen del balance de carbono de un fondo o reservorio puede

proporcionar información sobre si funcionan como una fuente o un almacén para el

dióxido de carbono. 

EL PAPEL DE LOS ORGANISMOS DESCOMPONEDORES

El ciclo del carbono queda completado gracias a los organismos descomponedores, los

cuales llevan a cabo el proceso de mineralizar y descomponer los restos orgánicos,

cadáveres, excrementos, etc. Además de la actividad que llevan a cabo los reino vegetal y

animal en el ciclo del carbono, también entra dentro de éste el carbono liberado mediante

la putrefacción y la combustión.

CÓMO SE DISTRIBUYEN LOS RECURSOS DE CARBONO

Como ya se dijo, los océanos contienen el 71% de los recursos de carbono de la Tierra en

forma de carbonatos y bicarbonatos; un 3% en el fitoplancton y la materia orgánica

muerta; otro 3% en los bosques; un 1% se utiliza en la fotosíntesis, y se encuentra

circulando en la atmósfera; el 22% restante permanece fuera del ciclo en forma de

combustibles fósiles y depósitos calizos.

Actualmente, la

combustión de los

combustibles

fósiles a la vez que se

destruyen bosques más

rápidamente que

se regeneran,

provoca que se

incremente el dióxido de

carbono emitido a la

atmósfera; el resultado es

el conocido efecto

invernadero, que

podría alterar el clima mundial en las próximas décadas.

CICLO DEL CARBONO

1-Dióxido de carbono en la atmósfera, 2-Fábricas/centrales térmicas, 3-Depósito calizo, 4-

Respiración de las raíces, 5-Descomposición, 6-Depósito de combustibles fósiles (carbón,

petróleo, gas natural...), 7-Emisión del suelo y respiración de los organismos, 8-

Respiración de los animales, 9-Respiración de las plantas, 10-Asimilación por las plantas,

11-Respiración de las algas y animales acuáticos, 12-Fotosíntesis de las algas,13-Restos

vegetales.

sobre grandes escalas de tiempo. Por ejemplo, sobre millones de años, el desgaste de las rocas en tierra puede añadir carbón al agua superficial, que puede entonces arrastrarlo hasta el océano. El carbón puede ser removido del agua salada sobre grandes escalas de tiempo cuando las conchas y huesos de los animales marinos y plancton lo colectan en el fondo del mar. Estas conchas y huesos están hechos de caliza, que contiene carbón. Cuando se depositan en el fondo marino, el carbón es almacenado fuera del ciclo del carbón por grandes períodos de tiempo. La cantidad de caliza depositada en el océano depende de alguna manera de la cantidad de océanos poco profundos, tropicales y cálidos del planeta, porque ahí es donde proliferan los organismos que producen calizas, como los corales. El carbón puede ser liberado de regreso a la atmósfera si la caliza se derrite o si sufre una metamorfosis en una zona de subducción. 

2.3 Origen, Acumulación y Preservación de la Materia Orgánica

Para que en un área se den las condiciones necesarias para que exista acumulación de hidrocarburos se tienen que dar una serie de elementos que vamos a ir explicando:       -Un sistema de carga que comprende la generación de una roca madre y la expulsión de los fluidos (migración primaria), y una migración secundaria.       -Formaciones almacén capaces de almacenar el petróleo y permitir la extracción comercial.       -Sello original o roca cobertera.       -Trampas donde se concentra el petróleo permitiendo su extracción comercial.El origen del petróleo se deriva de la materia orgánica enterrada en las rocas sedimentarias. Los hidrocarburos son un estadio de transición en el ciclo del carbono. El ciclo del carbono se inicia con la fotosíntesis de las plantas y algas marinas mediante la cual convierten el CO2 (monóxido de carbono) atmosférico y contenido en el agua del mar en C (carbono) y O (oxígeno) usando la energía proporcionada por la luz del sol. El CO2es reciclado de diferentes maneras: respiración de plantas y animales, descomposición bacteriana y oxidación natural de la materia orgánica muerta y combustión de los combustibles fósiles. Sin embargo una parte del carbono se escapa a este ciclo al depositarse en medios donde la oxidación a CO2 no puede producirse. La proporción de la materia orgánica enterrada en los sedimentos es muy pequeña respecto al total de la producida (menos del 1%).Las condiciones de anoxia (falta de oxígeno) son un factor determinante en la preservación de la materia orgánica en los sedimentos. Para la predicción de la roca madre un primer paso sería donde se produjeron condiciones de anoxia en el pasado geológico. Los principales ambientes de sedimentación de las rocas madre son los lagos, deltas y cuencas marinas.El petróleo es una mezcla de compuestos hidrocarburados y de otros compuestos que contienen cantidades importantes de N (nitrógeno), S (azufre) y O en menor proporción. Existe una línea límite en el número de carbonos entre el gas y el crudo, este límite

corresponde a 4 carbonos. El refinado del crudo permite obtener por destilación o fraccionamiento (calentamiento) los productos deseados.

El orden es el siguiente: Gasolina y nafta (4-10 Carbonos), keroseno y petróleo para la iluminación (11-13 C), gasoils ligeros y diesel (14-18 C), gases pesados y gas oil de calefacción (19-25 C), lubricantes y fuel oil ligeros (26-40 C), aceites residuales y fuel oil pesados (más de 40).Transformación de la Materia Orgánica en PetróleoLa materia orgánica dispersa en los sedimentos tiende al equilibrio pasando de biopolímeros a geopolimeros (o kerógeno) a través de fraccionamiento, destrucción parcial y reagrupamiento de los componentes elementales de las macromoléculas. Se pueden distinguir tres etapas:       -Degradación bioquímicaLa etapa de degradación bioquímica se inicia con la acción bacteriana sobre la materia orgánica. Este proceso se realiza a través de la respiración en condiciones aerobias o por fermentación o fermentación en condiciones anaerobias (sin oxígeno).       -PolicondensaciónMuchas de las moléculas presentes en los organismos muertos son muy reactivas químicamente y espontáneamente reaccionan entre si para dar otro tipo de polímeros con estructuras al azar, estos son los geopolimeros.       -InsolubilizaciónLa última etapa en la que hay una mayor policondensación y reordenamiento molecular.El resultado de estas tres etapas (degradación, policondensación e insolubilización) es un policondensado insoluble en álcalis (compuestos de pH básico), llamada húmin, con una estructura análoga al kerógeno, del que se diferencia en que una parte del húmin es hidrolizable. El kerógeno es el húmin desmineralizado.El kerógeno es la fracción orgánica contenida en las rocas sedimentarias que es insoluble en disolventes orgánicos. Bajo condiciones de presión y temperatura, el kerógeno empieza aser inestable y se produce reagrupamiento en su estructura con objeto de mantener el equilibrio termodinámico. La generación de petróleo es pues una consecuencia natural del ajuste del kerógeno a condiciones de incremento de temperatura y presión.Migración, Almacén y SelloUna vez formados los hidrocarburos estos tienen que migrar, es decir desplazarse desde la roca madre a través de formaciones porosas y permeables, hasta los lugares de acumulación(almacenes) y posteriormente hasta aquellos lugares donde quedan atrapados(trampas). La migración primaria es el desplazamiento desde la roca madre a otros puntos (llamados "carrier bed"). La migración secundaria concentra el petróleo en lugares específicos (trampas) de donde se extra comercialmente. La diferencia entre estas dos migraciones son las condiciones de porosidad, permeabilidad y distribución de los tamaños de los poros de los poros de la roca en la cual se produce la migración.Como hemos dicho el hidrocarburo se acumula en el llamado almacén. Conocer las características de porosidad y permeabilidad permite evaluar las reservas de un yacimiento y la viabilidad económica de su puesta en producción.Otro factor que influye en la presencia de hidrocarburos son las rocas cobertera o sello.

Son uno de los elementos básicos en la prospección de hidrocarburos. La naturaleza de las rocas cobertera determina no solo la eficacia de la trampa, sino que también influye las vías de migración del petróleo desde la roca madre. La continuidad lateral, regional de las rocas cobertera determina de modo claro, si la migración se produce fundamentalmente en la vertical u horizontal.TrampaFinalmente el último requisito en la prospección de hidrocarburos es la existencia de trampas. Una trampa representa la localización de un obstáculo en el subsuelo que impide la migración del petróleo a la superficie y origina por tanto acumulaciones locales de petróleo. Se han clasificado las trampas en: 1.-Estructurales originadas por procesos tectónicos, diápiricos, gravitacionales y procesos de compactación. 2.-Estratigráficas, aquellas que tienen que ver con la geometría sedimentaria. 3.-Hidrodinámicas, originadas por el flujo del agua a través del almacén.

2.4 Características Físicas y Químicas Biológicas de las Rocas Generadoras

El petróleo es una mezcla de hidrocarburos que se encuentra en la naturaleza ya sea en estado sólido, líquido o gaseoso. Estas tres fases del petróleo puede transformarse una en otra, sometiéndolas a cambios moderados de temperatura o presión. Algunos de los constituyentes del petróleo son sólidos a las temperaturas ordinarias de la tierra, pero la aplicación del calor para producir una pequeña elevación de la temperatura hará que tomen la forma liquida, aumentando el calentamiento hasta el punto de ebullición se convertirán en gases y vapores. Otros componentes son vapores de la temperatura ordinaria, pero la presión de la tierra que naturalmente se desarrolla dentro de las rocas que los contienen hará que los condense formando líquidos. Si se elimina esta presión se permitirá que el liquido vaporice nuevamente, siempre que no haya cambios en la temperatura. El petróleo liquido puede también convertirse al estado sólido o gaseoso por evaporación, formando gases o vapores las fracciones mas ligeras y volátiles y solidificándose las fracciones mas pesadas. Las formas sólidas y gaseosas son solubles en las formas liquidas los cambios líquidos tales como la oxidación del petróleo liquido pueden también ser motivo de solidificación. En la naturaleza todas las variantes desde formas sólidas duras y quebradizas pasando por sustancias suaves y sedosas, semisólidos viscosas, líquidos pesados y viscosos, líquidos ligeros y volátiles de consistencia similar al agua, vapor y densos a ligeros, y gases casi inconfensables, pueden encontrarse asociados en una sola región al ocurrir cambios de presión temperatura y otros físicos o químicos, habrá un reajuste continuo entres las diferentes fases o las mezclas de hidrocarburo.