Voedingsrijke as van een enorme opflakkering van vulkaanuitbarstingen tegen het einde van het bewind van de dinosauriërs leidde tot een reeks gebeurtenissen die leidden tot de vorming van schaliegas- en olievelden van Texas tot Montana.

Dat is de conclusie van een nieuwe studie door geologen van Rice University die deze week verschijnt in het online tijdschrift van Nature Publishing Wetenschappelijke rapporten .

"Een van de dingen aan deze schalieafzettingen is dat ze in bepaalde perioden in de geschiedenis van de aarde voorkomen, en een daarvan is het Krijt, dat is rond de tijd van de dinosaurussen, " zei hoofdauteur Cin-Ty Lee van de studie, professor en voorzitter van Rice's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschappen. "Dit was ongeveer 90 miljoen tot 100 miljoen jaar geleden, dat is ongeveer dezelfde tijd als een enorme opflakkering van boogvulkanen langs wat tegenwoordig de Pacifische rand van het westen van de Verenigde Staten is."

Vooruitgang in horizontaal boren en hydraulisch breken in de afgelopen 20 jaar heeft geleid tot een Amerikaanse energieboom in "onconventionele, " een categorie die het schaliegas en de "strakke" olie omvat die worden aangetroffen in schalievelden zoals de Krijt Eagle Ford en Mowry en oudere zoals de Barnett en Bakken.

"Deze soorten aardgas en olie bevinden zich in kleine, kleine poriën die variëren van een paar miljoenste van een meter in diameter tot een paar duizendsten van een meter, " zei Lee. "De afzettingen bevinden zich in smalle banden die alleen toegankelijk zijn met horizontaal boren, en de olie en het gas zitten opgesloten in deze kleine zakjes en zijn alleen beschikbaar met technieken zoals hydrofracturering."

Lee zei dat er altijd aanwijzingen zijn geweest voor een verband tussen oude vulkaanuitbarstingen en onconventionele schaliekoolwaterstoffen. Tijdens excursies naar West-Texas, hij en Rice-studenten zagen honderden aslagen in blootgestelde rotsen die dateerden uit het Krijt, toen een groot deel van het westen van Noord-Amerika onder een ondiepe oceaan lag.

Een van deze reizen vond plaats in 2014 terwijl collega's van Lee en Rice ook bestudeerden hoe een opflakkering van boogvulkanen uit het Krijt langs de rand van de Stille Oceaan het klimaat op aarde had beïnvloed door een verhoogde vulkanische productie van koolstofdioxide.

"We hadden eerder aslagen gezien, maar op deze site konden we zien dat het er veel waren, en dat zette ons aan het denken, " zei Lee. Lee, afgestudeerde student Hehe Jiang en Rice studenten Elli Ronay, Jackson Stiles en Matthew Neal besloten de asbedden te onderzoeken in samenwerking met Daniel Minisini, een collega bij Shell Oil die uitgebreid bezig was met het kwantificeren van het exacte aantal asbedden.

"Het is bijna continu, "Zei Lee. "Er is minstens elke 10 een aslaag, 000 jaar."

Lee zei dat het team had vastgesteld dat as afkomstig was van honderden uitbarstingen die zo'n 10 miljoen jaar duurden. De lagen waren enkele honderden kilometers ten oosten van hun vulkanische bron in Californië getransporteerd. De as werd op de zeebodem afgezet nadat het door pluimen was geblazen die kilometers de atmosfeer in stegen en over de oceaan dreven. Lee en studenten analyseerden monsters van de asbedden in de geochemische faciliteiten in Rice.

"Hun chemische samenstelling zag er niet zo uit als toen ze de vulkaan verlieten, " zei hij. "Het meeste van het oorspronkelijke fosfor, ijzer en silica ontbraken."

Dat deed denken aan de oceanische "dode zones" die zich tegenwoordig vaak vormen in de buurt van de mondingen van rivieren. Door overbemesting van boerderijen worden grote hoeveelheden fosfor in deze rivieren gepompt. Als dat de oceaan raakt, fytoplankton slokt de voedingsstoffen op en vermenigvuldigt zich zo snel dat ze alle beschikbare zuurstof uit het water halen, het verlaten van een "dood" gebied zonder vissen en andere organismen.

Lee vermoedde dat de Krijt-aspluimen een soortgelijk effect zouden kunnen hebben veroorzaakt. Om vast te stellen of de as voldoende voedingsstoffen had kunnen leveren, Lee en zijn team gebruikten sporenelementen zoals zirkonium en titanium om aslagen af ​​te stemmen op hun vulkanische bronnen. Door gesteentemonsters uit die bronnen te vergelijken met de verarmde as, het team kon berekenen hoeveel fosfor, ijzer en silica ontbraken.

"Normaal gesproken, je krijgt geen afzetting van organisch materiaal op de bodem van de waterkolom omdat andere levende wezens het opeten voordat het naar de bodem zinkt, " zei Lee. "We ontdekten dat de hoeveelheid fosfor die de oceaan binnenkwam uit deze vulkanische as ongeveer 10 keer meer was dan alle fosfor die tegenwoordig alle oceanen van de wereld binnenkomt. Dat zou genoeg zijn geweest om een ​​zuurstofarme dode zone te voeden waar koolstof helemaal tot aan het sediment zou kunnen worden geëxporteerd."

De combinatie van de asval en de oceanische dode zone concentreerde voldoende koolstof om koolwaterstoffen te vormen.

"Om een ​​koolwaterstofafzetting van economische waarde te genereren, je moet je concentreren, ' zei Lee. 'In dit geval, het werd geconcentreerd omdat de as die biologische productiviteit aandreef, en dat is waar de organische koolstof naar binnen werd geleid."

Lee zei dat schaliegas en tight olie-afzettingen niet in de aslagen worden gevonden, maar ermee geassocieerd lijken te zijn. Omdat de lagen zo dun zijn, ze verschijnen niet op seismische scans die energiebedrijven gebruiken om onconventionele te zoeken. De ontdekking dat honderden dicht bij elkaar liggende aslagen een veelbetekenend teken kunnen zijn van onconventioneel, zou industriële geologen in staat kunnen stellen om bulkeigenschappen van aslagen te zoeken die op scans zouden verschijnen, zei Lee.

"Er zijn ook implicaties voor de aard van het mariene milieu, "zei hij. "Vandaag, fosfor is ook een beperkende voedingsstof voor de oceanen, maar de invoer van fosfor en ijzer in de oceaan van deze vulkanen heeft grote paleomilieu- en ecologische gevolgen."

Terwijl de gepubliceerde studie specifiek keek naar het Krijt en Noord-Amerika, Lee zei dat arc-vulkaanopflakkeringen op andere tijden en locaties op aarde ook verantwoordelijk kunnen zijn voor andere koolwaterstofrijke schalieafzettingen.

"Ik vermoed dat ze " zei hij. "Het Vaca Muerta-veld in Argentinië is even oud en lag achter dezelfde boog als wat we bestudeerden. De rockplaat wordt onvollediger naarmate je verder teruggaat in de tijd, maar in termen van andere Amerikaanse schalies, de Marcellus in Pennsylvania werd meer dan 400 miljoen jaar geleden neergelegd in het Ordovicium, en het wordt ook geassocieerd met as."