Apostila Origem do Petróleo

Apostila Origem do Petróleo

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A origem do petróleo: orgânica ou inorgânica?

A origem do petróleo é um dos mistérios mais bem guardados pela natureza. Séculos de especulações e experimentações propiciaram numerosas hipóteses e teorias, muitas delas antagônicas e passíveis de discussões tão acaloradas quanto estéreis. Estas teorias podem ser classificadas em inorgânicas e orgânicas. Neste trabalho são apresentadas e discutidas as teorias mais representativas de cada grupo, com ênfase naquelas de maior significado prático ou histórico. São também mostrados os resultados de investigações realizadas no CENPES/Petrobras sobre o assunto.

As teorias inorgânicas atribuem ao petróleo uma origem a partir de processos exclusivamente inorgânicos, isto é, sem a intervenção dos organismos vivos de qualquer espécie. Já as teorias orgânicas atribuem aos organismos vivos um papel fundamental no processo de geração do petróleo.

Atualmente os geólogos e geoquímicos, em sua maioria, advogam uma origem orgânica para o petróleo, mas não contestam a existência de hidrocarbonetos formados inorganicamente na Terra e no espaço. Entretanto, existe um grupo relativamente pequeno de geólogos e geoquímicos na Rússia e Europa Oriental para os quais a origem orgânica do petróleo não está provada e é destituída de fundamentos.

1. Introdução

O petróleo é conhecido desde a mais remota antiguidade. Isto porque, sendo um fluido em equilíbrio precário na subsuperfície, tem a tendência de escapar para a superfície sob a forma de exsudações, expondo-se à curiosidade dos homens.

A utilização do petróleo, para os mais diversos fins, pelas civilizações as mais antigas, está bem documentada na literatura. A Bíblia, por exemplo, apresenta diversas citações, como a calafetagem da arca lendária por Noé, em preparação para o advento do dilúvio.

Os fenícios utilizaram largamente o “betume” para calafetamento de suas magníficas embarcações. Na Mesopotâmia e no Egito, o petróleo era bastante utilizado como argamassa nas construções, na pavimentação das estradas e outras finalidades, como no processo de embalsamento, muito difundido no Egito.

No Novo Mundo, o petróleo também era conhecido desde tempos remotos. Índios pré-colombianos, como os Karnkawa dos Texas (E.U.A), utilizavam este produto para decorar e impermeabilizar seus potes de carâmicas. Os incas, os mais e outras civilizações índias antigas também estavam bem familiarizadas com o petróleo, dele se aproveitando para diversos fins (remédios, combustível, artefatos bélicos etc.).

Com tantas ocorrências em todo o mundo não é de se estranhar a utilização do petróleo desde épocas imemoriais. O homem, certamente, passou a especular sobre a origem deste fluido desde a primeira vez que veio a utilizá-lo, por curiosidade ou intuição. Entretanto, somente a partir dos três últimos séculos, é que o assunto mereceu tratamento aprofundado e de caráter científico.

Por se tratar de um estudo dos mais fascinantes e absorventes, a origem do petróleo tem inspirado um grande número de artigos. Illing (1935) já alertava sobre a enorme safra de artigos novos adicionados anualmente à literatura especializada. “O estudante sério, - queixava-se aquele autor – ansiosamente procurando esclarecimento, se perde no labirinto de opiniões conflitantes”.

De acordo com Knebel (1946), “os geólogos de petróleo têm escrito mais sobre a origem do petróleo do que sobre qualquer outro assunto”. Essa prodigiosa quantidade de pesquisa e discussão, entretanto, de acordo com a opinião abalizada de Landes (1959), não foi inteiramente em vão. Numerosas teorias foram testadas e abandonadas, umas por fantasiosas e destruídas de caráter verdadeiramente científico, outras por falta de argumentos mais convincentes.

É evidente que o leitor não especialista carece de tempo para recorrer a essa vasta bibliografia e se situar adequadamente dentro do problema. Não pode, consequentemente, avaliar em maior profundidade o estado atual dos conhecimentos e se decidir sobre a teoria ou teorias mais adequadas para explicar a gênese do petróleo e suas implicações exploratórias. O presente trabalho tem por finalidade fornecer-lhe uma visão geral do problema através da discussão dos trabalhos mais significativos, com ênfase na Teoria Orgânica Moderna e suas evidências.

Para fins de discussão, as teorias sobre a origem do petróleo foram agrupadas em duas grandes categorias: (1) Teorias Inorgânicas e (2) Teorias Orgânicas.

As Teorias inorgânicas atribuem ao petróleo uma origem exclusivamente abiogênica, a partir de sínteses inorgânicas. Essas teorias foram estabelecidas e definidas principalmente pelos químicos, alguns deles de celebridade reconhecida. Isto porque, em seus laboratórios, eram capazes de produzir hidrocarbonetos a partir de fontes exclusivamente inorgânicas e não viam razão para que fenômeno semelhante não ocorresse em condições naturais.

As teorias orgânicas postulam que o petróleo é formado a partir de restos de animais e plantas, isto é, dos produtos bioquímicos incorporados às rochas sedimentares durante a sedimentação.

2. Teorias Inorgânicas

2.1 - Emanações Vulcânicas

A referência mais antiga sobre a origem inorgânica do petróleo parece ser de Virlet. Esse autor, em artigo publicado em 1834, considerou os hidrocarbonetos do petróleo como originários de emanações vulcânicas. Segundo ele: “as ocorrências de petróleo estão em relação mais ou menos direta com fenômenos vulcânicos”. Informa ainda que numerosas fontes termais produzem hidrocarbonetos em quantidades significativas. “Somos levados a encará-los como produtos de vulcanismo produzidos em circunstâncias muito particulares”, diz o autor.

Brunet (1838) endossa a opinião de Virlet. “As fontes de petróleo e de betumes são encontradas, quase sempre, nas vizinhanças de vulcões de lama, de fontes ardentes e de depósitos vulcânicos, logo a origem do petróleo e dos betumes é um efeito da mesma causa que produz os fenômenos vulcânicos”.

Nos séculos XVII e XVIII, teorias vulcânicas como as de Virlet e Brunet gozaram de uma certa popularidade entre os cientistas. O fato se deve à observação de numerosas ocorrências de óleo e gás em associação íntima com vulcões de lama, tidos na época como manifestações de verdadeiro vulcanismo.

Vulcões de lama são exsudações de gás sob alta pressão, que escapam das acumulações petrolíferas através de falhas ou fraturas, trazendo consigo água, lama, areia, fragmentos de rocha e, ocasionalmente, óleo. A expressão superficial de um vulcão de lama é geralmente um cone de lama do cujo topo o gás escapa contínua ou intermitentemente (Figura 1).

Figura 1 - Diagrama interpretativo de um vulcão de lama e sua estrutura interna. (Fonte: E. Kozlova, M. Ivanov, F. Baudin, C. Largeau,S. Derenne; adaptado de A. Akhmetzhanov).

Os vulcões de lama mais espetaculares são encontrados área de Baku, na Rússia, podendo ultrapassar 400m de altura. Alguns entram em erupção de forma impressionantes, principalmente quando o gás entra em combustão. Lavorsen (1958) registra uma erupção, ocorrida em 1922, na qual a fumaça atingiu 14km de altura. As chamas de outra erupção podiam ser vistas de 700km de distância, ainda de acordo com esse autor.

Associação genética de petróleo com fenômenos de verdadeiro vulcanismo também não tem suporte atualmente. Levorsen já expressava esse ponto de vista: “A falta de associação do petróleo com vulcanismo ou seus produtos, exceto em ocorrências anômalas e raras é outra razão para se duvidar de qualquer relação importante entre atividades vulcânicas e origem do petróleo”. Afirma ainda que áreas de onde óleo e gás são encontrados em associação com materiais ígneos, fontes termais, ou outras evidências de vulcanismo, contem rochas sedimentares na subsuperfície e que não há registro de ocorrência de petróleo em áreas onde o material de subsuperfícies é inteiramente de origem ígnea.

2.2 – Origem Cósmica

Boutigny, em 1858, propôs uma “teoria cósmica” para a origem do petróleo. O autor imaginou a atmosfera primitiva da Terra contendo hidrocarbonetos em ambudância sob a forma gasosa, além de vapor d’água. Com o resfriamento do planeta os hidrocarbonetos teriam se precipitado sob a forma de chuva, infiltrando-se no solo e aí formando os depósitos petrolíferos.

A teoria aventada por Boutigny talvez pareça menos absurda se recordarmos da atmosfera dos planetas de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno contém metano em quantidades astronômicas.

Não sabemos como Boutigny imaginou a preservação dos hidrocarbonetos da suposta chuva, nem como explicou a sua migração posterior para os sedimentos mais recentes. Entretanto, Lavrosen (1958), analisando criticamente a possibilidade de uma origem cósmica para o petróleo, pondera que, se esse tivesse sido o caso, o petróleo deveria ser encontrado mais uniformemente distribuído na superfície da Terra. É fato bem conhecido que as grandes jazidas petrolíferas estão concentradas em áreas muito restritas, como é o caso do Oriente Médio. Pondera ainda Lavorsen que , no caso de uma origem cósmica, o petróleo deveria ser encontrado mais abundantemente nas rochas mais antigas. Tal não se verifica. O Precambriano, o Cambriano e o Triássico são notavelmente pobres em acumulações de petróleo, muito embora contenham volumes consideráveis de rochas porosas e permeáveis adequadas ao armazenamento de hidrocarbonetos.

2.3 – Síntese Inorgânica

Berthelot, químico e político francês, apresentou, em 1866, uma teoria que atribuiu origem exclusivamente inorgânica para o petróleo. Para esse autor, o petróleo se originaria nas proximidades do núcleo terrestre. O gás carbônico aí existente se combinaria com metais alcalinos livres, produzindo compostos do tipo C2Na2. Estes em contato com a água, dariam origem ao acetileno que por reações de polimerização e hidrogenação, formaria os demais hidrocarbonetos do petróleo, tanto aromáticos como saturados.

Byasson (1871) também demonstrou a possibilidade de produção de hidrocarbonetos por processos puramente inorgânicos, ou seja, pela reação do monóxido de carbono (CO) com hidrogênio (H2). O cientista fez passar o CO2 e vapor d’água sobre carvão e o ferro em brasa, obtendo um óleo semelhante ao petróleo bruto.

Mendeleiv em 1877, obteve hidrocarbonetos em laboratório reagindo carbonetos metálicos com vapor d’água. Nas décadas de 50 e 60 as teorias inorgânicas foram reativadas na Rússia, devido à comprovação de indícios de hidrocarbonetos em emanações vulcânicas e em rochas cristalinas. Numerosos cientistas desse país tentaram consolidar as teorias inorgânicas, tendo sido realizados quatro grandes conclaves sobre o assunto nos anos de 1954, 1957, 1958 e 1968.

Os congressos de 58 e 68 foram os mais importantes tendo sido gerados numerosos artigos de interesse científico. Os trabalhos de 58 foram publicados em 1959, numa coleção que recebeu o título de “Problemas da Origem do Petróleo e Gás Natural e Condições para a sua Formação”. Os do congresso de 1968 foram reunidos na coleção “Origem dos Depósitos de Petróleo e de Gás e Condições de Formação”.

Alguns dos trabalhos mais importantes e representativos das diversas correntes inorgânicas da URSS serão apresentados e discutidos a seguir.

Kudriavtsev (1955) afirma que o petróleo é formado pelo hidrogênio e pelo carbono que estão presentes não só no sol e nas demais estrelas, como também no magma terrestre. Prova de que esses elementos estão presentes no magma, de hidrocarbonetos em lavas e gases vulcânicos, bem como grafite em rochas efusivas, diamantes em kimberlitos e hidrogênio em dunitos.

Kudriavtsev diz que o carbono e o hidrogênio, a temperatura entre 6000 e 12000ºC, forma metino

(CH); entre 3000 e 4000ºC forma-se o metileno (CH2) e a temperaturas um pouco menores o metil

(CH3). Esses compostos são encontrados nas estrelas e, ainda de acordo com esse autor, certamente existem no interior da Terra. São altamente reativos e não podem existir em temperaturas normais. Assim sendo, de acordo com a teoria de Kudriavtsev, em sua migração para a superfície, encontrando temperaturas mais baixas, combinam-se entre si nas mais variadas proporções dando origem aos hidrocarbonetos de petróleo.

A teoria de Kudriavtsev, embora baseada em considerações teóricas válidas e em observações de fatos inegavelmente verdadeiros, não parece a mais adequada para explicar as acumulações petrolíferas encontradas nas bacias sedimentares e de todo o mundo. É extremamente difícil visualizar um mecanismo para a migração dos hidrocarbonetos, formados a tremendas profundidades, até a crosta terrestre.

De acordo com Slenzak (1966), os hidrocarbonetos são produtos resultantes da diferenciação da matéria crustal. No decorrer dessa diferenciação, ocorre a formação de petróleo e gás, sal, rochas máficas, e ultramáficas, gases nobres, nitrogênio, enxofre, bauxita e concentrações de boro, lítio, rubídio, iodo e outros elementos.

Chekalyuk (1967) analisou teoricamente as condições termodinâmicas e geológicas para a formação de hidrocarbonetos no manto. Suas conclusões foram apresentadas no trabalho “Óleo no Manto Superior da Terra”. O trabalho de Chekalyuk, embora sério e de alto valor científico, foi duramente criticado. Isso levou o autor a efetuar uma série de experimentos visando comprovar sua teoria.

Consta que com misturas de CaCO3, MgSO4, CH2O, SiO2, FeO, a temperaturas de 150-1700ºK e pressões de 40 a 60kb, o autor obetve misturas de hidrocarbonetos contendo metano até n-heptano.

2.4 – Teoria de Porfir’ev

Dentre as teorias de origem inorgânica mais modernas, merece destaque a do cientista russo Porfir’ev, que tem apresentado numerosos trabalhos importantes visando solucionar o intrigante problema de origem do petróleo.

Porfir’ev (1974), usando o método dedutivo e baseado em princípios clássicos de termodinâmica e idéias modernas de geologia e geofísica, concluiu que, sob as altas pressões e temperaturas existentes dentro da camada de Gutemberg, na parte superior do manto, em rochas ultramáficas contendo óxido de ferro e compostos voláteis (H2O, CO), compostos orgânicos equivalentes ao petróleo são formados e podem aí existir em equilíbrio termodinâmico com o meio circundante.

O trabalho de Porfir’ev merece maior atenção pelo fato de o autor tentar explicar como o petróleo poderia migrar do manto para as bacias sedimentares; pela discussão das em prol da sua teoria e pelo fato de criticar as evidências que constituem as bases das teorias orgânicas.

De acordo com Porfir’ev, constituem evidências da origem inorgânica do petróleo:

a)acumulações petrolíferas comerciais em rochas cristalinas e metamórficas do embasamento; b)hidrocarbonetos em gases vulcânicos e em rochas cristalinas e metamórficas; c)hidrocarbonetos em meteoritos; d)campos gigantes.

A prova mais direta e convincente da teoria inorgânica é a existência de acumulações petrolíferas comerciais em rochas cristalinas e metamórficas do embasamento, de acordo com Porfir’ev.

O autor cita um grande número de exemplos de acumulações de hidrocarbonetos em reservatórios desse tipo, com base principalmente no trabalho de Porfir’ev (1959).

É fato bem conhecido a existência de acumulações petrolíferas em rochas cristalinas e metamórficas do embasamento, sendo algumas gigantescas. Podemos citar como exemplo nosso campo de Carmópolis, que produz rochas metamórficas alteradas e fraturadas, mas cujas rochas geradoras são bem conhecidas.

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