Fosse à goudron

Les fosses à goudron , parfois appelées fosses d'asphalte , sont de grands gisements d'asphalte . Elles se forment en présence de pétrole , qui est créé lorsque de la matière organique en décomposition est soumise à une pression souterraine. Si ce pétrole brut s'infiltre vers le haut via des fractures, des conduits ou des couches de roches sédimentaires poreuses, il peut s'accumuler à la surface. Les composants plus légers du pétrole brut s'évaporent dans l'atmosphère, laissant derrière eux un asphalte noir et collant. Les fosses à goudron sont souvent creusées car elles contiennent de grandes collections de fossiles.

Les fosses à goudron se forment au-dessus des réserves de pétrole et ces gisements se trouvent souvent dans des pièges anticlinaux . En fait, environ 80 % du pétrole découvert sur Terre a été trouvé dans des pièges anticlinaux. Les anticlinaux sont des plis dans les couches stratigraphiques dans lesquelles chaque moitié du pli s'incline en s'éloignant de la crête. De telles structures se développent généralement au-dessus de failles de chevauchement ou dans des régions tectoniques où le terrain se courbe et se plisse. Si la structure au-dessus du pli concave vers le bas (arche) est une roche non poreuse ou un aquitard , comme le schiste , elle est considérée comme un piège anticlinal. La figure de cette section est un diagramme en coupe transversale de dessin animé qui montre du pétrole coincé dans un piège anticlinal. S'il y a une faille ou une fracture dans les strates sus-jacentes au-dessus de la réserve de pétrole, le pétrole peut migrer vers la surface. Cela est possible par frange capillaire et parce que le pétrole est moins dense que l'eau.

Les fosses de goudron sont des flaques d'asphalte. Cependant, au début de leur formation, elles n'étaient pas toujours collantes et denses. Les flaques étaient composées de pétrole brut provenant de sous la surface de la Terre. Le pétrole brut est un mélange de composés hétéroatomiques , d'hydrocarbures , de métaux et de composés inorganiques . Les composés hétéroatomiques sont des molécules organiques qui contiennent des éléments qui ne sont ni du carbone ni de l'hydrogène, tandis que les hydrocarbures ne contiennent que du carbone et de l'hydrogène. Le pétrole brut est moins visqueux que l'asphalte car il contient un pourcentage plus élevé d'hydrocarbures légers. Les hydrocarbures légers comprennent les alcanes suivants : méthane , éthane , propane et butane . des poids moléculaires très faibles . Les pétroles bruts peuvent également contenir des impuretés inorganiques, telles que _CO2 , _H2S , _N2 et _O2 . À la surface, ces molécules légères peuvent s'évaporer du pétrole brut, laissant derrière elles des molécules plus lourdes et plus collantes. L'asphalte, ou bitume, contient généralement des chaînes de molécules d'hydrocarbures contenant plus de 50 atomes de carbone. Plus la chaîne d'hydrocarbures est longue, plus elle devient visqueuse et le point d'ébullition augmente.

L'évaporation est un processus important dans la formation des fosses de goudron. Un réservoir de pétrole brut léger à la surface de la Terre peut être réduit jusqu'à 75 % du volume initial en quelques jours seulement, formant ainsi de l'asphalte comme produit résultant. Pour les pétroles bruts moyens, le volume peut être réduit de 40 %. Les pétroles bruts s'évaporent différemment selon leur composition chimique. La composition moyenne d'un échantillon de bitume en poids est de 80,2 % de carbone, 7,5 % d'hydrogène, 7,6 % d'oxygène, 1,7 % d'azote et 3,0 % de soufre.

Les fosses de goudron de La Brea sont situées à Los Angeles . Le pétrole visible à la surface provient du réservoir du champ pétrolifère de Salt Lake City et des sables bitumineux des formations de Repetto et de Pico . Ces gisements de pétrole se sont formés au cours de l'époque du Miocène, lorsque des organismes planctoniques marins se sont accumulés dans un bassin océanique. Au fil du temps, les sédiments ont enfoui les organismes à 300 à 1 000 mètres sous la surface de la Terre, les soumettant à de fortes pressions. Ce processus a transformé la matière organique en pétrole. La faille de la 6e rue qui traverse le champ pétrolifère de Salt Lake City est le conduit qui alimente les fosses de goudron de La Brea. Le pétrole a migré vers la surface au fil du temps, piégeant et préservant les animaux et les plantes au cours des 50 000 dernières années.

Les fosses de goudron de Carpinteria sont situées dans le parc de Tar Pits à Carpinteria, en Californie. Ces fosses de goudron auraient été formées au cours du Pléistocène. Au cours d'un projet de fouilles, 25 espèces de plantes ont été récupérées ainsi que 55 espèces d'oiseaux et 26 espèces de mammifères. Des sources de goudron suintent encore à la surface à travers des fractures dans les couches stratigraphiques sous-jacentes de schiste marin.

Le lac d'asphalte de Binagadi est situé en Azerbaïdjan , ou dans le Caucase, une région entre la mer Noire et la mer Caspienne . Cette fosse à goudron est connue pour avoir conservé les têtes et les corps de plusieurs lions des cavernes , un mammifère qui a prospéré au Pléistocène . Un crâne de cheval bien conservé a également été trouvé dans le lac d'asphalte de Binagadi. On estime qu'il a entre 96 000 et 120 000 ans. Il est exposé au Musée d'histoire naturelle d'Azerbaïdjan à Bakou , en Azerbaïdjan .

Le lac Pitch, à Trinité-et-Tobago , est une grande dépression en forme de cuvette remplie de bitume. Le lac a une profondeur maximale de 250 pieds et une superficie de 100 acres, ce qui en fait le plus grand gisement de bitume solide sur Terre. Le lac est froid et dense près des rives, et il a une couche supérieure sur laquelle on peut marcher. Sous cette couche, l'asphalte est en mouvement continu. Le lac devient progressivement plus doux et plus chaud près du centre où le bitume commence à bouillonner. Le gaz libéré au milieu du lac est en grande partie du méthane et une grande quantité de dioxyde de carbone.

Le lac Pitch s'est formé il y a des milliers d'années en présence d'activité tectonique. Le mouvement le long d'une faille a créé une fracture qui a exploité un réservoir de pétrole et de gaz au plus profond de la croûte terrestre. Le pétrole et le gaz se sont infiltrés vers la surface de la Terre à travers la fracture au fil du temps, créant le lac Pitch. En raison de ce réapprovisionnement constant en pétrole et en gaz, le lac a un léger courant. Le courant passe en grande partie inaperçu car la couche supérieure du lac Pitch est principalement solide.

Les fosses à goudron sont caractéristiques de leurs nombreux fossiles. En effet, l'asphalte épais et collant piège les animaux. Une fois que les animaux pénètrent dans le goudron, ils s'immobilisent et commencent à couler immédiatement si l'asphalte est suffisamment chaud et collant. Les prédateurs qui voient ces animaux sans défense avancent généralement dans les fosses à goudron dans l'espoir d'attraper leur prochain repas. Par conséquent, les proies se trouvent généralement sous le prédateur lors des projets d'excavation.

Les os et les parties dures des animaux sont bien conservés car ils sont enterrés rapidement après la mort de l'organisme. Sous la surface, les parties dures sont englouties par l'asphalte et protégées des variations climatiques telles que la pluie, le vent ou la neige qui peuvent accélérer les processus d'altération. L'asphalte manque également d'oxygène et d'eau, de sorte que les principaux organismes décomposeurs comme les champignons aérobies et les bactéries sont absents.

Dans les fosses de goudron de La Brea, plus d'un million d'ossements ont été récupérés depuis 1906. 231 espèces de vertébrés, 234 espèces d'invertébrés et 159 espèces de plantes ont été identifiées. Le grand mammifère le plus fréquemment trouvé dans les fosses de goudron de La Brea est le loup géant , l'un des carnivores préhistoriques les plus célèbres ayant vécu au Pléistocène . Les fossiles de chats à dents de sabre et de coyotes étaient également abondants. De nouveaux fossiles sont constamment découverts grâce à des projets de fouilles en cours.

La vie a été découverte dans un échantillon d'asphalte naturel vieux d'environ 28 000 ans dans les fosses de goudron de La Brea . Des centaines de nouvelles espèces de bactéries ont été découvertes, qui ont la capacité de prospérer dans des environnements avec peu ou pas d'eau ou d'air. Elles contiennent des enzymes spéciales qui peuvent décomposer les hydrocarbures et d'autres produits pétroliers. L'origine des bactéries dans ces fosses d'asphalte naturelles est inconnue, mais on pense qu'elles ont évolué à partir de micro-organismes du sol préexistants qui ont survécu à un événement d'infiltration d'asphalte il y a des milliers d'années. Les micro-organismes du sol ont dû s'adapter et subir des changements génétiques pour aider à tolérer le nouvel environnement hostile, ce qui a finalement donné naissance à de nouvelles espèces bactériennes.

Dans une étude, les bactéries prédominantes trouvées dans les fosses de goudron de La Brea appartenaient à la classe des Gammaproteobacteria de l' ordre des Chromatiales , plus simplement appelées bactéries du soufre violet . Les bactéries du soufre violet n'utilisent pas l'eau comme agent réducteur , de sorte qu'aucun oxygène n'est produit pendant la respiration . Au lieu de cela, elles utilisent le soufre sous forme de sulfures comme agent réducteur. D'autres bactéries découvertes dans les fosses de goudron appartenaient à la famille des Rubrobacteraceae . Ces bactéries sont connues pour être parmi les organismes les plus résistants aux radiations de la planète.

Pitch Lake , une autre carrière d'asphalte à Trinité-et-Tobago , est également un habitat pour des communautés microbiennes d'archées et de bactéries. Des micro-organismes bactériens des ordres Burkholderiales et Enterobiotices ont été trouvés vivant dans des gouttelettes d'eau de la taille d'un microlitre récupérées dans le lac. La biomasse du lac Pitch a été signalée jusqu'à 10 ⁷ cellules par gramme d'asphalte. Beaucoup de ces microbes survivent grâce au soufre, au fer, au méthane ou à d'autres hydrocarbures. Des recherches en cours sont menées dans le lac Pitch car il imite l'environnement trouvé à la surface de la plus grande lune de Saturne , Titan . La découverte d'extrémophiles dans le lac Pitch donne un aperçu des possibilités de vie microbienne dans les lacs d'hydrocarbures que l'on trouve sur Titan.

Les fosses de goudron se forment par fractionnement du pétrole brut à la surface. Les hydrocarbures plus légers du pétrole brut, qui comprennent le méthane (CH4 ₎ , _l' éthane ( _C2H6 ) et le propane ( _{C3H8 ), s'évaporent, laissant derrière eux des hydrocarbures plus} gros qui constituent la composition chimique de l'asphalte. Cela est préoccupant car le méthane, l'éthane et le propane sont soit des gaz à effet de serre majeurs et / ou des polluants photochimiques . Les fosses de goudron de La Brea émettent environ 500 kg de méthane par jour. Les émissions sont les plus élevées le long de la faille de la 6e rue, qui est le conduit qui alimente les fosses de goudron en pétrole brut provenant des sédiments sous la surface de la Terre. On a également découvert que le méthane s'évapore du sol voisin, affectant la physiologie des herbes indigènes. Les fosses de goudron de La Brea ont le flux de gaz naturel le plus élevé mesuré pour toute zone d'infiltration terrestre aux États-Unis. À l'échelle mondiale, les estimations des émissions géologiques de CH4 _et de C2H6 _provenant des infiltrations de gaz dans les roches sédimentaires sont respectivement de l'ordre de 50 à 70 Tg/an et de 2 à 4 Tg/an. Ces valeurs représentent environ la moitié des émissions mondiales de CH4 _{et de} C2H6 provenant de _la combustion anthropique _de combustibles fossiles , qui sont d'environ 100 à 150 Tg de CH4 _/ an et de 6 à 8 Tg de C2H6 _/ an. Ces émissions d'hydrocarbures peuvent être attribuées à la biodégradation du pétrole et à la méthanogénèse dans les fosses à goudron. _[

Les sources géologiques naturelles de méthane et d’autres hydrocarbures doivent être prises en compte lors de la modélisation des gaz à effet de serre atmosphériques. Toutes les sources d’hydrocarbures dans l’atmosphère ne sont pas le résultat d’émissions anthropiques.

Les fuites d'hydrocarbures dans les zones urbaines ou industrielles présentent un risque géologique en raison de la nature explosive des hydrocarbures. Le 24 mars 1985, une poche de gaz méthane a traversé une petite ouverture entre la dalle de plancher et les murs de fondation d'un grand magasin de vêtements Ross à Los Angeles , à environ un mile au nord des puits de goudron de La Brea. Cette poche de méthane a créé une explosion qui a blessé 21 personnes. Cet événement a accru la sensibilisation aux dangers potentiels des poches de méthane et des fuites d'hydrocarbures dans la région.

Les fosses de goudron sont d'excellents agents de conservation et elles ont également la capacité de fournir des données sur les isotopes de carbone pour les arbres tombés dans l'asphalte. L'examen des données sur les isotopes de carbone dans les arbres préhistoriques peut révéler des informations sur les réponses des plantes à différentes quantités de dioxyde de carbone dans la paléoatmosphère . Des échantillons d' arbres Juniperus de la dernière période glaciaire ont été récupérés dans les fosses de goudron de La Brea et ils ont révélé que le rapport entre le CO2 intercellulaire et atmosphérique _était similaire entre les arbres glaciaires et modernes. Étant donné que la quantité de dioxyde de carbone pendant la dernière période glaciaire était comprise entre 180 et 200 ppm (409,8 ppm aujourd'hui), il y avait moins de carbone disponible pour la photosynthèse . Les arbres Juniperus ont dû améliorer l'absorption de CO2 _pour survivre dans des conditions de carbone limitantes. Il est probable que la conductance stomatique des arbres et la demande de CO2 _des chloroplastes étaient plus élevées pendant cette période pour augmenter leur consommation de carbone. Au cours de la période interglaciaire suivante, la conductance stomatique et la demande en CO2 des chloroplastes des arbres _Juniperus ont diminué en raison de températures plus élevées et de concentrations plus élevées de CO2 _dans l'atmosphère. Cette réponse aux niveaux de carbone fluctuants est observée chez les plantes au fil du temps. Par exemple, une conductance stomatique accrue est observée chez les plantes C3 modernes cultivées dans des environnements à faible teneur en CO2 _. [ On émet également l'hypothèse que le climat plus humide au cours de la dernière période glaciaire pourrait avoir augmenté la disponibilité de l'azote pour les plantes, ce qui a donc augmenté la concentration d'azote dans les feuilles. Ce changement pourrait avoir augmenté les capacités photosynthétiques des arbres Juniperus .

Le corps d'une femme a été retrouvé dans les fosses à goudron de La Brea en 1914. Seuls le crâne et des parties du squelette ont été préservés, et il a été déterminé qu'elle était morte il y a environ 9 000 ans. Elle avait entre 18 et 24 ans au moment de son décès, et mesurait entre 1,22 et 25 cm. Il s'agit du seul cas signalé de restes humains trouvés dans des fosses à goudron.

Pendant des milliers d'années, les Amérindiens ont utilisé le goudron des fosses de goudron de La Brea comme agent adhésif et liant. Ils l'utilisaient comme calfeutrage imperméable pour recouvrir leurs bateaux et leurs paniers. Lorsque les Européens sont arrivés dans les fosses de goudron, ils ont commencé à extraire le goudron pour en faire un matériau de toiture dans les villes voisines.