Une énorme éruption volcanique à la fin du règne des dinosaures a déclenché une chaîne d'événements qui a conduit à la formation des champs de pétrole et de gaz de schiste américains du Texas au Montana. Les géologues de l'Université Rice ont déclaré que les anciens champs de gaz de schiste, comme les Marcellus en Pennsylvanie et en Ohio, s'est peut-être formé à partir d'éruptions volcaniques similaires des centaines de millions d'années plus tôt. Crédit :Wikimedia Commons
Les cendres riches en nutriments d'une énorme flambée d'éruptions volcaniques vers la fin du règne des dinosaures ont déclenché une chaîne d'événements qui ont conduit à la formation de gisements de gaz de schiste et de pétrole du Texas au Montana.
C'est la conclusion d'une nouvelle étude des géologues de l'Université Rice qui paraît cette semaine dans le journal en ligne de Nature Publishing Rapports scientifiques .
"L'une des choses à propos de ces dépôts de schiste est qu'ils se produisent à certaines périodes de l'histoire de la Terre, et l'un d'eux est le temps du Crétacé, qui est à l'époque des dinosaures, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Cin-Ty Lee, professeur et président du Département de la Terre de Rice, Sciences environnementales et planétaires. "C'était il y a environ 90 à 100 millions d'années, qui est à peu près en même temps qu'une éruption massive de volcans en arc le long de ce qui est aujourd'hui la bordure du Pacifique de l'ouest des États-Unis. »
Les progrès du forage horizontal et de la fracturation hydraulique au cours des 20 dernières années ont conduit à un boom énergétique aux États-Unis dans les « non conventionnels, " une catégorie qui comprend le gaz de schiste et le pétrole "tight" trouvés dans les champs de schiste comme le Cretaceous Eagle Ford et Mowry et les plus anciens comme Barnett et Bakken.
"Ces types de gaz naturel et de pétrole sont en minuscules, de minuscules pores allant de quelques millionièmes de mètre de diamètre à quelques millièmes de mètre, " Lee a dit. " Les gisements sont dans des bandes étroites qui ne sont accessibles qu'avec le forage horizontal, et le pétrole et le gaz sont enfermés dans ces petites poches et ne sont disponibles qu'avec des techniques comme la fracturation hydraulique."
Lee a déclaré qu'il y a toujours eu des indices d'un lien entre les anciennes éruptions volcaniques et les hydrocarbures de schiste non conventionnels. Lors d'excursions dans l'ouest du Texas, lui et les étudiants de Rice ont remarqué des centaines de couches de cendres dans la roche exposée qui dataient de la période du Crétacé, alors qu'une grande partie de l'ouest de l'Amérique du Nord se trouvait sous un océan peu profond.
L'un de ces voyages s'est produit en 2014 alors que les collègues de Lee et Rice étudiaient également comment une éruption de volcans à arc du Crétacé le long du bord du Pacifique américain avait eu un impact sur le climat de la Terre en augmentant la production volcanique de dioxyde de carbone.
L'éruption du volcan Pavlof en Alaska vue depuis la Station spatiale internationale le 18 mai 2013. Le nuage de cendres du volcan s'élève à 20, 000 pieds et s'étendait sur des centaines de milles du nord de l'océan Pacifique. Crédit :Expérience d'observation de la Terre de l'équipage de la NASA/ISS et laboratoire d'analyse et de science de l'image, Centre spatial Johnson
"Nous avions déjà vu des couches de cendres, mais sur ce site on a pu voir qu'il y en avait beaucoup, et cela nous a fait réfléchir, " dit Lee. Lee, l'étudiant diplômé Hehe Jiang et les étudiants de premier cycle de Rice Elli Ronay, Jackson Stiles et Matthew Neal ont décidé d'enquêter sur les lits de cendres en collaboration avec Daniel Minisini, un collègue de Shell Oil qui avait fait un travail approfondi sur la quantification du nombre exact de lits de cendres.
"C'est presque continu, " Lee a dit. " Il y a une couche de cendres au moins tous les 10, 000 ans."
Lee a déclaré que l'équipe avait déterminé que les cendres provenaient de centaines d'éruptions s'étalant sur environ 10 millions d'années. Les couches avaient été transportées à plusieurs centaines de kilomètres à l'est de leur source volcanique en Californie. Les cendres se sont déposées sur le fond marin après avoir été soufflées à travers des panaches qui se sont élevés à des kilomètres dans l'atmosphère et ont dérivé au-dessus de l'océan. Lee et les étudiants ont analysé des échantillons des lits de cendres dans les installations géochimiques de Rice.
"Leur composition chimique ne ressemblait en rien à ce qu'elle aurait eu lorsqu'ils ont quitté le volcan, " dit-il. " La plupart du phosphore d'origine, il manquait du fer et de la silice."
Cela rappelait les "zones mortes" océaniques qui se forment souvent aujourd'hui près de l'embouchure des rivières. La surfertilisation des exploitations agricoles pompe d'importants volumes de phosphore dans ces rivières. Quand ça touche l'océan, le phytoplancton engloutit les nutriments et se multiplie si rapidement qu'il puise dans l'eau tout l'oxygène disponible, laissant une région "morte" vide de poissons et d'autres organismes.
Lee soupçonnait que les panaches de cendres du Crétacé pourraient avoir causé un effet similaire. Pour déterminer si les cendres auraient pu fournir suffisamment de nutriments, Lee et son équipe ont utilisé des oligo-éléments comme le zirconium et le titane pour faire correspondre les couches de cendres à leurs sources volcaniques. En comparant des échantillons de roches de ces sources avec les cendres appauvries, l'équipe a pu calculer combien de phosphore, le fer et la silice manquaient.
"Normalement, vous n'obtenez aucun dépôt de matière organique au fond de la colonne d'eau parce que d'autres êtres vivants la mangeront avant qu'elle ne coule au fond, " a déclaré Lee. " Nous avons découvert que la quantité de phosphore entrant dans l'océan à partir de ces cendres volcaniques était environ 10 fois supérieure à tout le phosphore entrant dans tous les océans du monde aujourd'hui. Cela aurait suffi à alimenter une zone morte appauvrie en oxygène où le carbone pourrait être exporté jusqu'aux sédiments."
Des « zones mortes » appauvries en oxygène se forment souvent dans le nord du golfe du Mexique en raison du ruissellement riche en nutriments des rivières Mississippi et Atchafalaya, qui sont vus ici comme des panaches beiges et brun verdâtre visibles depuis la Station spatiale internationale en 2012. Des cendres volcaniques riches en nutriments peuvent avoir alimenté des zones mortes similaires qui ont produit des champs de pétrole et de gaz de schiste du Texas au Montana. Crédit :NASA/GSFC/Aqua MODIS
La combinaison des chutes de cendres et de la zone morte océanique a concentré suffisamment de carbone pour former des hydrocarbures.
« Pour générer un gisement d'hydrocarbures à valeur économique, il faut se concentrer, " dit Lee. " Dans ce cas, il s'est concentré parce que les cendres ont conduit cette productivité biologique, et c'est là que le carbone organique s'est canalisé."
Lee a déclaré que le gaz de schiste et les gisements de pétrole de réservoirs étanches ne se trouvent pas dans les couches de cendres mais semblent y être associés. Parce que les couches sont si minces, ils n'apparaissent pas sur les analyses sismiques que les sociétés énergétiques utilisent pour rechercher des produits non conventionnels. La découverte que des centaines de couches de cendres rapprochées pourraient être un signe révélateur de non-conventionnels pourrait permettre aux géologues de l'industrie de rechercher les propriétés en vrac des couches de cendres qui apparaîtraient sur les analyses, dit Lee.
"Il y a aussi des implications pour la nature des environnements marins, " dit-il. " Aujourd'hui, le phosphore est également un nutriment limitant pour les océans, mais l'apport de phosphore et de fer dans l'océan à partir de ces volcans a des conséquences paléoenvironnementales et écologiques majeures."
Alors que l'étude publiée portait spécifiquement sur le Crétacé et l'Amérique du Nord, Lee a déclaré que les flambées de volcans à arc à d'autres moments et à d'autres endroits sur Terre pourraient également être responsables d'autres gisements de schiste riches en hydrocarbures.
"Je soupçonne qu'ils pourraient, " a-t-il dit. " Le champ de Vaca Muerta en Argentine a le même âge et était derrière le même arc que ce que nous étudiions. Le disque rock devient de plus en plus incomplet à mesure qu'on remonte dans le temps, mais en termes d'autres schistes américains, le Marcellus en Pennsylvanie a été déposé il y a plus de 400 millions d'années dans l'Ordovicien, et il est également associé à des cendres."
