Organic Geochemistry of Shale Outcrop From the Morro Do Chaves Formation, Lowercretaceous, Sergipe-Alagoas Basin, Northeastern Brazil

El tiempo profundo deja sus huellas no solo en los huesos de los dinosaurios o en las conchas de criaturas antiguas, sino en la propia química de las rocas en las que vivieron. Este campo, conocido como geoquímica orgánica, trata a la roca sedimentaria como un archivo químico. Cuando las plantas, las algas y los organismos diminutos mueren y se asientan en el fondo de un lago o un océano, sus restos pueden quedar atrapados en el lodo. A lo largo de millones de años, esta materia orgánica se transforma en querógeno, una sustancia cerosa que guarda la memoria del entorno donde fue enterrada. Al analizar los tipos específicos de moléculas de carbono y las proporciones de diferentes elementos dentro de estas rocas, los científicos pueden reconstruir climas antiguos, determinar si el agua era dulce o salada, y averiguar si el fondo del lago era rico en oxígeno o estaba completamente carente de aire. Comprender estas condiciones es crucial porque revela cómo sobrevivió la vida en el pasado y ayuda a los geólogos a localizar los entornos antiguos donde el petróleo y el gas podrían haberse formado.

En el noreste de Brasil, un tramo específico de roca cuenta la historia dramática de un lago que cambiaba de opinión constantemente. La Formación Morro do Chaves, que data del Cretácico Temprano, se encuentra en una región que alguna vez fue parte de un enorme valle de rift mientras el supercontinente Gondwana comenzaba a separarse. Durante décadas, los geólogos han estudiado los famosos lechos de conchas de aquí, conocidos como coquinas, que están repletos de restos de almejas y caracoles. Estos lechos de conchas se han entendido durante mucho tiempo como formaciones en aguas de lagos poco profundos y tormentosos. Sin embargo, las capas de esquisto oscuras y fangosas encontradas mezcladas con las conchas habían permanecido como un misterio. Aunque las conchas atraen la atención, los esquistos contienen la clave de la química del agua y de los momentos de calma entre las tormentas. Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Río de Janeiro y Petrobras decidió observar de cerca estas lutitas ignoradas para comprender qué tipo de mundo habitaban.

Los investigadores se centraron su estudio en una cantera en el estado de Alagoas, un lugar donde las capas de roca están expuestas en una cara vertical que se extiende por más de un kilómetro. Recolectaron cuidadosamente catorce muestras de esquisto de once niveles diferentes dentro de la pared de roca, desde la base de la exposición hasta la cima. En el laboratorio, sometieron estas rocas a una serie de pruebas diseñadas para leer su historia química. Midieron la cantidad total de carbono orgánico, que actúa como un indicador de cuánta vida se preservó en el lodo. También calentaron las rocas en un entorno controlado para ver qué tipo de hidrocarburos liberaban, un proceso que revela el tipo de vida que murió originalmente allí. Finalmente, utilizaron técnicas avanzadas de separación química para aislar marcadores moleculares específicos, conocidos como biomarcadores. Estas moléculas son como fósiles químicos; retienen la firma estructural de los organismos específicos que las produjeron, lo que permite a los científicos distinguir entre algas, bacterias y plantas terrestres.

Los resultados pintaron la imagen de un ecosistema complejo y cambiante. El análisis mostró que la materia orgánica en los esquistos no era uniforme; variaba significamente de una capa a otra. Algunas capas contenían altas cantidades de carbono orgánico, mientras que otras eran muy pobres en él. Las firmas químicas indicaron que la vida preservada en estas rocas provenía de dos fuentes principales: algas de agua dulce y plantas terrestres. En varias muestras, los investigadores encontraron una fuerte presencia de querógeno de Tipo I y Tipo II. En términos sencillos, esto significa que la materia orgánica derivaba en gran medida de algas y otros organismos acuáticos que fueron preservados en un entorno con muy poco oxígeno. La presencia de pirita, un mineral que solo se forma en aguas pobres en oxígeno, confirmó que el fondo de este antiguo lago era a menudo estancado y anóxico.

Sin embargo, la historia no fue la de un lago simple y aislado. Los datos químicos sugirieron que la química del agua fluctuaba constantemente. En algunas capas, los marcadores moleculares apuntaban a un entorno puramente de agua dulce dominado por plantas terrestres. En otras, los marcadores indicaban una mezcla de agua dulce y salada, sugiriendo que el lago era invadido periódicamente por el mar. Los investigadores encontraron evidencia de incursiones marinas, donde el agua de mar empujaba hacia la cuenca del lago, impulsada probablemente por el aumento del nivel del mar y los movimientos tectónicos asociados con la apertura del Océano Atlántico Sur. Estos eventos habrían creado un entorno de laguna salobre, donde peces marinos y moluscos de agua salobre podrían mezclarse con especies de agua dulce. Las proporciones químicas de ciertas moléculas, como la relación entre pristano y fitano, ayudaron al equipo a distinguir entre estos períodos tranquilos y húmedos y los tiempos más secos y cálidos cuando el lago se encogía y el agua se concentraba más.

Uno de los hallazgos más interesantes provino de una muestra específica, etiquetada como P05. Esta capa mostró una firma química única dominada por cadenas de carbono de tamaño medio que son típicamente producidas por bacterias actuando sobre material algal. Esto sugirió que, durante el tiempo en que se depositó esta capa, el entorno era particularmente tranquilo y húmedo, con una columna de agua profunda y estable que permitió que ocurriera un tipo diferente de procesamiento biológico. En contraste, otras capas mostraron signos de eventos de alta energía, como tormentas o cambios rápidos en el nivel del agua, que probablemente lavaron gran parte de la materia orgánica, dejando atrás el bajo contenido de carbono visto en esas muestras. Las pruebas de madurez térmica, que miden cuánto calor han sido sometidas las rocas a lo largo del tiempo, indicaron que las rocas aún eran relativamente jóvenes en términos geológicos y no habían sido "cocinadas" lo suficiente como para convertirse en petróleo, preservando las delicadas estructuras químicas necesarias para este análisis.

El estudio concluye que la Formación Morro do Chaves representa un paleoambiente perturbado y dinámico. No era un lago estático, sino un sistema que oscilaba entre condiciones de agua dulce, salobre y marina. Los esquistos registran una historia de incursiones marinas periódicas que transformaron el lago en una laguna, creando un hábitat único donde diversas formas de vida podían prosperar y morir. La presencia de materia orgánica tanto continental como marina, junto con la evidencia química de niveles fluctuantes de oxígeno, respalda la idea de que esta área era una zona de transición donde se encontraron las fuerzas del continente que se rompía y el océano que se aproximaba. Al leer la química de estas lutitas, los investigadores han llenado los vacíos dejados por las famosas conchas, revelando una historia compleja de cambios climáticos, actividad tectónica y el delicado equilibrio entre el agua dulce y salada que dio forma a la vida en este rincón del antiguo Brasil.