Näringsrik aska från en enorm uppblossning av vulkanutbrott mot slutet av dinosauriernas regeringstid satte igång en kedja av händelser som ledde till bildandet av skiffergas- och oljefält från Texas till Montana.

Det är slutsatsen av en ny studie av Rice University geologer som visas denna vecka i Nature Publishing online journal Vetenskapliga rapporter .

"En av sakerna med dessa skifferavlagringar är att de inträffar under vissa perioder i jordens historia, och en av dem är krittiden, som är ungefär på dinosauriernas tid, "sade studieförfattaren Cin-Ty Lee, professor och ordförande för Rices Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap. "Det här var ungefär 90 miljoner till 100 miljoner år sedan, vilket är ungefär samtidigt som en massiv uppblossning av bågvulkaner längs det som idag är Stilla havet i västra USA. "

Framsteg inom horisontell borrning och hydraulisk sprickbildning under de senaste 20 åren ledde till en amerikansk energiboom i "okonventionella, "en kategori som inkluderar skiffergasen och" tät "olja som finns i skifferfält som Cretaceous Eagle Ford och Mowry och äldre som Barnett och Bakken.

"Dessa typer av naturgas och olja är små, små porer som sträcker sig från några miljondelar i diameter till några tusendels meter, "Sa Lee." Fyndigheterna finns i smala band som endast kan nås med horisontell borrning, och oljan och gasen är låsta i dessa små fickor och är endast tillgängliga med tekniker som hydraulisk sprickbildning. "

Lee sa att det alltid har funnits antydningar om ett samband mellan gamla vulkanutbrott och okonventionella skifferkolväten. Under fältresor ut till West Texas, han och Rice -studenter märkte hundratals asklager i exponerat berg som daterades till Krittiden då mycket av västra Nordamerika låg under ett grunt hav.

En av dessa resor hände 2014 medan Lee och Rice-kollegor också studerade hur en uppblossning av bågvulkaner från krittiden längs den amerikanska Stillahavskanten hade påverkat jordens klimat genom förbättrad vulkanisk produktion av koldioxid.

"Vi hade sett asklager tidigare, men på den här webbplatsen kunde vi se att det var många av dem, och det fick oss att tänka, "Lee sa. Lee, doktorand Hehe Jiang och Rice -studenter Elli Ronay, Jackson Stiles och Matthew Neal bestämde sig för att undersöka askbäddarna i samarbete med Daniel Minisini, en kollega på Shell Oil som hade gjort ett omfattande arbete med att kvantifiera det exakta antalet askbäddar.

"Det är nästan kontinuerligt, "Sa Lee." Det finns ett askskikt minst var tionde, 000 år. "

Lee sa att laget bestämde att aska hade kommit från hundratals utbrott som sträckte sig över 10 miljoner år. Skikten hade transporterats flera hundra mil öster om deras vulkaniska källa i Kalifornien. Askan deponerades på havsbotten efter att ha blåst genom plumes som steg mil in i atmosfären och drev över havet. Lee och studenter analyserade prover av askbäddarna i de geokemiska anläggningarna vid Rice.

"Deras kemiska sammansättning såg inte ut som den skulle ha när de lämnade vulkanen, "sa han." Det mesta av den ursprungliga fosforn, järn och kiseldioxid saknades. "

Det förde tankarna till de oceaniska "döda zonerna" som ofta bildas idag nära flodmynningar. Övergödning av gårdar pumpar stora mängder fosfor nerför dessa floder. När det träffar havet, växtplankton tappar upp näringsämnena och förökar sig så snabbt att de tar ut allt tillgängligt syre från vattnet, lämnar en "död" region tom för fisk och andra organismer.

Lee misstänkte att aska av Krita kunde ha orsakat en liknande effekt. För att spika om askan kunde ha levererat tillräckligt med näringsämnen, Lee och hans team använde spårelement som zirkonium och titan för att matcha asklager med sina vulkaniska källor. Genom att jämföra bergprover från dessa källor med den utarmade asken, laget kunde beräkna hur mycket fosfor, järn och kiseldioxid saknades.

"I vanliga fall, du får ingen avsättning av organiskt material i botten av vattenpelaren eftersom andra levande saker kommer att äta upp det innan det sjunker till botten, "Sade Lee." Vi fann att mängden fosfor som kom in i havet från denna vulkaniska aska var ungefär 10 gånger mer än all fosfor som kommer in i världens alla hav i dag. Det hade varit tillräckligt för att mata en syreutarmad död zon där kol skulle kunna exporteras ända ner till sedimentet. "

Kombinationen av askfallet och den oceaniska dödzonen koncentrerade tillräckligt med kol för att bilda kolväten.

"För att generera en kolvätefyndighet av ekonomiskt värde, du måste koncentrera det, "Sa Lee." I det här fallet, den blev koncentrerad eftersom askan drev den biologiska produktiviteten, och det var där det organiska kolet tratt in. "

Lee sa att skiffergas och täta oljefyndigheter inte finns i asklagren men verkar vara associerade med dem. Eftersom lagren är så tunna, de dyker inte upp på seismiska skanningar som energibolag använder för att leta efter okonventionella. Upptäckten att hundratals askskikt på nära håll kan vara ett berättande tecken på okonventionella kan tillåta industrigologer att leta efter bulkegenskaper hos askskikt som skulle dyka upp vid skanningar, Sa Lee.

"Det finns också konsekvenser för naturen hos marina miljöer, "sa han." Idag, fosfor är också ett begränsande näringsämne för haven, men fosforens och järnets tillförsel till havet från dessa vulkaner har stora miljömässiga och ekologiska konsekvenser. "

Medan den publicerade studien tittade specifikt på Krita och Nordamerika, Lee sa att vulkanbågar blossar upp vid andra tillfällen och platser på jorden kan också vara ansvariga för andra kolväterika skifferavlagringar.

"Jag misstänker att de kan, "sa han." Vaca Muerta -fältet i Argentina är i samma ålder och låg bakom samma båge som det vi studerade. Rockrekordet blir mer ofullständigt när du går längre tillbaka i tiden, men när det gäller andra amerikanska skiffer, Marcellus i Pennsylvania fastställdes för mer än 400 miljoner år sedan i Ordovicium, och det är också förknippat med aska. "