Диагенез
Диагенез ( / ˌ d aɪ . ə ˈ dʒ ɛ n ə s ɪ s / ) — процесс, описывающий физические и химические изменения в отложениях, сначала вызванные взаимодействием воды и породы, микробной активностью и уплотнением после их отложения . Повышенное давление и температура начинают играть свою роль только тогда, когда отложения становятся гораздо глубже в земной коре . [1] На ранних этапах превращение слабоконсолидированных осадков в осадочные породы ( литификация ) просто сопровождается уменьшением пористости и вытеснением воды ( глинистые отложения), тогда как их основные минералогические комплексы остаются неизменными. По мере того как горная порода продвигается глубже в результате дальнейшего отложения наверху, ее органическое содержание постепенно трансформируется в керогены и битумы .
Процесс диагенеза исключает поверхностные изменения ( выветривание ) и глубокий метаморфизм . нет Резкой границы между диагенезом и метаморфизмом , но последний происходит при более высоких температурах и давлениях . Гидротермальные растворы, метеоритные грунтовые воды, пористость, проницаемость горных пород , растворения/ реакции осаждения и время – все это важные факторы.
После осаждения осадки уплотняются, поскольку они погребены под последовательными слоями осадка и цементируются минералами, выпадающими в осадок из раствора . Зерна осадка, фрагменты горных пород и окаменелости могут быть заменены другими минералами (например, кальцитом , сидеритом , пиритом или марказитом ) во время диагенеза. Пористость обычно уменьшается в процессе диагенеза, за исключением редких случаев, таких как растворение минералов и доломитизация .
Изучение диагенеза горных пород используется для понимания геологической истории, которую они претерпели, а также природы и типа жидкостей, циркулировавших через них. С коммерческой точки зрения такие исследования помогают оценить вероятность обнаружения различных экономически выгодных месторождений полезных ископаемых и углеводородов .
Процесс диагенеза важен и при разложении костной ткани. [2]
Роль в антропологии и палеонтологии
[ редактировать ]
Термин «диагенез», буквально означающий «в течение поколения», [3] широко используется в геологии . Однако этот термин проник в область антропологии , археологии и палеонтологии для описания изменений и изменений, происходящих в скелетном (биологическом) материале. В частности, диагенез «представляет собой совокупную физическую, химическую и биологическую среду; эти процессы изменят исходные химические и / или структурные свойства органического объекта и будут определять его окончательную судьбу с точки зрения сохранения или разрушения». [4] [5] Чтобы оценить потенциальное влияние диагенеза на археологические или ископаемые кости , необходимо оценить множество факторов, начиная с элементного и минералогического состава костей и окружающей почвы, а также местной среды захоронения (геология, климатология , грунтовые воды ). [5]
Сложный характер кости, состоящей на одну треть из органических веществ (в основном белок коллаген ) и на две трети из минералов ( фосфат кальция преимущественно в форме гидроксиапатита ), делает ее диагенез более сложным. [6] Изменения происходят на всех уровнях: от молекулярной потери и замещения, через реорганизацию кристаллитов, пористость и микроструктурные изменения, а во многих случаях — до распада всей единицы. [7] Выявлены три основных пути диагенеза кости:
- Химическое разрушение органической фазы.
- Химическое разрушение минеральной фазы.
- (Микро)биологическая атака композита. [8]
Они заключаются в следующем:
- Растворение окружающей среды коллагена зависит от времени, температуры и pH . [8] При высоких температурах скорость потери коллагена увеличивается, а экстремальный уровень pH может вызвать набухание коллагена и ускоренный гидролиз . [8] Из-за увеличения пористости костей из-за потери коллагена кость становится восприимчивой к гидролитической инфильтрации , при которой гидроксиапатит, с его сродством к аминокислотам , позволяет заряженным видам эндогенного и экзогенного происхождения поселиться. [2]
- Гидролитическая активность играет ключевую роль в минеральных фазовых превращениях, которые подвергают коллаген ускоренному химическому и биоразложению. [8] Химические изменения влияют на кристалличность . [2] [9] Механизмы химических изменений, такие как поглощение F − или CO 2−
3, может вызвать рекристаллизацию , при которой гидроксиапатит растворяется и повторно осаждается, что позволяет включить или заменить экзогенный материал. [2] [9] - человека После захоронения быстро происходит микробная атака, наиболее распространенный механизм разрушения костей. [8] На этом этапе большая часть костного коллагена теряется, а пористость увеличивается. [2] Растворение минеральной фазы, вызванное низким pH, обеспечивает доступ к коллагену внеклеточным микробным ферментам, тем самым вызывая микробную атаку. [8]
Роль в производстве углеводородов
[ редактировать ]При захоронении животного или растительного вещества при осаждении входящие в его состав органические молекулы ( липиды , белки , углеводы и лигнино - гуминовые соединения) разрушаются вследствие повышения температуры и давления . Это преобразование происходит на первых нескольких сотнях метров захоронения и приводит к образованию двух первичных продуктов: керогена и битума .
Принято считать, что углеводороды образуются в результате термического изменения этих керогенов ( биогенная теория). Таким образом, при определенных условиях (которые в значительной степени зависят от температуры) керогены будут разрушаться с образованием углеводородов посредством химического процесса, известного как крекинг или катагенез .
Кинетическая модель, основанная на экспериментальных данных, может отразить большую часть существенных преобразований в диагенезе. [10] и математическая модель в уплотняющейся пористой среде для моделирования механизма растворения-осаждения. [11] Эти модели интенсивно изучались и применялись в реальных геологических приложениях.
В зависимости от генезиса углеводородов и углей диагенез делят на: эодиагенез (ранний), мезодиагенез (средний) и телодиагенез (поздний). На ранней стадии или стадии эодиагенеза сланцы теряют поровую воду, углеводороды практически не образуются, а уголь варьируется от бурого до полубитуминозного . В ходе мезодиагенеза происходит дегидратация глинистых минералов , происходит основное развитие нефтегенеза и битуминозные угли образуются с высокой и низкой летучестью. В ходе телодиагенеза органическое вещество подвергается крекингу и образуется сухой газ; угли полуантрацитовые разрабатываются . [12]
Ранний диагенез во вновь образовавшихся водных отложениях осуществляется микроорганизмами, использующими в своем метаболизме различные акцепторы электронов. Органическое вещество минерализуется, выделяя в поровой воде газообразный углекислый газ (СО 2 ), который в зависимости от условий может диффундировать в толщу воды. Различные процессы минерализации на этой фазе — это нитрификация и денитрификация , оксида марганца восстановление , восстановление гидроксида железа , восстановление сульфатов и ферментация . [13]
Роль в разложении костей
[ редактировать ]Диагенез изменяет пропорции органического коллагена и неорганических компонентов (гидроксиапатита, кальция, магния) кости под воздействием условий окружающей среды, особенно влаги. Это достигается путем обмена естественных компонентов кости, отложения в пустотах или дефектах, адсорбции на поверхности кости и выщелачивания из кости. [2] [14]
См. также
[ редактировать ]- Халцедон – микрокристаллические разновидности кремнезема.
- Черт - Твердая мелкозернистая осадочная порода, состоящая из скрытокристаллического кремнезема.
- Кремень – скрытокристаллическая форма минерала кварца.
- Конкреция - компактная масса, образованная осаждением минерального цемента между частицами.
- Ископаемое - Сохранившиеся останки или следы организмов прошлой геологической эпохи.
- Петрогенез - процессы, в результате которых образуются горные породы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маршак, Стивен (2009). Основы геологии (3-е изд.). WW Нортон и компания . ISBN 978-0393196566 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Хеджес, RE (2002). «Костный диагенез: обзор процессов» . Археометрия . 44 (3): 319–28. дои : 10.1111/1475-4754.00064 .
- ^ Оксфордский словарь английского языка.
- ^ Уилсон, Лин; Поллард, А. Марк (2002). «Сегодня здесь, завтра уйдет? Комплексное экспериментирование и геохимическое моделирование в исследованиях археологических диагенетических изменений». Отчеты о химических исследованиях . 35 (8): 644–651. дои : 10.1021/ar000203s . ПМИД 12186569 . S2CID 20545137 .
- ^ Jump up to: а б Сапата Х., Перес-Сирвент С., Мартинес-Санчес М.Дж., Товар П. (октябрь 2006 г.). «Диагенез, а не биогенез: два примера скелетов позднего Рима». Наука об общей окружающей среде . 369 (1–3): 357–68. Бибкод : 2006ScTEn.369..357Z . doi : 10.1016/j.scitotenv.2006.05.021 . ПМИД 16828844 .
- ^ Николсон Р.А. (1996). «Деградация костей, погребальная среда и представление видов: развенчание мифов и экспериментальный подход». Журнал археологической науки . 23 (4): 513–533. дои : 10.1006/jasc.1996.0049 .
- ^ Нильсен-Марш CM (2000). «Закономерности диагенеза в кости I: влияние окружающей среды». Журнал археологической науки . 27 (12): 1139–1150. дои : 10.1006/jasc.1999.0537 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Коллинз М.Дж., Нильсен, Марш К.М., Хиллер Дж., Смит К.И., Робертс Дж.П. и др. (2002). «Выживание органических веществ в костях: обзор» . Археометрия . 44 (3): 383–394. дои : 10.1111/1475-4754.t01-1-00071 .
- ^ Jump up to: а б де Соуза Д.В., Элтинк Э., Оливейра Р.А., Феликс Ж.Ф., Гимарайнш Л.М. (декабрь 2020 г.). «Диагенетические процессы в четвертичных ископаемых костях из тропических известняковых пещер» . Научные отчеты . 10 (1): 21425. Бибкод : 2020NatSR..1021425D . дои : 10.1038/s41598-020-78482-0 . ПМЦ 7722736 . ПМИД 33293631 .
- ^ Аберкромби Х.Дж., Хатчеон И.Е., Блох Дж.Д., Caritat PD (1994). «Активность кремнезема и смектит-иллитовая реакция». Геология . 22 (6): 539–542. Бибкод : 1994Geo....22..539A . doi : 10.1130/0091-7613(1994)022<0539:saatsi>2.3.co;2 .
- ^ Фаулер AC, Ян XS (2003). «Механизмы растворения/осаждения для диагенеза в осадочных бассейнах». Дж. Геофиз. Рез . 108 (B10): 2269. Бибкод : 2003JGRB..108.2509F . CiteSeerX 10.1.1.190.4424 . дои : 10.1029/2002jb002269 .
- ^ Фосколос А.Е., Пауэлл Т.Г., Гюнтер П.Р. (1976). «Использование глинистых минералов, неорганических и органических геохимических индикаторов для оценки степени диагенеза и нефтегенеративности сланцев». Geochimica et Cosmochimica Acta . 40 (8): 953–966. Бибкод : 1976GeCoA..40..953F . дои : 10.1016/0016-7037(76)90144-7 .
- ^ Ловли Д.Р. (июнь 1991 г.). «Диссимиляционное восстановление Fe(III) и Mn(IV)» . Микробиологические обзоры . 55 (2): 259–87. дои : 10.1128/MMBR.55.2.259-287.1991 . ПМЦ 372814 . ПМИД 1886521 .
- ^ Васс, А.А. (2001). «За могилой: понимание человеческого разложения» (PDF) . Микробиология сегодня . 28 .
Геологические принципы и процессы |
|---|
