Смоляная яма
Смолистые ямы , иногда называемые асфальтовыми ямами , представляют собой крупные залежи асфальта . Они образуются в присутствии нефти , которая образуется, когда разложившееся органическое вещество подвергается давлению под землей. Если эта сырая нефть просачивается вверх через трещины, каналы или пористые слои осадочных пород, она может накапливаться на поверхности. [ 1 ] Более легкие компоненты сырой нефти испаряются в атмосферу, оставляя после себя черный липкий асфальт. [ 1 ] Ямы с смолой часто раскапывают, потому что они содержат большие коллекции окаменелостей. [ 1 ]
Смолистые ямы образуются над запасами нефти, и эти отложения часто встречаются в антиклинальных ловушках . Фактически, около 80 процентов нефти, обнаруженной на Земле, было обнаружено в антиклинальных ловушках. [ 2 ] Антиклинали представляют собой складки в стратиграфических слоях , в которых каждая половина складки опускается от гребня. Такие структуры обычно развиваются над надвигами или в тектонических регионах, где земля изгибается и складчато. Если структура над вогнутой складкой (аркой) представляет собой непористую породу или аквитард , например сланец , она считается антиклинальной ловушкой. [ 2 ] Рисунок в этом разделе представляет собой мультяшную диаграмму поперечного сечения, на которой показана нефть, застрявшая в антиклинальной ловушке. над запасами нефти имеется разлом или трещина Если в вышележащих пластах , нефть может мигрировать на поверхность. Это возможно благодаря капиллярным краям и потому, что нефть менее плотна, чем вода. [ 3 ]
Химия
[ редактировать ]Смоленные ямы – это лужи асфальта. Однако в начале своего формирования они не всегда были липкими и плотными. Бассейны состояли из сырой нефти , зародившейся под поверхностью Земли. Сырая нефть представляет собой смесь гетероатомных соединений, углеводородов , металлов и неорганических соединений . [ 4 ] Гетероатомные соединения — это органические молекулы, которые содержат элементы, не являющиеся углеродом или водородом, тогда как углеводороды содержат только углерод и водород. [ 4 ] Сырая нефть менее вязкая , чем асфальт, поскольку содержит более высокий процент легких углеводородов. [ 5 ] К легким углеводородам относятся следующие алканы : метан , этан , пропан и бутан . [ 6 ] Эти молекулы имеют очень низкую молекулярную массу . Сырая нефть также может содержать некоторые неорганические примеси, такие как CO 2 , H 2 S, N 2 и O 2 . [ 6 ] На поверхности эти легкие молекулы могут испаряться из сырой нефти, оставляя после себя более тяжелые и липкие молекулы. Асфальт или битум обычно содержит цепочки углеводородных молекул с более чем 50 атомами углерода. [ 5 ] Чем длиннее углеводородная цепь, тем более вязкой она становится, а температура кипения повышается. [ 5 ]
Испарение является важным процессом в образовании смоляных ям. Резервуар легкой сырой нефти на поверхности Земли может сократиться до 75% от первоначального объема всего за несколько дней, в результате чего образуется асфальт. Для средней нефти объем может быть уменьшен на 40%. [ 7 ] Сырая нефть испаряется по-разному в зависимости от ее химического состава. [ 4 ] Средний массовый состав образца битума составляет 80,2 % углерода, 7,5 % водорода, 7,6 % кислорода, 1,7 % азота и 3,0 % серы. [ 2 ]
Известные смоляные ямы
[ редактировать ]Смоляные ямы Ла Бреа
[ редактировать ]Смоляные ямы Ла Бреа расположены в Лос-Анджелесе . Нефть, которая видна на поверхности, добывается из резервуара нефтяного месторождения Солт-Лейк-Сити и нефтеносных песков формаций Репетто и Пико . [ 8 ] Эти нефтяные месторождения образовались в эпоху миоцена, когда морские планктонные организмы скопились в океанском бассейне. [ 9 ] Со временем отложения погребли организмы на глубине от 300 до 1000 метров под поверхностью Земли, подвергнув их высокому давлению. Этот процесс превратил органическое вещество в масло. Разлом 6-й улицы, пересекающий нефтяное месторождение Солт-Лейк-Сити, является трубопроводом, питающим смолистые карьеры Ла-Бреа. [ 8 ] Нефть со временем мигрировала на поверхность, улавливая и сохраняя животных и растения в течение последних 50 000 лет. [ 9 ]
Карпинтерийские смоляные ямы
[ редактировать ]расположены Смоляные ямы Карпинтерия в парке Тар-Питс в Карпинтерии, Калифорния. Было предсказано, что эти смоляные ямы образовались во время плейстоцена. В ходе раскопок было обнаружено 25 видов растений, а также 55 видов птиц и 26 видов млекопитающих. [ 10 ] Источники смолы все еще просачиваются на поверхность через трещины в нижележащих стратиграфических слоях морских сланцев. [ 10 ]
Асфальтовое озеро Бинагади
[ редактировать ]Бинагадинское асфальтовое озеро расположено в Азербайджане , или на Кавказе, в регионе между Черным и Каспийским морями . Эта смоляная яма известна тем, что в ней сохранились головы и тела множества пещерных львов , млекопитающих, процветавших в плейстоцене . [ 11 ] В асфальтовом озере Бинагади также был найден череп лошади хорошей сохранности. Его возраст оценивается в 96-120 тысяч лет. Он выставлен в Естественно-историческом музее Азербайджана в Баку , Азербайджан . [ 12 ]
Питч-Лейк
[ редактировать ]Озеро Питч в Тринидаде и Тобаго представляет собой большую чашеобразную впадину, заполненную битумом. Озеро имеет максимальную глубину 250 футов и площадь 100 акров, что делает его крупнейшим месторождением твердого битума на Земле. [ 13 ] Озеро у берегов холодное и плотное, имеет верхний слой, по которому можно ходить. Под этой кожей асфальт непрерывно взбивается. Озеро постепенно становится мягче и горячее ближе к центру, где битум начинает пузыриться. Газ, выбрасываемый в центре озера, состоит в основном из метана и большого количества углекислого газа. [ 14 ]
Озеро Питч образовалось тысячи лет назад в результате тектонической активности. Движение вдоль разлома создало трещину, которая затронула залежи нефти и газа глубоко в земной коре. Нефть и газ со временем просочились вверх к поверхности Земли через трещину, образовав озеро Питч. Благодаря постоянному пополнению запасов нефти и газа озеро имеет небольшое течение. Течение практически незаметно, поскольку верхний слой озера Питч в основном твердый. [ 13 ]
Окаменелости
[ редактировать ]Смоляные ямы характерны для их многочисленных окаменелостей. Это происходит потому, что толстый липкий асфальт ловит животных. [ 15 ] Как только животные ступают в смолу, они обездвиживаются и сразу же начинают тонуть, если асфальт достаточно теплый и липкий. Хищники, увидев этих беспомощных животных, обычно забираются в смоляные ямы в надежде поймать следующую еду. В результате во время раскопок добычу обычно находят под хищником. [ 15 ]
Кости и твердые части животных хорошо сохраняются, поскольку после смерти организма они быстро закапываются. Под поверхностью твердые части покрыты асфальтом и защищены от климатических изменений, таких как дождь, ветер или снег, которые могут ускорить процессы выветривания. Асфальту также не хватает кислорода и воды, поэтому основные разлагающиеся организмы, такие как аэробные грибы и бактерии, отсутствуют. [ нужна ссылка ]
С 1906 года в смоляных ямах Ла-Бреа было обнаружено более миллиона костей. Идентифицирован 231 вид позвоночных, 234 вида беспозвоночных и 159 видов растений. [ 9 ] Самым частым крупным млекопитающим, встречающимся в смоляных ямах Ла Бреа, является ужасный волк , один из самых известных доисторических хищников, живших в плейстоцене . [ 16 ] Окаменелости саблезубых кошек и койотов также были в изобилии. [ 9 ] Дополнительные окаменелости постоянно обнаруживаются в ходе продолжающихся раскопок. [ 9 ]
Живые организмы
[ редактировать ]Жизнь была найдена в ок. Образец природного асфальта возрастом 28 000 лет в смоляных карьерах Ла Бреа . [ 17 ] Были обнаружены сотни новых видов бактерий, способных процветать в средах с небольшим количеством воды и воздуха или вообще без них. Они содержат специальные ферменты , способные расщеплять углеводороды и другие нефтепродукты. [ 17 ] Происхождение бактерий в этих природных асфальтовых ямах неизвестно, но считается, что они произошли от ранее существовавших почвенных микроорганизмов, переживших просачивание асфальта тысячи лет назад. Почвенным микроорганизмам пришлось адаптироваться и претерпеть генетические изменения, чтобы адаптироваться к суровой новой среде, что в конечном итоге привело к появлению новых видов бактерий. [ 17 ]
В одном исследовании преобладающие бактерии, обнаруженные в смоляных ямах Ла-Бреа, принадлежали к гаммапротеобактерий классу порядка Chromatiales , которые проще называть пурпурными серными бактериями . [ 17 ] Пурпурные серобактерии не используют воду в качестве восстановителя , поэтому кислород не образуется при дыхании . Вместо этого они используют серу в форме сульфидов в качестве восстановителя. Другие бактерии, обнаруженные в смоляных ямах, принадлежали к семейству Rubrobacteraceae . Эти бактерии известны как одни из самых устойчивых к радиации организмов на планете. [ 17 ]
Озеро Питч , еще одна асфальтовая яма в Тринидаде и Тобаго , также является средой обитания микробных сообществ архей и бактерий. Бактериальные микроорганизмы из отрядов Burkholderiales и Enterobacteriales были обнаружены живущими в каплях воды размером в микролитр, извлеченных из озера. [ 18 ] Биомасса в озере Питч-Лейк достигала 10 7 клеток на грамм асфальта. [ 19 ] Многие из этих микробов выживают за счет серы, железа, метана и других углеводородов. [ 19 ] В Питч-Лейке продолжаются исследования, поскольку оно имитирует среду, обнаруженную на поверхности , крупнейшего спутника Сатурна Титана . Открытие экстремофилов в озере Питч дает представление о возможностях микробной жизни в углеводородных озерах, обнаруженных на Титане. [ 19 ]
Вклад в выбросы парниковых газов
[ редактировать ]Смолистые ямы образуются в результате фракционирования сырой нефти на поверхности. Более легкие углеводороды сырой нефти, в том числе метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ), испаряются, оставляя после себя более крупные углеводороды, составляющие химический состав асфальта. Это вызывает беспокойство, поскольку метан, этан и пропан являются либо основными парниковыми газами , либо фотохимическими загрязнителями . [ 20 ] Смоляные ямы Ла Бреа выбрасывают около 500 кг метана в день. [ 20 ] Выбросы самые высокие вдоль разлома 6-й улицы, который является трубопроводом, по которому в смоляные ямы поступает сырая нефть из отложений под поверхностью Земли. [ 20 ] Также было обнаружено, что метан испаряется из близлежащей почвы, влияя на физиологию местных трав. Смоляные ямы Ла-Бреа имеют самый высокий поток природного газа среди всех береговых зон просачивания в Соединенных Штатах. [ 20 ] В глобальном масштабе геологические оценки выбросов CH 4 и C 2 H 6 в результате просачивания газа в осадочные породы составляют порядка 50-70 Тг/год и 2-4 Тг/год соответственно. Эти значения составляют примерно половину мировых выбросов CH 4 и C 2 H 6 от антропогенного ископаемого топлива сжигания , которые составляют примерно 100-150 Тг CH 4 /год и 6-8 Тг C 2 H 6 /год. [ 20 ] Эти выбросы углеводородов могут способствовать биоразложению нефти и метаногенезу в смоляных ямах. [ 20 ]
При моделировании атмосферных парниковых газов следует учитывать естественные геологические источники метана и других углеводородов. Не все источники углеводородов в атмосфере являются результатом антропогенных выбросов. [ 20 ]
Опасности смоляных ям
[ редактировать ]Утечка углеводородов в городских или промышленных районах представляет собой геологическую опасность из-за взрывоопасного характера углеводородов. 24 марта 1985 года карман метана прошел через небольшое отверстие между плитой пола и фундаментными стенами универмага одежды Ross в Лос-Анджелесе , всего в миле к северу от смоляных ям Ла Бреа. Этот метановый карман вызвал взрыв, в результате которого пострадал 21 человек. [ 21 ] Это событие повысило осведомленность о потенциальной опасности скоплений метана и утечки углеводородов в этом районе. [ 21 ]
Ключ к поведению палеорастений
[ редактировать ]Смолистые ямы являются отличными консервантами, а также способны предоставить данные об изотопах углерода для деревьев, упавших в асфальт. Изучение данных об изотопах углерода в доисторических деревьях может дать информацию о реакции растений на различные количества углекислого газа в палеоатмосфере . [ 22 ] Образцы можжевельника деревьев последнего ледникового периода были извлечены из смоляных ям Ла Бреа, и они показали, что соотношение межклеточного и атмосферного CO 2 было одинаковым между ледниковыми и современными деревьями. Поскольку количество углекислого газа во время последнего ледникового периода составляло от 180 до 200 частей на миллион (сегодня 409,8 частей на миллион), [ 23 ] было доступно меньше углерода для фотосинтеза . Деревьям можжевельника пришлось увеличить поглощение CO2 , чтобы выжить в условиях ограниченного содержания углерода. Вполне вероятно, что устьичная проводимость деревьев и потребность хлоропластов в CO 2 в этот период были выше, что привело к увеличению потребления ими углерода. [ 22 ] При переходе в следующий межледниковый период устьичная проводимость деревьев можжевельника и потребность хлоропластов в CO 2 снизились в результате более высоких температур и более высоких концентраций CO 2 в атмосфере. Эта реакция на колебания уровня углерода наблюдается у растений с течением времени. Например, повышенная устьичная проводимость наблюдается у современных растений С3, выращенных в среде с низким содержанием CO2 . [ 22 ] Также предполагается, что более влажный климат во время последнего ледникового периода мог увеличить доступность азота для растений, что, следовательно, увеличило концентрацию азота в листьях. Это изменение могло увеличить можжевельника . фотосинтетические способности деревьев [ 22 ]
История смоляных ям и людей
[ редактировать ]Тело женщины было обнаружено в смоляных ямах Ла-Бреа в 1914 году. Сохранились только череп и части скелета, и было установлено, что она умерла около 9000 лет назад. [ 24 ] На момент смерти ей было от 18 до 24 лет, ее рост составлял 4 фута 8–10 дюймов. [ 24 ] Это единственный зарегистрированный случай обнаружения человеческих останков в смоляных ямах. [ 25 ]
На протяжении тысячелетий коренные американцы использовали смолу из смоляных ям Ла Бреа в качестве клея и связующего вещества. [ 1 ] Они использовали его в качестве водонепроницаемого уплотнителя для обшивки своих лодок и корзин. Когда европейцы прибыли на смоляные ямы, они начали добывать смолу для изготовления кровельного материала в близлежащих городах. [ 1 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и «Смольные ямы Ла Бреа» . Музей палеонтологии Калифорнийского университета . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Физические ресурсы Земли: Нефть: просмотреть на одной странице» . www.open.edu . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Дюссо, Морис Б. (1 января 2004 г.). «Связанные термомехано-химические процессы в сланцах: нефтяная скважина» . Серия книг Elsevier по геоинженерии . 2 : 573–580. дои : 10.1016/S1571-9960(04)80101-0 . ISBN 9780080445250 . ISSN 1571-9960 .
- ^ Jump up to: а б с «Химический состав сырой нефти | FSC 432: Нефтепереработка» . www.e-education.psu.edu . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Химические вещества из нефти | S-cool, пересмотренный веб-сайт» . www.s-cool.co.uk . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «2.5: Типы углеводородов | PNG 301: Введение в нефтяную и газовую инженерию» . www.e-education.psu.edu . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Фингас, Мерв (1995). «Испарение разливов нефти» (PDF) . Материалы восемнадцатого технического семинара по программе арктических морских разливов нефти – через Университет Макгилла.
- ^ Jump up to: а б Вебер, Дерек; Маркес, Берта А.; Тейлор, Чарниз; Рая, Пол; Контрерас, Пол; Ховард, Дэвид; Нвачуку, Икенна; Фуско, Кэти; Моралес, Фернанда; Дозема, Ламберт А. (1 сентября 2017 г.). «Макропросачивание метана и легких алканов в смоляных карьерах Ла Бреа в Лос-Анджелесе» . Журнал химии атмосферы . 74 (3): 339–356. Бибкод : 2017JAtC...74..339W . дои : 10.1007/s10874-016-9346-4 . ISSN 1573-0662 . S2CID 101426941 .
- ^ Jump up to: а б с д и «Смольные ямы Ла-Бреа и парк Хэнкок | Смольные ямы Ла-Бреа» . tarpits.org . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Григгс, Дэвид (2014). «НОВОСТНОЙ БЮЛЛЕТЕНЬ Исторического общества долины Карпинтерия» (PDF) . Виноградная лоза .
- ^ Гимранов Дмитрий; Косинцев, Павел (30 апреля 2020 г.). «Крупные млекопитающие четвертичного возраста из пещеры Иманай» . Четвертичный интернационал . 546 : 125–134. Бибкод : 2020QuInt.546..125G . дои : 10.1016/j.quaint.2020.01.014 . ISSN 1040-6182 . S2CID 213287530 .
- ^ Алекперли, Фарид (2016). «Лошади Азербайджана: исторический обзор» (PDF) . Азербайджанская Ассоциация Историков Медицины .
- ^ Jump up to: а б «Озеро Питч, Тринидад — геологическое чудо, из которого добывают асфальт» . Национальные музеи Ливерпуля . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ «Озеро Ла Бреа Питч» . Центр всемирного наследия ЮНЕСКО . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «Ископаемые – окно в прошлое» . ucmp.berkeley.edu . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ «Жуткий волк» . igws.indiana.edu . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Ким, Чен-Шик; Кроули, Дэвид Э. (15 июля 2007 г.). «Микробное разнообразие в природных асфальтах смоляных карьеров ранчо Ла Бреа» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (14): 4579–4591. Бибкод : 2007ApEnM..73.4579K . дои : 10.1128/АЕМ.01372-06 . ISSN 0099-2240 . ЧВК 1932828 . ПМИД 17416692 .
- ^ Мадхусуданан, Джьоти (8 августа 2014 г.). «Микробы в смоляной яме» . Ученый . Проверено 14 августа 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Шульце-Макух, Дирк; Хак, Ширин; Соуза Антонио, военно-морской флот повторно; Рано, Дензил; Хосейн, Эр-Рияд; Сонг, Янг К.; Ян, Цзиньшу; Зайкова, Елена; Беклс, Дениз М.; Гинан, Эдвард; Лехто, Гарри Дж. (1 апреля 2011 г.). «Микробная жизнь в пустыне с жидким асфальтом» . Астробиология . 11 (3): 241–258. arXiv : 1004.2047 . Бибкод : 2011AsBio..11..241S . дои : 10.1089/ast.2010.0488 . ISSN 1531-1074 . ПМИД 21480792 . S2CID 22078593 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Эфиопия, Г.; Дозема, Луизиана; Пачеко, К. (2017). «Выбросы метана и более тяжелых алканов из района просачивания смолистых ям Ла-Бреа, Лос-Анджелес» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (21): 12, 008–12, 019. Бибкод : 2017JGRD..12212008E . дои : 10.1002/2017JD027675 . ISSN 2169-8996 .
- ^ Jump up to: а б Клейтон, Джанет (1985). «Обеспокоенность по поводу метана висит над районом Фэрфакса» . Лос-Анджелес Таймс .
- ^ Jump up to: а б с д Герхарт, Лачи М.; Харрис, Джон М.; Нипперт, Джесси Б.; Сэндквист, Даррен Р.; Уорд, Джой К. (2012). «Ледниковые деревья из смоляных карьеров Ла Бреа демонстрируют физиологические ограничения низкого уровня CO2» . Новый фитолог . 194 (1): 63–69. дои : 10.1111/j.1469-8137.2011.04025.x . ISSN 1469-8137 . ПМИД 22187970 .
- ^ «Изменение климата: углекислый газ в атмосфере | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Проверено 26 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Мерриам, Дж. К. (7 августа 1914 г.). «Предварительный отчет об обнаружении человеческих останков в залежи асфальта на Ранчо ла Бреа» . Наука . 40 (1023): 198–203. Бибкод : 1914Sci....40..198M . дои : 10.1126/science.40.1023.198 . hdl : 2027/uc1.c045791729 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17800300 .
- ^ «Женщина Ла Бреа — Лос-Анджелес» . www.laalmanac.com . Проверено 26 апреля 2021 г.