Диагенез - Diagenesis

Форма диагенеза - это перминерализация, в котором погребенные организмы заменены минералами. Эти трилобиты (Ллойдолитус ) были заменены на пирит во время определенного типа перминерализации, называемого пиритизация.


Диагенез (/ˌdаɪəˈdʒɛпɪsɪs/) - это процесс, описывающий физические и химические изменения в отложения вызвано повышением температуры и давления, поскольку они погружаются в земную кору.[1] На ранних стадиях это превращение осадка в осадочная порода (литификация ) сопровождается просто уменьшением пористости, а его составляющая минералогия остается без изменений. По мере того, как порода уносится глубже за счет дальнейшего отложения выше, ее органическое содержание превращается в керогены и битум. Процесс диагенеза исключает изменение поверхности (выветривание ) и метаморфизм. Нет резкой границы между диагенезом и метаморфизм, но последнее происходит при более высоких температуры и давление. Гидротермальные растворы, метеорные подземные воды, пористость, проницаемость, растворимость и время - все это влияющие факторы.

После осаждения отложения уплотняются, поскольку они погребены под последовательными слоями осадка и цементируются минералами, которые выпадают из осадка. решение. Крупинки осадка, Скала фрагменты и окаменелости могут быть заменены другими минералами во время диагенеза. Пористость обычно уменьшается во время диагенеза, за исключением редких случаев, таких как растворение минералов и доломитизация.

Изучение диагенеза горных пород используется для понимания геологической истории, которой они подверглись, а также природы и типа флюидов, которые циркулировали через них. С коммерческой точки зрения такие исследования помогают оценить вероятность обнаружения различных экономически жизнеспособных полезных ископаемых и углеводород депозиты.

Процесс диагенеза также важен при разложении костной ткани.[2]

Роль в антропологии и палеонтологии

Изначально кальцитовый криноид стебель (в поперечном сечении) диагенетически заменен на марказит в сидерит конкреция; Нижний карбон.

Термин «диагенез», буквально означающий «через поколение»,[3] широко используется в геология. Однако этот термин просочился в сферу антропология, археология и палеонтология для описания изменений и модификаций, происходящих в скелетном (биологическом) материале. В частности, диагенез «представляет собой совокупную физическую, химическую и биологическую среду; эти процессы будут изменять 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 археологический или ископаемое кости необходимо оценить многие факторы, начиная с элементного и минералогического состава кости и окружающего грунта, а также от местной среды захоронения (геология, климатология, грунтовые воды ).[5]

Составная природа кости, на треть состоящей из органических (в основном белок коллаген ) и две трети минеральных (фосфат кальция в основном в виде гидроксиапатит ) усложняет его диагенез.[6] Изменение происходит на всех уровнях: от потери и замещения молекул до реорганизации кристаллитов, пористости и микроструктурных изменений, а во многих случаях и до разрушения целой единицы.[7] Выявлены три основных пути диагенеза кости:

  1. Химическое разрушение органической фазы.
  2. Химическое разрушение минеральной фазы.
  3. (Микро) биологическая атака композита.[8]

Вот они:

  1. В растворение коллагена зависит от времени, температуры и pH окружающей среды.[8] При высоких температурах скорость потеря коллагена будет ускоренным и экстремальным pH может вызвать набухание коллагена и ускорить гидролиз.[8] В связи с увеличением пористость костей из-за потери коллагена, кость становится восприимчивой к гидролитическому проникновение где гидроксиапатит с его сродством к аминокислоты, разрешает заряженные виды эндогенный и экзогенный происхождение, чтобы поселиться.[2]
  2. В гидролитический активность играет ключевую роль в минеральных фазовых превращениях, которые подвергают коллаген ускоренному химическому и биоразложению.[8] Химические изменения влияют кристалличность.[2] Механизмы химического изменения, такие как поглощение F− или CO3− может вызвать перекристаллизация где гидроксиапатит растворяется и повторноосажденный позволяя включение или замену экзогенного материала.[2]
  3. Как только человек был похоронен, микробная атака, наиболее распространенный механизм разрушения костей, происходит быстро.[8] Во время этой фазы большая часть костного коллагена теряется, и пористость увеличивается.[2] Растворение минеральной фазы, вызванное низким pH обеспечивает доступ к коллагену внеклеточным микробным ферментам, таким образом, микробная атака.[8]

Роль в производстве углеводородов

Когда животные или растения захоронены во время осаждения, составляющие органические молекулы (липиды, белки, углеводы и лигнин -гуминовый соединений) распадаются из-за увеличения температура и давление. Это преобразование происходит в первых нескольких сотнях метров захоронения и приводит к созданию двух основных продуктов: керогены и битум.

Принято считать, что углеводороды образуются в результате термического изменения этих керогенов ( биогенный теория). Таким образом, при определенных условиях (которые в значительной степени зависят от температуры) керогены будут распадаться с образованием углеводородов посредством химического процесса, известного как треск, или катагенез.

Кинетическая модель, основанная на экспериментальных данных, может уловить большую часть существенных преобразований в диагенезе,[9] и математическая модель уплотняющей пористой среды для моделирования механизма растворения-осаждения.[10] Эти модели интенсивно изучаются и применяются в реальных геологических приложениях.

Диагенез был разделен по генезису углеводородов и углей на: эодиагенез (рано), мезодиагенез (в центре) и телодиагенез (поздно). На ранней стадии или стадии эодиагенеза сланцы теряют поровую воду, углеводороды практически не образуются и уголь варьируется между лигнит и полубитуминозный. Во время мезодиагенеза обезвоживание глинистые минералы происходит основное развитие нефтеобразования и летучесть от высокой до низкой. битуминозные угли сформированы. Во время телодиагенеза органическое вещество подвергается треск производится сухой газ; полу-антрацит угли развиваются.[11]

Ранний диагенез во вновь образованных водных отложениях опосредуется микроорганизмами, использующими различные акцепторы электронов как часть своего метаболизма. Органическое вещество минерализовано с выделением газообразного углекислый газ (CO2) в поровых водах, которые, в зависимости от условий, могут диффундировать в толщу воды. Различные процессы минерализации в этой фазе нитрификация и денитрификация, марганец восстановление оксидов, утюг восстановление гидроксида, сульфатредукция, и ферментация.[12]

Роль в разложении костей

Диагенез изменяет пропорции органического коллагена и неорганических компонентов (гидроксиапатит, кальций, магний) в кости, подверженной воздействию условий окружающей среды, особенно влаги. Это достигается за счет обмена естественными компонентами кости, осаждения в пустотах или дефектах, адсорбции на поверхность кости и вымывания из кости.[2][13]

Смотрите также

  • Халцедон - Микрокристаллические разновидности кремнезема, также могут содержать моганит
  • Chert - Твердая мелкозернистая осадочная порода, состоящая из скрытокристаллического кремнезема.
  • Флинт - Скрытокристаллическая форма минерального кварца
  • Конкреция - Плотная масса, образованная осаждением минерального цемента между частицами
  • Ископаемое - Сохранившиеся останки или следы организмов прошлой геологической эпохи

использованная литература

  1. ^ Маршак, Стивен, 2009 г., Основы геологии, W. W. Norton & Company, 3-е изд. ISBN  978-0393196566
  2. ^ а б c d е ж Хеджес, Р. Э. М. (2002). «Диагенез костей: обзор процессов». Археометрия. 44 (3): 319–328. Дои:10.1111/1475-4754.00064.
  3. ^ Оксфордский словарь английского языка.
  4. ^ Уилсон, Л. и М. Поллард, «Сегодня здесь, завтра нет? Комплексные эксперименты и геохимическое моделирование в исследованиях археологических диагенетических изменений». Отчеты о химических исследованиях, 2002. 35 (8): с. 644–651.
  5. ^ а б Zapata, J .; и другие. (2006). «Диагенез, а не биогенез: два позднеримских скелетных примера». Наука об окружающей среде в целом. 369 (1–3): 357–368. Bibcode:2006ScTEn.369..357Z. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2006.05.021. PMID  16828844.
  6. ^ Николсон, Р. А. (1996). "Разрушение костей, среда захоронения и представление видов: развенчание мифов и экспериментальный подход". Журнал археологической науки. 23 (4): 513–533. Дои:10.1006 / jasc.1996.0049.
  7. ^ Нильсен-Марш, К. М. (2000). «Паттерны диагенеза в кости I: влияние окружающей среды». Журнал археологической науки. 27 (12): 1139–1150. Дои:10.1006 / jasc.1999.0537.
  8. ^ а б c d е ж Коллинз, М. Дж .; и другие. (2002). «Выживание органического вещества в кости: обзор». Археометрия. 44 (3): 383–394. Дои:10.1111 / 1475-4754.t01-1-00071.
  9. ^ Abercrombie, H.J .; Hutcheon, I.E .; Bloch, J.D .; Каритат П. (1994). «Активность кремнезема и смектит-иллитовая реакция». Геология. 22 (6): 539–542. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1994) 022 <0539: saatsi> 2.3.co; 2.
  10. ^ Fowler, A.C .; Ян, X.С. (2003). «Механизмы растворения / осаждения для диагенеза в осадочных бассейнах». J. Geophys. Res. 108 (B10): 2269. Bibcode:2003JGRB..108.2509F. CiteSeerX  10.1.1.190.4424. Дои:10.1029 / 2002jb002269.
  11. ^ Foscolos, A.E .; Powell, T. G .; Гюнтер, П. Р. (1976). «Использование глинистых минералов и неорганических и органических геохимических индикаторов для оценки степени диагенеза и нефтегазоносности сланцев». Geochimica et Cosmochimica Acta. 40 (8): 953–966. Bibcode:1976GeCoA..40..953F. Дои:10.1016/0016-7037(76)90144-7.
  12. ^ Ловли, Д. Р. (1991). «Диссимиляционное восстановление Fe (II) и Mn (IV)». Микробиологические обзоры. 55 (2): 259–287. Дои:10.1128 / MMBR.55.2.259-287.1991. PMID  1886521.
  13. ^ «За могилой: понимание разложения человека» А. А. Васс Микробиология сегодня 2001 [1]