La preservacin de la materia orgnica

Se trata principalmente de restos de partculas de fitoplancton que forman la materia orgnica en la mayora delos lechos marinos y muchos sedimentos acuticos. Los factores que afectan la preservacin de estos restos dependen el flujo de materia orgnica.

El flujo de materia orgnica a los sedimentos, a su vez, depende de su tasa de produccin en las aguas superficiales (la productividad biolgica) y la profundidad de la columna de agua que cubre. organismos auttrofos (algas y bacterias fotosintticas), llamadas colectivamente fitoplancton, son responsables de casi todos los de produccin primaria de carbono orgnico en los ecosistemas marinos, as como muchos otros de agua dulce.La productividad depende principalmente de la disponibilidad de nutrientes, que en el ocano depende de la proximidad a las costas y la circulacin de los ocanos (vamos a discutir la distribucin de nutrientes y la productividad en ms detalle en el captulo siguiente.

La materia orgnica a pesar de la cada columna de agua de la zona superior fotosintticos (200 metros como mximo) es remineralizado rpidamente por bacterias y animales en la columna de agua. De ah que la mayor es la profundidad del agua, menos materia orgnica alcanza el sedimento. En ambientes marinos marginales, es decir, adyacente a los continentes, por ejemplo, como deltas de ros, bahas, estuarios y mares marginales, la tierra derivados de restos de plantas superiores constituyen una fraccin importante de la acumulacin de materia orgnica. Ese material se dice que es un l -- lochthonous (es decir, obtenidos de fuentes externas al cuerpo de agua). La materia orgnica producida en la inmediata cuerpo de agua se llama autctonas. Las concentraciones de carbono orgnico son inversamente correlacionada con el tamao de grano-por varias razones.

Primero,

baja densidad de partculas orgnicas slo puede acumular agua, donde las velocidades son lo suficientemente bajos para permitir partculas ms finas a cabo para resolver. En segundo lugar, una fraccin importante de la materia orgnica en los sedimentos puede estar presentes en los revestimientos como los granos de minerales (Mayer, 1993).

Pequeos granos tienen una mayor superficie por unidad masa o de volumen, y por lo tanto, tienen mayor contenido orgnico. Mayer (1993) tambin sostiene que adsorbida materia orgnica es ms refractario que en partculas discretas, lo que significa que es ms probable que sobrevivir por heterotrophos consumo en el sedimento.

En tercer lugar, la permeabilidad de grano fino sedimentos es inferior a la de grano grueso queridos. En caso de que la permeabilidad es baja, el flujo de oxgeno en los sedimentos tambin ser baja.

La disponibilidad de oxidantes y, en particular, el oxgeno, es decir, como uno podra esperar, entre los ms importantes factores en la supervivencia de la materia orgnica. En pocas palabras, la preservacin de importantes cantidades de la materia orgnica en los sedimentos requiere que el entierro de flujo de materia orgnica superior a la de flujo de oxidantes.

El flujo de oxidantes depende de la velocidad de sedimentacin, bioturbacin, y la difusin, y sus en la disponibilidad de agua que cubre. En caso de que el flujo de enterramiento de carbono orgnico superior a la baja flujo de oxgeno, este ltimo, en ltima instancia, ser completamente consumido y se convertir en condiciones de reducir.

En ese momento la respiracin aerbica debe cesar. Esto puede ocurrir ya sea dentro de los sedimentos, o dentro de la columna de agua propia. Situaciones en que se convierte en aguas profundas anxicas son raros en el moderno los ocanos (de hecho, en la mayora de las profundidades del ocano condiciones no se conviertan en anxicas incluso en el sedimento), sino que se produce slo en unas pocas cuencas donde la circulacin de aguas profundas se limita, como el Mar Negro. Sin embargo, anoxicity parece haber sido ms comn en ciertos momentos en el pasado geolgico, tales como el Cretcico, cuando la circulacin de los ocanos era diferente.

Anoxicity es quizs ms comn en los lagos, donde la abundancia de nutrientes es mayor que en el ocano abierto.

Si preservacin de la alta concentracin de materia orgnica en los sedimentos de fondo requiere anxicas el agua es un asunto de debate. Calvert y Pederson (1992) sealan que la acumulacin de sedimentos en oxic cuencas anxicas y similares contenido carbono orgnico. Tambin sostienen que el alcance de la descomposicin marinos de la materia orgnica es similar oxic y bajo condiciones anxicas, aunque terrestre orgnicos cuestin a ser menos degradadas por los reductores de sulfato. Por otra parte, Killops y Killops (1993) punto que la antigedad de lpidos ricos en sedimentos de la especie que puedan dar lugar a petrleo son generalmente finalmente laminado, lo que implica una falta de bioturbacin y, por tanto, las condiciones anxicas en el sedimento-agua interfaz.

Diagenesis de sedimentos marinos

Diagenesis en el contexto de la materia orgnica se refiere a los cambios inducidos biolgicamente la materia orgnica en composicin que se producen en los sedimentos depositados recientemente. En realidad, estos cambios orgnicos antes de comenzar cuestin llega a los sedimentos como la materia orgnica hundimiento a travs de la columna de agua es alimentado por ambos la macrofauna y bacterias. De hecho, una proporcin significativa de la materia orgnica llegar a la sedimentos hace en la forma de "pellets" de fecales de todo, desde el zooplancton a las ballenas.

Descomposicin contina una vez que la materia orgnica en los sedimentos llega a la superficie. Entierro posteriormente por la acumulacin de de sedimentos que eventualmente aislados del agua. En caso de que el entierro de flujo de materia orgnica es lo suficientemente alta, el oxgeno es consumido y el tiempo como la materia orgnica est enterrado progresivamente mayor profundidad, es atacada por una serie de comunidades bacterianas utilizando una progresin de los receptores de electrones.

Podemos(oxidantes) en la disminucin de p predecir el fin del uso de estos oxidantes de la AEG de las reacciones redox que participan, se muestra en la Tabla 14.8. Por lo tanto, se desplazan hacia abajo en una columna de acumulacin de de sedimentos, esperamos que, tras el consumo de oxgeno libre, una serie de zonas donde el nitrato, Mn (IV), Fe (III), sulfato, nitrgeno y de reduccin de producirse.

Cada una de estas zonas ser colonizada por una flora bacteriana adaptados para las condiciones en esa zona . Una vez que todos los oxidantes se consumen, la respiracin contina a travs de la fermentacin.

La mayor parte de la materia orgnica en los sedimentos existe en forma slida, sin embargo, slo los compuestos disueltos puede cruzar las membranas celulares y ser una fuente til de la nutricin a los microbios. Por esta razn, las bacterias liberacin exoenzymes esa primera insoluble romper molculas orgnicas complejas en los ms pequeos soluble Complex .

las molculas orgnicas por lo general no puede ser oxidado por completo por un solo organismo, ya que ningn organismo Es probable que producir todas las medidas necesarias enzimas. En cambio, las macromolculas se desglosan por consorcios de bacterias. En cada paso, algo de energa se libera molculas ms pequeas y se producen como desecho; estos son posteriormente atacadas por otras bacterias.

As pues, las protenas,carbohidratos, lpidos y se rompen abajo en aminocidos, azcares simples y cidos grasos de cadena larga. Estas pequeas molculas pueden ser atacado por fermentacin de bacterias que producen cido actico, otros de cadena corta de cidos carboxlicos, alcoholes, hidrgeno, y el CO2. En el paso final, estos se convierten en metano (CH4) por methanogenic bacterias. Durante este proceso, los restos de las bacterias s pueden convertirse en una parte significativa de la sedimentarios de materia orgnica. Los resultados por etapas de oxidacin en una interdependencia entre las distintas especies bacterianas en cada comunidad, como muchas especies dependen de la waste productos de otras especies. Hay tambin un carcter ms general interdependencia entre las comunidades en los sedimentos. Por ejemplo, comunidades anaerbicas depender de los aerbicos para producir un medio ambiente anxico. La reduccin de los compuestos, por ejemplo sulfuro, amonaco y metano, que son productos de desecho de las comunidades anaerbicas en el nivel de profundidad, difundir al alza oxic en la zona donde se oxidan por diversos fotosinttica, quimiosintticos, y methyltrophic (metano-oxidantes) las bacterias. examinado en el nivel microscpico, la separacin de especies bacterianas no es este simple o completa. Por ejemplo, dentro de la zona oxic, hay anxicas microambientes donde anerobic bacterias florecer.

Tanto la abundancia de materia orgnica cuestin y de las bacterias disminucin con la profundidad en el mar los sedimentos, las concentraciones ms altas de ambos se encuentran en la parte superior de 10 cm. Tambin hay pruebas de que la descomposicin disminucin de las tasas cuando las condiciones convertirse en anxicas (que se resumen en Henrichs, 1993). As, la mayora de remineralizacin se produce en el alto 1 o 2 metros y la mayor parte de la materia orgnica enterrado debajo de esta profundidad se conservados a largo plazo (Henrichs, 1993). Qu molculas se conservan? Como se podra esperar, las molculas orgnicas simples, como aminocidos cidos, azcares, y de cadena corta de cidos carboxlicos son rpidamente descompuestos por las bacterias (las escalas de tiempo das a semanas). Molculas ms complejas, tales como los polisacridos y los cidos grasos parece que se descomponen ms de unos pocos meses a unos pocos aos (Henrichs, 1993). Determinadas clases de compuestos, principalmente los que sirven como celular materiales estructurales (por ejemplo, los componentes de paredes celulares), parecen ser particularmente resistentes a la descomposicin bacteriana y forma la mayor parte de las conservas de la materia orgnica. Ejemplos de estos materiales son resistentes algaenans, que se encuentran en las paredes celulares de algas marinas, y phlorotannins (De Leeuw y Largeau, 1993). Allochthonous material derivado del aumento de las plantas puede contribuir tambin una serie de resistentes aromticos ricos en compuestos (vase infra) a los sedimentos en marginal del medio ambiente marino. Sin embargo, una pequea fraccin de los compuestos fcilmente metabolizados es tambin conservas. Incluso mayores de sedimentos, en la que se ha producido una gran oportunidad para la descomposicin bacteriana, contiene bajas concentraciones de tales compuestos. Estas molculas pueden sobrevivir porque se encuentran en micro-ambientes que protegen de las enzimas bacterianas. Por lo tanto lbil molculas envasados dentro de estructuras resistentes (por ejemplo, las esporas, polen) puede ser preservado. Adsorcin a las partculas inorgnicas tambin puede permitirse un grado de proteccin. Enzima la hidrlisis catalizada-a menudo requiere una precisa y singular adaptacin fsica de la enzima y reactivo. La parte de la superficie de una orgnica molcula adsorbida en una superficie inorgnicos no ser accesible a la enzima. Las molculas orgnicas parcial o totalmente dentro de micropores sobre la superficie slida ser an ms protegidos. Del mismo modo, podemos esperar material protenico en los depsitos de carbonato de ser algo protegido de bacterias enzimas.

Diagenesis de sedimentos acuticos

En general, diagenesis en sedimentos de agua dulce es similar a la marina diagenesis. Como es tambin el en el caso de los sedimentos marinos, la mayora de los detritus orgnicos en los medios acuticos se origina a partir de plantas, animales que contribuyen menos del 10%. Tal vez la principal diferencia en diagenesis entre las grandes lagos y el ocano es mucho ms baja la concentracin de sulfato de lagos. Sulfato es importante tanto como un oxidante y de azufre, porque puede incorporarse en las molculas orgnicas (principalmente lpidos) en diagenesis temprana, un proceso conocido como el natural vulcanization. Dado que las aguas tienen bajos las concentraciones de sulfato, la zona de reduccin de sulfato es restringido y de vulcanizacin no se produce. De lo contrario, el misma secuencia de uso y oxidante se produce la descomposicin, y la mayora de los cerca de remineralizacin se produce el sedimento-agua interfaz. En los grandes lagos, la mayor parte de la materia orgnica llegar a los sedimentos pueden ser autctono (es decir, producidos en el lago en s, principalmente por el fitoplancton), como es el caso de ambientes marinos. Sin embargo, a menudo allochthonous la materia orgnica derivada de plantas terrestres constituye un importante de la parte orgnica de flujo de sedimentos acuticos. Plantas superiores que viven en el agua tambin puede Debido a que la especiacin de amonaco es dependiente del pH, la AEG de la cantidad de nitrgeno reaccin de fijacin depende en gran medida de pH.

contribuir materia orgnica, y ese material es el que predomina en los pantanos y marismas. La importancia de Esto se debe a que las plantas superiores contienen una mayor abundancia de compuestos aromticos de las algas. Hemos encontrado anteriormente en el captulo que los compuestos aromticos suelen ser especialmente estables. Por lo tanto, no es de extraar que encontrar que aromticos tales como lignins, taninos, gomas, curtans, y suberans, todos producidos por el aumento de las plantas, son especialmente resistentes a la descomposicin bacteriana y, por tanto, ms fcilmente se conserva en sedimento. Carbn est formado por la compactacin y diagenesis de orgnicos ricos en sedimentos, llamada turba, depositado en los pantanos. En contraste con el petrleo, que pueden formar en los sedimentos que contienen slo un pequeo tanto por ciento de materia orgnica cuestin, el carbn las formas de sedimentos en los que el contenido orgnico es el dominante.

Son muchos los ejemplos de los modernos entornos en los que tales orgnicos ricos es ahora de acumulacin. Produccin de la turba en estos ambientes es consecuencia de una serie de factores. El primero de ellos es la productividad. Los humedales generalmente se caracterizan por una elevada productividad biolgica, por lo tanto, existe un alto flujo de materia orgnica de los sedimentos. El segundo factor es la hidrologa. De formacin de turba se produce cuando hay un exceso de entrada y salida en la precipitacin y la evaporacin. Este mantiene un agua registrado suelo como se acumula la turba. Agua-identificar las condiciones de restringir el flujo de oxgeno en el sedimento, lo en condiciones de convertirse en anxicas inmediatamente por debajo de los sedimentos de agua interfaz. La tercera factor es la abundancia de cidos orgnicos disueltos, algunos resultantes de la descomposicin, otros exuded por musgos y bacterias. Estos cidos de pH ms bajos y inhibir la actividad de las bacterias en descomposicin. Fi -- Por ltimo, los productores primarios en estos entornos son brifitos (musgos) y plantas vasculares. Ya que que se ha sealado anteriormente, estas contienen concentraciones relativamente altas de compuestos aromticos, que son ms resistentes a la descomposicin de los compuestos alifticos que predominan en las algas y bacterias. Sin embargo, menos del 10% de la produccin ecolgica en estos ambientes se conserva como la turba, la resto se exporta o reciclados. En la actualidad, la mayor formacin de la turba son ambientes de alta latitud (> 45 ) pramos y turberas. Estos pramos son tpicamente dominado por unas pocas especies de musgos (Sphagnum), que cuenta para la mayora de la acumulacin de la materia orgnica. Otros modernos entornos de produccin de turba incluyen pantanos costeros, tales Mahakam como el Delta de Indonesia, y la temperatura tropical de tierras bajas y pantanos.

Resumen de los cambios Diagenetic

Cambios en la materia orgnica sedimentaria se producen como resultado de diagenesis pueden resumirse como sigue: grupos funcionales, tales como carboxilo,e hidroxilo, son preferentemente removidos de sus molculas de los padres. La prdida de grupos funcionales, tales como COOH y OH disminuye el oxgeno y, en menor grado, el hidrgeno, el contenido de la materia orgnica.

La abundancia de metaboliza fcilmente compuestos orgnicos disminuye. Los cidos nucleicos y aminocidos y compuestos parecen ser los ms lbil (ms fcilmente destruido), seguido por hidratos de carbono, especialmente los simples y los sintetizados de almacenamiento de energa (por ejemplo, almidn, fcula) en vez de estructurales (por ejemplo, celulosa) efectos. Las molculas simples en estos grupos (por ejemplo, aminocidos cidos, la glucosa) son los ms lbiles de todos. Lpidos parecen ser algo menos lbil. compuestos insaturados disminucin en la abundancia en comparacin con sus equivalentes saturada debido a la hidrogenacin de la doble bonos de carbono. compuestos alifticos disminucin en la abundancia en comparacin con los aromticos. Esto se debe en parte a partir de aromatization de compuestos alifticos insaturados y de la parte ms resistente de la naturaleza aromticos. de cadena corta de molculas (por ejemplo, alcanos, cidos grasos), disminucin en la abundancia relativa a su larga equivalentes. La hidrlisis de molculas complejas produce una variedad de fragmentos moleculares que posteriormente recombinar con otras molculas para producir otras nuevas que no estn presentes en la biota original. Por ejemplo, phytol, producido por la degradacin de la clorofila-a, y los fenoles, que pueden ser producidos por la degradacin de una variedad de compuestos aromticos, se condensan para formar fenol-phytol compuestos.

En entornos de alto azufre, tales como los sedimentos marinos, adems de H2S (producida por la reduccin de sulfato bacterias) se incorpora a los bonos de carbono en el doble de cadena larga compuestos tales como isoprenoids para producir tiol grupos funcionales. Posteriormente, stas pueden formar estructuras cclicas y, en ltima instancia thiophenyls aromticos. Este proceso se conoce como vulcanizacin natural. Condensacin del una variedad de molculas moleculares y de complejos fragmenta macromolculas. a lo largo de todos los bacterianas sigue siendo progresivamente se aade a la mezcla, y se descompone progresivamente junto con la materia orgnica se deposit inicialmente. El principal producto de estos procesos es kergeno, el nombre que se da a la mezcla de complejos orgnicos compuestos que domina la fraccin orgnica en los sedimentos.

Kergeno y Betn

Kergeno se define como la materia orgnica sedimentaria que es insoluble en agua, alcalino oxidante, cidos y disolventes orgnicos (como el benceno / metanol, tolueno, cloruro de metileno). Es por lo general acompaada por una menor fraccin de materia orgnica soluble, llamada betn. Kergeno, una homognea agregados macromoleculares, constituye el 90 por ciento o ms de materia orgnica en las rocas sedimentarias (la mayor parte del resto se dispersa betn). Es interesante que kergeno es con mucho el ms abundante forma de carbono orgnico en la Tierra, es tres rdenes de magnitud ms que la abundancia de carbn, petrleo, y gas, y cuatro rdenes de magnitud ms abundante que la biomasa viva. Kergeno tiene la interesante y significativo a la propiedad que la calefaccin en el laboratorio, un procedimiento conocido como la pirlisis, se descompone para producir una variedad de hidrocarburos similares a las que se encuentran en el petrleo natural. Sin embargo, kergeno vara ampliamente en su potencial de petrleo. Kergeno que es rico en uno L i -- phatic compuestos, generalmente derivados de acuticas y algas marinas, tiene un buen potencial de petrleo y se llama sapropelic kergeno. Kergeno derivados principalmente de los restos de las plantas superiores es rico en compuestos aromticos, a veces llamado kergeno hmicos, tiene el potencial de petrleo pobres. Carbono e hidrgeno son los principales componentes de kergeno. Concentraciones de hidrgeno van desde 5 a 18% (nmero atmico), dependiendo del tipo y grado de evolucin. Concentraciones de oxgeno normalmente oscilan entre 0,25 a 3%, una vez ms dependiendo del tipo y grado de evolucin. Adems de C, H y O, tpicamente kergeno contiene 1-3% N y S 0.25-1.5% (aunque este ltimo puede ser superior). Una variedad de metales traza, en particular, V y Ni, se tambin se encuentra en kergeno. La estructura de kergeno y la manera en que formas se entiende slo en parte. Parece que constar de ncleos enlaces cruzados por la cadena de puentes. Los ncleos consisten en pilas de dos a cuatro hojas de condensados de anillos aromticos, con alrededor de 10 anillos por hoja, dndoles una dimensin de menos de 10?. Una variedad de grupos funcionales y alquil las cadenas se adjuntan a las hojas. Los puentes que une los ncleos puede consistir en lineal o ramificada alifticos cadenas, oxgeno o azufre funcional bonos (por ejemplo, cetonas, steres, tioles, etc.) Los puentes tambin pueden tener funcional grupos vinculados a la obra. Esta estructura parece actuar como un molecular sieve y pueden atrapar compuestos tales como los lpidos dentro de ella. Se considera generalmente que una vez que kergeno, al igual que sustancias hmicas, se origin principalmente por la condensacin de bajo peso molecular, las biomolculas (aminocidos, azcares, cidos grasos, fenlicos, etc) producidos por la descomposicin bacteriana de los ms complejos. En este punto de vista, hmicos sustancias que se consideran como los precursores de kergeno. Ms recientemente, Tegelaar et al. (1989) propone que la principal contribuyentes a kergeno son muy resistentes a las molculas (tales como taninos, algaenans, etc) que constituyen slo una 0,50 1,00 1,50 Vitrinites H / C (nmero atmico) Exinites Liptinites 0,1 0,2 0,3 O / C (nmero atmico) Inertites Figura 14.34. Diferencia de composicin kergeno maceral entre grupos liptinite, exinite, vitrinite, y inertite. Una parcela de la relacin H / C frente a la O / C como este que comnmente se llama una camioneta Krevelen diagrama. Modificado de Tissot y Welte (1984).

pequea proporcin de la materia orgnica original. Esta hiptesis, conocida como la preservacin selectiva, ha ganado una amplia aceptacin. La diferencia entre estos puntos de vista, sin embargo, no es tan grande como podra parece inicialmente, ya que est ampliamente de acuerdo en que incluso las molculas altamente resistentes a algunas bacterias experiencia alteracin (por ejemplo, defunctionalization, hydrogenization), y que cierto grado de recondensation participa kergeno en formacin. Examen microscpico revela que kergeno consta de planta sigue siendo identificable, amorfo material, y restos de animales raros. El material amorfo en kergeno puede ocurrir como manchada de redes, pequeos granos redondeados densa, o grupos. El microscpicamente identificables son los mandantes macerals llamado. Los planes para la clasificacin de macerals se desarroll primero para describir el carbn y ms tarde aplicadas a kergeno. Lamentablemente, existe una serie de clasificaciones en uso (vase Whelan y Thompson - Rizer, de 1993, para un resumen), lo que puede dar lugar a una considerable confusin. Aqu seguimos y Killops Killops (1993) y dividir en cuatro grupos. Estos grupos difieren tanto en composicin (Figura 14,34) y el origen. Inertite El grupo se compone de restos carbonizados formado por la oxidacin rpida en virtud del condiciones aerobias. Un mecanismo por el cual inertite formas es probable que los incendios silvestres en la produccin de turba entornos. Inertite puede incluir la carbonizados restos de lo que sea: woody tejido, hongos, esporas, las cutculas, resinas, algas, etc Inertite tiene bajo H / C y O / C ratios y, como su nombre lo implica, es ms bien inerte. Vitrinite se conserva el tejido leoso. Hay dos en este macerals Grupo: telenite y collinite. Telenite ha definido una estructura de la clula, mientras que es collinite coloidal, derivados solidificado a partir de geles hmicos. Exinite incluye lpidos ricos en materiales derivados de la hoja de cutcula, esporas, polen, algas, plantas ceras, resinas, grasas, y aceites. El cuarto grupo, liptinite, es similar en muchos aspectos a exinites, pero que han exinites formas reconocibles, se amorfo liptinites rganos. Liptinites se derivan principalmente de algas y sigue siendo por lo general tienen mayor H / C ratios que exinites. Estos cuatro maceral grupos reaccionan de manera diferente a la calefaccin: vitrinite produce un fundido residuos de carbono, inertites no muestran ningn cambio visible, y exinites y liptinites transformar en gas y alquitrn. Clasificacin kergeno Kergeno se suele clasificar en uno de los tres tipos, sobre la base de grueso H / C y O / C ratios (Figura 14,35). Kergeno Tipo I tiene un alto H / C (atmica) ratio ( 1,5) y una baja O / C (atmica) proporcin (