Org Geochem (Coal&Oil)

download Org Geochem (Coal&Oil)

of 42

  • date post

    12-Apr-2016
  • Category

    Documents

  • view

    219
  • download

    4

Embed Size (px)

description

geokimia

Transcript of Org Geochem (Coal&Oil)

  • SEDIMENTARY ORGANIC MATTER AND COAL AND OIL FORMATION

  • Pada dasarnya semua badan air merupakan tempat terakhirya kehidupan, dan oleh karena itu produksi karbon organik dapat terjadi dalam lingkungan perairan dan kelautan di manapun berada.Kebanyakan batuan sedimen, bagaimanapun, mengandung bahan organik meskipun hanya sedikit (pada level sepersekian persen).Ini merupakan bukti adanya efisiensi kehidupan: hampir semua karbon organik yang dihasilkan oleh autotroph selanjutnya dioksidasi oleh respirasi, yaitu proses yang disebut remineralisasi.Memang, sebagian besar karbon organik yang disintesis dalam badan air tidak pernah mencapai sedimen: karena dikonsumsi dalam kolom air.Karbon organik yang tidak berhasil mencapai bagian bawah dikonsumsi oleh organisme hidup pada dan dalam sedimen.Meskipun makrofauna berperan dalam remineralisasi, bakteri bertanggung jawab untuk sebagian besar remineralisasi (dalam tanah, sebaliknya, jamur sering merupakan konsumen dominan bahan organik).Konsentrasi bakteri di lapisan permukaan sedimen laut biasanya di kisaran 108 - 1010 sel per gram berat kering (Deming dan Baross, 1993).Peran bakteri dalam siklus karbon, nitrogen, dan belerang yang diringkas dalam Gambar 14.33.

  • Figure 14.33. Role bacteria in the cycling of carbon,nitrogen, and sulfur between inorganic andvarious organic forms. After Killops and Killops (1993).

  • Pengamatan ini menimbulkan pertanyaan mengapa setiap bahan organik dapat bertahan. Mengapa sebagian besar sedimen mengandung beberapa bahan organik? Bagaimana cara menghindari konsumsi bakteri?Dan mengapa beberapa sedimen, terutama yang menimbulkan minyak bumi dan batubara yang dapat dieksploitasi, mengandung materi yang lebih organik?Kondisi khusus apa yang diperlukan untuk hal ini terjadi? Bahan organik diawetkan dalam sedimen tua, dan terutama batubara, gas, dan minyak, memiliki komposisi kimia berbeda dengan organisme hidup. Karena sumber daya berasal dari sisa-sisa organisme hidup sekali, kita mungkin bertanya bagaimana dapat muncul perbedaan kimia. Apakah perbedaan akibat transformasi kimia dari molekul organik sederhana atau pelestarian selektif yang lebih kompleks? Apakah perbedaan muncul di awal, selama diagenesis terjadi, pemadatan sedimen, atau sesudahnya, di bawah pengaruh panas dan tekanan? Bagaimana sedimentasi bahan organik, diagenesis, dan pembentukan minyak bumi, gas, dan tambang batubara dapat terjadi.

  • Konsentrasi karbon organik berkorelasi terbalik dengan ukuran butir karena beberapa alasan:Pertama, partikel organik kerapatan rendah hanya bisa menumpuk di mana kecepatan air cukup rendah untuk partikel lebih halus. Kedua, fraksi yang signifikan dari bahan organik dalam sedimen dapat hadir sebagai lapisan pada butiran mineral (Mayer, 1993). Butir kecil memiliki luas permukaan yang lebih tinggi per satuan massa atau volume, dan karena itu akan memiliki konten organik lebih tinggi. Ketiga, permeabilitas sedimen butiran yang halus lebih rendah dibandingkan dengan yang kasar. Jika permeabilitas rendah, fluks oksigen ke dalam sedimen juga akan rendah.

    Formation and Diagenesis of Organic-Rich Sediments Preservation of Organic Matter

  • The availability of oxidants, and particularly oxygen, is, as one might expect, among the most important factors in the survival of organic matter. Simply put, the preservation of significant amounts of organic matter in sediment requires that the burial flux of organic matter exceed the flux of oxidants. The flux of oxidants depends on sedimentation rate, bioturbation, and diffusion, and their availability in the overlying water. Where the burial flux of organic carbon exceeds the downward flux of oxygen, the latter will ultimately be completely consumed and conditions will become reducing. At that point aerobic respiration must cease. This may occur either within the sediment, or within the water column itself.Situations where deep water becomes anoxic are rare in the modern ocean (indeed, in most of the deep ocean conditions do not become anoxic even in the sediment); it occurs only in a few basins where circulation of deep water is restricted, such as the Black Sea. However, anoxicity appears to have been more common at certain times in the geologic past, such as the Cretaceous, when ocean circulation was different. Anoxicity is perhaps more common in lakes, where the abundance of nutrients is higher than in the open ocean.

  • Whether preservation of high organic matter concentrations in sediments requires anoxic bottom water is a matter of debate. Calvert and Pederson (1992) point out that sediments accumulating in oxic and anoxic basins have similar organic carbon contents. They also argue that extent of decomposition of marine organic matter is similar under oxic and anoxic conditions, though terrestrial organic matter to be degraded less by sulfate reducers. On the other hand, Killops and Killops (1993) point out that ancient lipid-rich sediments of the sort likely to give rise to petroleum are generally finally laminated, implying a lack of bioturbation and therefore anoxic conditions at the sediment-water interface.

  • Diagenesis of Marine SedimentsDiagenesis dalam konteks bahan organik mengacu pada perubahan komposisi bahan organik yang diinduksi secara biologis yang terjadi dalam sedimen baru terendapkan.Sebenarnya, perubahan ini dimulai sebelum bahan organik mencapai sedimen ketika bahan organik yang tenggelam melalui kolom air dimakan oleh makrofauna dan bakteri.Dekomposisi berlanjut setelah bahan organik mencapai permukaan sedimen.Penguburan sedimen yang terakumulasi akhirnya terisolasi dari air.Fluks penguburan bahan organik yang cukup tinggi, oksigen akhirnya dikonsumsi dan ketika bahan organik terkubur semakin dalam, bahan itu diserang oleh serangkaian komunitas bakteri memanfaatkan perkembangan elektron receptors (oksidan) pada penurunan p .Kita bisa memprediksi urutan penggunaan oksidan dari G dari reaksi redoks yang terlibat, yang ditunjukkan pada Tabel 14.8.

  • Dengan demikian, pergerakan ke bawah dalam kolom sedimen, diharapkan untuk melihat, menyusul konsumsi oksigen bebas, serangkaian zona dimana reduksi nitrat, Mn (IV), Fe (III), sulfat, dan nitrogen terjadi.Setelah semua oksidan terkonsumsi, respirasi berlanjut melalui fermentasi.

  • Sebagian besar bahan organik dalam sedimen ada dalam bentuk padat, namun hanya senyawa terlarut dapat menyeberangi membran sel dan menjadi sumber yang berguna untuk gizi bagi mikroba.Untuk alasan ini, bakteri melepaskan exoenzymes yang pertama memecah molekul organik kompleks menjadi yang tidak larut sedikit.Molekul organik kompleks biasanya tidak dapat dioksidasi sepenuhnya oleh organisme tunggal, karena tidak ada organisme tunggal yang kemungkinan akan menghasilkan semua enzim yang diperlukan.Sebaliknya, makromolekul dipecah oleh konsorsium bakteri.Dalam setiap langkah, beberapa energi dilepaskan dan molekul yang lebih kecil diproduksi sebagai limbah, ini selanjutnya diserang oleh bakteri lain.Dengan demikian protein, karbohidrat, dan lipid dipecah menjadi asam amino, gula sederhana, dan rantai panjang asam lemak.Molekul-molekul yang lebih kecil dapat diserang oleh bakteri fermentasi yang menghasilkan asam asetat, asam karboksilat rantai pendek lainnya, alkohol, hidrogen, dan CO2.Pada langkah terakhir, ini dikonversi menjadi metana (CH4) oleh bakteri metanogen.Selama proses ini, sisa-sisa bakteri itu sendiri bisa menjadi bagian penting dari sedimen materi organik.

  • Oksidasi bertahap menyebabkan saling ketergantungan antara berbagai jenis bakteri dalam setiap komunitas, karena banyak spesies tergantung pada produk "sampah" dari spesies lain.Ada juga saling ketergantungan yang lebih umum diantara komunitas dalam sedimen. Misalnya, komunitas anaerobik bergantung pada kelompok aerobik untuk menghasilkan lingkungan anoxic.Senyawa yang tereduksi, misalnya sulfida, amonia, dan metana, yang merupakan produk limbah dari komunitas anaerob di level dalam, menyebar ke atas ke zona oxic dimana kemudian dioksidasi oleh fotosintesis berbagai chemosynthetic, dan methyltrophic (metana-oksidasi) bakteri.Kelimpahan baik bahan organik dan bakteri menurun dengan kedalaman di sedimen laut, konsentrasi tertinggi kedua yang ditemukan di atas 10 cm.Ada juga bukti bahwa tingkat dekomposisi menurun ketika kondisi menjadi anoxic (dirangkum dalam Henrichs, 1993).Dengan demikian remineralisasi kebanyakan terjadi di atas 1 atau 2 meter dan sebagian besar bahan organik yang terkubur di bawah kedalaman ini bertahan dalam jangka panjang (Henrichs, 1993).

  • Apa molekul yang bertahan? Seperti yang kita harapkan, molekul organik sederhana seperti asam amino, gula, dan pendek-dirantai asam karboksilat dengan cepat terurai oleh bakteri (skala waktu untuk hari dan minggu).Molekul yang lebih kompleks, seperti polisakarida dan asam lemak tampaknya membusuk selama beberapa bulan sampai beberapa tahun (Henrichs, 1993).Kelas tertentu dari senyawa, terutama senyawa yang berfungsi sebagai bahan struktural seluler (misalnya, komponen dari dinding sel), tampaknya sangat tahan terhadap dekomposisi bakteri dan membentuk sebagian besar bahan organik yang bertahan/tidak berubah.Contoh bahan-bahan yang tahan adalah algaenans, yang ditemukan di dinding sel ganggang laut, dan phlorotannins (De Leeuw dan Largeau, 1993).Materi Allochthonous yang berasal dari tumbuhan tingkat tinggi juga dapat berkontribusi sejumlah senyawa kaya aromatik yang bertahan (lihat di bawah) ke sedimen di lingkungan laut marjinal.Namun demikian, sebagian kecil dari senyawa yang mudah dimetabolisme juga dapat bertahan.

  • Bahkan sedimen lama, di mana telah ada banyak kesempatan untuk bakteri mendekomposisi, mengandung senyawa tersebut dengan konsentrasi rendah.Molekul-molekul ini juga dapat berta