Diagénesis

La diagénesis es el proceso que describe los cambios físicos y químicos en los sedimentos causados ​​primero por las interacciones agua-roca, la actividad microbiana y la compactación después de su deposición. El aumento de la presión y la temperatura solo comienza a desempeñar un papel a medida que los sedimentos se entierran mucho más profundamente en la corteza terrestre.En las primeras etapas, la transformación de sedimentos poco consolidados en roca sedimentaria (litificación) se acompaña simplemente de una reducción de la porosidad y expulsión de agua (sedimentos arcillosos), mientras que sus principales conjuntos mineralógicos permanecen inalterados. A medida que la roca se adentra más por la deposición superior, su contenido orgánico se transforma progresivamente en querógenos y betunes. El proceso de diagénesis excluye la alteración superficial (meteorización) y el metamorfismo profundo. No existe un límite claro entre la diagénesis y el metamorfismo, pero el último ocurre a temperaturas y presiones más altas. Las soluciones hidrotermales, las aguas subterráneas meteóricas, la porosidad de las rocas, la permeabilidad, las reacciones de disolución/precipitación y el tiempo son factores influyentes.

Después de la deposición, los sedimentos se compactan a medida que se entierran debajo de capas sucesivas de sedimento y se cementan con minerales que precipitan de la solución. Los granos de sedimento, fragmentos de roca y fósiles pueden ser reemplazados por otros minerales (p. ej., calcita, siderita, pirita, marcasita...) durante la diagénesis. La porosidad generalmente disminuye durante la diagénesis, excepto en casos raros como la disolución de minerales y la dolomitización.

El estudio de la diagénesis en las rocas se utiliza para comprender la historia geológica que han sufrido y la naturaleza y tipo de fluidos que han circulado por ellas. Desde un punto de vista comercial, tales estudios ayudan a evaluar la probabilidad de encontrar varios depósitos de minerales e hidrocarburos económicamente viables.

El proceso de diagénesis también es importante en la descomposición del tejido óseo.

Papel en la antropología y la paleontología

El término diagénesis, que literalmente significa "entre generaciones", se usa ampliamente en geología. Sin embargo, este término se ha filtrado en el campo de la antropología, la arqueología y la paleontología para describir los cambios y alteraciones que tienen lugar en el material esquelético (biológico). Específicamente, la diagénesis "es el entorno físico, químico y biológico acumulativo; estos procesos modificarán las propiedades químicas y / o estructurales originales de un objeto orgánico y regirán su destino final, en términos de preservación o destrucción".Para evaluar el impacto potencial de la diagénesis en los huesos arqueológicos o fósiles, es necesario evaluar muchos factores, comenzando con la composición elemental y mineralógica del hueso y el suelo circundante, así como el entorno local del entierro (geología, climatología, agua subterránea).

La naturaleza compuesta del hueso, que comprende un tercio orgánico (principalmente proteína colágeno) y dos tercios mineral (fosfato de calcio principalmente en forma de hidroxiapatita) hace que su diagénesis sea más compleja. La alteración se produce en todas las escalas, desde la pérdida y sustitución molecular, pasando por la reorganización de los cristalitos, la porosidad y los cambios microestructurales y, en muchos casos, hasta la desintegración de la unidad completa. Se han identificado tres vías generales de la diagénesis del hueso:

1. Deterioro químico de la fase orgánica.
2. Deterioro químico de la fase mineral.
3. (Micro) ataque biológico del composite.

Son los siguientes:

1. La disolución del colágeno depende del tiempo, la temperatura y el pH ambiental. A altas temperaturas, la tasa de pérdida de colágeno se acelerará y un pH extremo puede provocar la hinchazón del colágeno y una hidrólisis acelerada. Debido al aumento de la porosidad de los huesos a través de la pérdida de colágeno, el hueso se vuelve susceptible a la infiltración hidrolítica donde la hidroxiapatita, con su afinidad por los aminoácidos, permite que se establezcan especies cargadas de origen endógeno y exógeno.
2. La actividad hidrolítica juega un papel clave en las transformaciones de la fase mineral que expone el colágeno a una degradación química y biológica acelerada. Los cambios químicos afectan la cristalinidad. Los mecanismos de cambio químico, como la absorción de F o CO ₃, pueden provocar la recristalización cuando la hidroxiapatita se disuelve y vuelve a precipitar, lo que permite la incorporación o sustitución de material exógeno.
3. Una vez que un individuo ha sido enterrado, el ataque microbiano, el mecanismo más común de deterioro óseo, ocurre rápidamente. Durante esta fase, se pierde la mayor parte del colágeno óseo y aumenta la porosidad. La disolución de la fase mineral provocada por el bajo pH permite el acceso al colágeno por parte de las enzimas microbianas extracelulares y, por tanto, el ataque microbiano.

Papel en la generación de hidrocarburos

Cuando la materia animal o vegetal se entierra durante la sedimentación, las moléculas orgánicas constituyentes (lípidos, proteínas, carbohidratos y lignina-compuestos húmicos) se descomponen debido al aumento de temperatura y presión. Esta transformación ocurre en los primeros cientos de metros de entierro y da como resultado la creación de dos productos primarios: kerógenos y betunes.

Generalmente se acepta que los hidrocarburos se forman por la alteración térmica de estos kerógenos (la teoría biogénica). De esta manera, dadas ciertas condiciones (que dependen en gran medida de la temperatura), los kerógenos se descompondrán para formar hidrocarburos a través de un proceso químico conocido como craqueo o catagénesis.

Un modelo cinético basado en datos experimentales puede capturar la mayor parte de la transformación esencial en la diagénesis y un modelo matemático en un medio poroso compactado para modelar el mecanismo de disolución-precipitación. Estos modelos han sido intensamente estudiados y aplicados en aplicaciones geológicas reales.

La diagénesis se ha dividido, según la génesis de hidrocarburos y carbón, en: eodiagénesis (temprana), mesodiagénesis (media) y telodiagénesis (tardía). Durante la etapa temprana o de eodiagénesis, las lutitas pierden agua intersticial, se forman pocos o ningún hidrocarburo y el carbón varía entre lignito y subbituminoso. Durante la mesodiagénesis, ocurre la deshidratación de los minerales arcillosos, ocurre el desarrollo principal de la génesis del petróleo y se forman carbones bituminosos de alta a baja volatilidad. Durante la telodiagénesis, la materia orgánica sufre craqueo y se produce gas seco; se desarrollan carbones semi-antracita.

La diagénesis temprana en los sedimentos acuáticos recién formados está mediada por microorganismos que utilizan diferentes aceptores de electrones como parte de su metabolismo. La materia orgánica se mineraliza, liberando dióxido de carbono gaseoso (CO ₂) en el agua intersticial que, dependiendo de las condiciones, puede difundirse en la columna de agua. Los diversos procesos de mineralización en esta fase son nitrificación y desnitrificación, reducción de óxido de manganeso, reducción de hidróxido de hierro, reducción de sulfato y fermentación.

Papel en la descomposición ósea

La diagénesis altera las proporciones de colágeno orgánico y componentes inorgánicos (hidroxiapatita, calcio, magnesio) del hueso expuesto a las condiciones ambientales, especialmente a la humedad. Esto se logra mediante el intercambio de constituyentes óseos naturales, la deposición en vacíos o defectos, la adsorción en la superficie del hueso y la lixiviación del hueso.