Диагенез ( / ˌ d aɪ . ə ˈ dʒ ɛ n ə s ɪ s / ) — процесс, описывающий физические и химические изменения в отложениях , сначала вызванные взаимодействием воды и породы, микробной активностью и уплотнением после их отложения . Повышенное давление и температура начинают играть свою роль только тогда, когда отложения становятся гораздо глубже в земной коре . [1] На ранних стадиях трансформация слабоконсолидированных осадков в осадочные породы ( литификация ) просто сопровождается уменьшением пористости и вытеснением воды ( глинистые отложения), тогда как их основные минералогические комплексы остаются неизменными. По мере того, как горная порода продвигается глубже в результате дальнейшего отложения наверху, ее органическое содержание постепенно трансформируется в керогены и битумы .
Процесс диагенеза исключает поверхностные изменения ( выветривание ) и глубокий метаморфизм . Резкой границы между диагенезом и метаморфизмом нет , но последний происходит при более высоких температурах и давлениях . Гидротермальные растворы, метеоритные грунтовые воды, пористость, проницаемость горных пород , реакции растворения/ осаждения и время – все это важные факторы.
После осаждения осадки уплотняются, поскольку они погребены под последовательными слоями осадка и цементируются минералами, выпадающими в осадок из раствора . Зерна осадка, фрагменты горных пород и окаменелости могут быть заменены другими минералами (например , кальцитом , сидеритом , пиритом или марказитом ) во время диагенеза. Пористость обычно уменьшается в процессе диагенеза, за исключением редких случаев, таких как растворение минералов и доломитизация .
Изучение диагенеза горных пород используется для понимания геологической истории, которую они претерпели, а также природы и типа жидкостей, циркулировавших через них. С коммерческой точки зрения такие исследования помогают оценить вероятность обнаружения различных экономически выгодных месторождений полезных ископаемых и углеводородов .
Процесс диагенеза важен и при разложении костной ткани. [2]
Термин диагенез, буквально означающий «через поколение», [3] широко используется в геологии . Однако этот термин проник в область антропологии , археологии и палеонтологии для описания изменений и изменений, происходящих в скелетном (биологическом) материале. В частности, диагенез «представляет собой совокупную физическую, химическую и биологическую среду; эти процессы изменят 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 археологические или ископаемые кости , необходимо оценить множество факторов, начиная с элементного и минералогического состава кости и окружающей почвы, а также местной среды захоронения (геология, климатология , подземные воды ). [5]
Сложный характер кости, состоящей на одну треть из органических веществ (в основном белок коллаген ) и на две трети из минералов ( фосфат кальция преимущественно в форме гидроксиапатита ), делает ее диагенез более сложным. [6] Изменения происходят на всех уровнях: от молекулярной потери и замещения, через реорганизацию кристаллитов, пористость и микроструктурные изменения, а во многих случаях до распада всей единицы. [7] Были идентифицированы три основных пути диагенеза кости:
Они заключаются в следующем:
При захоронении животных или растительных веществ при осаждении входящие в их состав органические молекулы ( липиды , белки , углеводы и лигнино - гуминовые соединения) разрушаются вследствие повышения температуры и давления . Это преобразование происходит на первых нескольких сотнях метров захоронения и приводит к образованию двух первичных продуктов: керогена и битума .
Принято считать, что углеводороды образуются в результате термического изменения этих керогенов ( биогенная теория). Таким образом, при определенных условиях (которые в значительной степени зависят от температуры) керогены будут разрушаться с образованием углеводородов посредством химического процесса, известного как крекинг или катагенез .
Кинетическая модель, основанная на экспериментальных данных, может отразить большую часть существенных преобразований в диагенезе [10] , а математическая модель в уплотняющейся пористой среде — для моделирования механизма растворения-осаждения. [11] Эти модели интенсивно изучались и применялись в реальных геологических приложениях.
В зависимости от генезиса углеводородов и углей диагенез делят на: эодиагенез (ранний), мезодиагенез (средний) и телодиагенез (поздний). На ранней стадии или стадии эодиагенеза сланцы теряют поровую воду, углеводороды практически не образуются, а уголь варьируется от бурого до полубитуминозного . В ходе мезодиагенеза происходит дегидратация глинистых минералов , происходит основное развитие нефтегенеза и образуются битуминозные угли с высокой и низкой летучестью. В ходе телодиагенеза органическое вещество подвергается крекингу и образуется сухой газ; разрабатываются угли полуантрацитовые . [12]
Ранний диагенез во вновь образовавшихся водных отложениях осуществляется микроорганизмами, использующими в своем метаболизме различные акцепторы электронов. Органическое вещество минерализуется, выделяя в поровой воде газообразный углекислый газ (СО 2 ), который в зависимости от условий может диффундировать в толщу воды. Различные процессы минерализации на этой фазе включают нитрификацию и денитрификацию , восстановление оксида марганца , восстановление гидроксида железа , восстановление сульфатов и ферментацию . [13]
Диагенез изменяет пропорции органического коллагена и неорганических компонентов (гидроксиапатита, кальция, магния) кости под воздействием условий окружающей среды, особенно влаги. Это достигается путем обмена естественных компонентов кости, отложения в пустотах или дефектах, адсорбции на поверхности кости и выщелачивания из кости. [2] [14]