Diagénesis
Cambios físico-químicos en los sedimentos que ocurren después de su deposición
Una forma de diagénesis es la permineralización , en la que los organismos enterrados son reemplazados por minerales. Estos trilobites ( Lloydolithus ) fueron reemplazados por pirita durante un tipo específico de permineralización llamada piritización .
Permineralización en vértebras por Valgipes bucklandi

La diagénesis ( / ˌd aɪ.əˈdʒɛnəsɪs / ) 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 comienzan a desempeñar un papel a medida que los sedimentos se entierran mucho más profundamente en la corteza terrestre . [1] En las primeras etapas, la transformación de sedimentos poco consolidados en roca sedimentaria ( litificación ) simplemente se acompaña 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 profundiza por una mayor deposición superior, su contenido orgánico se transforma progresivamente en kerógenos 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 este último se produce 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 quedan enterrados debajo de capas sucesivas de sedimento y se cementan mediante minerales que precipitan de la solución . Los granos de sedimento, fragmentos de roca y fósiles pueden ser reemplazados por otros minerales (por ejemplo, calcita , siderita , pirita o 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 experimentado y la naturaleza y tipo de fluidos que han circulado a través de ellas. Desde un punto de vista comercial, estos estudios ayudan a evaluar la probabilidad de encontrar diversos depósitos de minerales e hidrocarburos económicamente viables .

El proceso de diagénesis también es importante en la descomposición del tejido óseo. [2]

Papel en la antropología y la paleontología

Tallo de crinoideo originalmente calcítico (en sección transversal) reemplazado diagenéticamente por marcasita en una concreción de siderita ; Carbonífero Inferior .

El término diagénesis, que literalmente significa "a través de la generación", [3] se utiliza 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 determinarán su destino final, en términos de preservación o destrucción". [4] [5] Para evaluar el impacto potencial de la diagénesis en los huesos arqueológicos o fósiles , se deben evaluar muchos factores, comenzando con la composición elemental y mineralógica del hueso y el suelo envolvente, así como el entorno de entierro local (geología, climatología , agua subterránea ). [5]

La naturaleza compuesta del hueso, que comprende un tercio de materia orgánica (principalmente colágeno proteico ) y dos tercios de materia mineral ( fosfato de calcio principalmente en forma de hidroxiapatita ), hace que su diagénesis sea más compleja. [6] La alteración ocurre 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. [7] 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. Ataque (micro)biológico al compuesto. [8]

Son los siguientes:

  1. La disolución del colágeno depende del tiempo, la temperatura y el pH ambiental . [8] A altas temperaturas, la tasa de pérdida de colágeno se acelerará y el pH extremo puede causar hinchazón del colágeno e hidrólisis acelerada . [8] 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 las especies cargadas de origen endógeno y exógeno se establezcan. [2]
  2. La actividad hidrolítica juega un papel clave en las transformaciones de la fase mineral que exponen al colágeno a una degradación química y biológica acelerada. [8] Los cambios químicos afectan la cristalinidad . [2] [9] Los mecanismos del cambio químico, como la absorción de F − o CO2−
    3    Puede causar recristalización donde la hidroxiapatita se disuelve y se vuelve a precipitar, lo que permite la incorporación o sustitución de material exógeno. [2] [9]
  3. Una vez que un individuo ha sido enterrado , el ataque microbiano, el mecanismo más común de deterioro óseo, ocurre rápidamente. [8] Durante esta fase, la mayor parte del colágeno óseo se pierde y la porosidad aumenta. [2] La disolución de la fase mineral causada por el pH bajo permite el acceso al colágeno por enzimas microbianas extracelulares, por lo tanto, el ataque microbiano. [8]

Papel en la generación de hidrocarburos

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

Se acepta generalmente que los hidrocarburos se forman por la alteración térmica de estos kerógenos ( 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, [10] y un modelo matemático en un medio poroso compactado para modelar el mecanismo de disolución-precipitación. [11] Estos modelos se han estudiado y aplicado intensamente en aplicaciones geológicas reales.

La diagénesis se ha dividido, en función de la génesis de los hidrocarburos y del carbón, en: eodiagénesis (temprana), mesodiagénesis (media) y telodiagénesis (tardía). Durante la etapa temprana o eodiagénesis, las lutitas pierden agua intersticial, se forman pocos o ningún hidrocarburo y el carbón varía entre lignito y subbituminoso . Durante la mesodiagénesis, se produce la deshidratación de los minerales arcillosos , se produce 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 agrietamiento y se produce gas seco; se desarrollan carbones semiantracita . [ 12]

La diagénesis temprana en 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 hacia la columna de agua. Los diversos procesos de mineralización en esta fase son la nitrificación y desnitrificación , la reducción de óxido de manganeso , la reducción de hidróxido de hierro , la reducción de sulfato y la fermentación . [13]

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 la humedad. Esto se logra mediante el intercambio de componentes óseos naturales, la deposición en huecos o defectos, la adsorción en la superficie ósea y la lixiviación del hueso. [2] [14]

Véase también

  • Calcedonia  – Variedades microcristalinas de sílice
  • Sílex  : Roca sedimentaria dura de grano fino compuesta de sílice criptocristalina.
  • Sílex  – Forma criptocristalina del mineral cuarzo
  • Concreción  – Masa compacta formada por precipitación de cemento mineral entre partículas.
  • Fósil  : Restos o rastros preservados de organismos de una era geológica pasada.
  • Petrogénesis  – Procesos que forman la roca

Referencias

  1. ^ Marshak, Stephen (2009). Fundamentos de geología (3.ª ed.). WW Norton & Company . ISBN 978-0393196566.
  2. ^ abcdef Hedges, RE (2002). "Diagénesis ósea: una descripción general de los procesos". Arqueometría . 44 (3): 319–28. doi : 10.1111/1475-4754.00064 .
  3. ^ Diccionario Oxford de inglés.
  4. ^ Wilson, Lyn; Pollard, A. Mark (2002). "¿Hoy aquí, mañana desaparecido? Experimentación integrada y modelado geoquímico en estudios de cambio diagenético arqueológico". Accounts of Chemical Research . 35 (8): 644–651. doi :10.1021/ar000203s. PMID  12186569. S2CID  20545137.
  5. ^ ab Zapata J, Pérez-Sirvent C, Martínez-Sánchez MJ, Tovar P (octubre de 2006). "Diagénesis, no biogénesis: dos ejemplos esqueléticos romanos tardíos". La ciencia del medio ambiente total . 369 (1–3): 357–68. Bibcode :2006ScTEn.369..357Z. doi :10.1016/j.scitotenv.2006.05.021. PMID  16828844.
  6. ^ Nicholson RA (1996). "Degradación ósea, medio de enterramiento y representación de especies: desacreditando los mitos y un enfoque basado en experimentos". Journal of Archaeological Science . 23 (4): 513–533. doi :10.1006/jasc.1996.0049.
  7. ^ Nielsen-Marsh CM (2000). "Patrones de diagénesis en el hueso I: los efectos de los entornos del sitio". Revista de ciencia arqueológica . 27 (12): 1139–1150. doi :10.1006/jasc.1999.0537.
  8. ^ abcdef Collins MJ, Nielsen, Marsh CM, Hiller J, Smith CI, Roberts JP, et al. (2002). "La supervivencia de la materia orgánica en el hueso: una revisión". Arqueometría . 44 (3): 383–394. doi : 10.1111/1475-4754.t01-1-00071 .
  9. ^ ab de Sousa DV, Eltink E, Oliveira RA, Félix JF, Guimarães LM (diciembre de 2020). "Procesos diagenéticos en huesos fósiles del Cuaternario de cuevas de piedra caliza tropicales". Informes científicos . 10 (1): 21425. Código bibliográfico : 2020NatSR..1021425D. doi :10.1038/s41598-020-78482-0. PMC 7722736 . PMID  33293631. 
  10. ^ Abercrombie HJ, Hutcheon IE, Bloch JD, Caritat PD (1994). "Actividad de sílice y la reacción esmectita-ilita". Geología . 22 (6): 539–542. Bibcode :1994Geo....22..539A. doi :10.1130/0091-7613(1994)022<0539:saatsi>2.3.co;2.
  11. ^ Fowler AC, Yang XS (2003). "Mecanismos de disolución/precipitación para diagénesis en cuencas sedimentarias". J. Geophys. Res . 108 (B10): 2269. Bibcode :2003JGRB..108.2509F. CiteSeerX 10.1.1.190.4424 . doi :10.1029/2002jb002269. 
  12. ^ Foscolos AE, Powell TG, Gunther PR (1976). "El uso de minerales arcillosos e indicadores geoquímicos orgánicos e inorgánicos para evaluar el grado de diagénesis y el potencial de generación de petróleo de las lutitas". Geochimica et Cosmochimica Acta . 40 (8): 953–966. Bibcode :1976GeCoA..40..953F. doi :10.1016/0016-7037(76)90144-7.
  13. ^ Lovley DR (junio de 1991). "Reducción desasimiladora de Fe(III) y Mn(IV)". Microbiological Reviews . 55 (2): 259–87. doi : 10.1128/MMBR.55.2.259-287.1991 . PMC 372814 . PMID  1886521. 
  14. ^ Vass, AA (2001). "Más allá de la tumba: comprensión de la descomposición humana" (PDF) . Microbiology Today . 28 .
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