Органическая геохимия

Органическая геохимия - это изучение воздействий и процессов, которые организмы оказали на Землю. В основном это касается состава и способа происхождения органического вещества в горных породах и водоемах. [1] Изучение органической геохимии восходит к работам Альфреда Э. Трейбса, «отца органической геохимии». [2] Трейбс впервые выделил металлопорфирины из нефти. Это открытие установило биологическое происхождение нефти, которое ранее было плохо изучено. [3] Металлопорфирины в целом представляют собой высокостабильные органические соединения, и детальная структура извлеченных производных ясно показывает, что они произошли от хлорофилла.

Энергия

Нефть

Связь между присутствием органических соединений в осадочных отложениях и месторождениях нефти уже давно вызывает интерес. [4] Исследования древних отложений и горных пород дают представление о происхождении и источниках нефти и нефти, а также о биохимических предшественниках жизни. В частности, разливы нефти представляли интерес для геохимиков в связи с воздействием нефти и нефти на текущую геологическую среду. После разлива нефти Exxon Valdez знания в области органической геохимии в области химии разливов нефти расширились благодаря анализу проб из разлива. [5]

Геохимики изучают нефтяные включения в геологических образцах, чтобы сравнить современные флюидные включения с датированными образцами. Этот анализ дает представление о возрасте образцов нефти и окружающей породы. Спектрографические, оптические, деструктивные и неразрушающие методы используются для анализа образцов с помощью масс-спектрометрии или рамановской спектроскопии. Обнаруженные различия в образцах, такие как соотношение нефти и газа или вязкость, обычно связаны с источником породы в образце. Другие обычно отмечаемые характеристики - это характеристики давления / объема / температуры, текстура образца и состав образца. Сложности при анализе возникают, когда материнская порода находится рядом с источником воды или в нем. [6]

Диаграмма углеродного цикла
Размещение углерода-13 на диаграмме изотопов, где N - количество нейтронов, а Z - атомный номер.

Нефть также изучается с помощью изотопного анализа углерода. Изотопы углерода дают представление о углеродном цикле Земли и геологических процессах. Геохимики могут различать состав нефтяных отложений, исследуя соотношение изотопов углерода и сравнивая это соотношение с известными значениями для структур на основе углерода, из которых может состоять нефть. [7]

Каменный уголь

Об угле были получены обширные знания с момента его использования в качестве источника энергии. Однако современные геохимики все еще изучают, как растительный материал превращается в уголь. Они определили, что углефикации являются результатом избирательной деградации растительного сырья, в то время как другой растительный материал сохраняется. Макромолекулы угля обычно состоят из этих устойчивых к разложению биополимеров, содержащихся в водорослях, спорах и древесине. Геохимики раскрыли тайны образования угля, сравнив свойства биополимеров со свойствами существующих макромолекул угля. Аналитические методы углеродного ЯМР и газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) в сочетании с мгновенным пиролизом значительно расширили возможности геохимиков-органических химиков для анализа мельчайших структурных единиц угля. [8]

Пример диаграммы и анализа изохронной датировки

Дальнейшие сведения о возрасте угольных отложений были получены с помощью изохронного датирования урана в углефицированных образцах. Изучение соотношения родительских и дочерних изотопов урана позволило датировать отдельные образцы поздним меловым периодом . [9]

Относящийся к окружающей среде

Современная органическая геохимия включает исследования недавних отложений, чтобы понять углеродный цикл, изменение климата и океанические процессы. В связи с нефтяными исследованиями геохимики, специализирующиеся на нефти, также изучают влияние нефти на геологическую среду. [10] Геохимия также изучает другие загрязнители в геологических системах, такие как метаболиты, образовавшиеся в результате разложения углеводородов . Аналитические методы органической геохимии, такие как ГХ-МС, позволяют химикам определять сложное воздействие органических метаболитов и продуктов жизнедеятельности человека на геологическую среду. [11] Особую озабоченность вызывают загрязняющие вещества антропогенного происхождения, возникающие в результате сельскохозяйственных работ. Использование навоза в сочетании с общими бытовыми отходами и удалением сточных вод изменило многие физические свойства сельскохозяйственных почв и окружающих почв. [12]

Органическая геохимия также имеет отношение к водной среде. Загрязняющие вещества, их метаболиты и то, как они попадают в водоемы, имеют особое значение в этой области. Это органическое вещество также может быть получено в результате геологических процессов в водоемах или вблизи них, аналогичным образом влияя на близлежащие формы жизни и производство белка. Флуоресцентная спектроскопия была введена как метод исследования органических веществ в водоемах, поскольку растворенные органические вещества обычно флуоресцентны. [13]

"> File:Aerosol Movement.ogvВоспроизвести медиа
Ветры разносят по всему миру огромное количество пыли (красный), морской соли (синий), сульфата (белый), черного и органического углерода (зеленый).

Изучение органической геохимии распространяется и на атмосферу. В частности, геохимики в этой области изучают состав нерастворимого материала в нижних слоях атмосферы. Они определили определенные последствия органических аэрозолей, включая физиологическую токсичность, прямое и косвенное воздействие на климат , смог, подкисление дождя и включение в естественный углеродный цикл. [14]

  • Энгель, Майкл; Макко, Стивен А. (1993). Принципы и приложения органической геохимии . Бостон, Массачусетс: Springer США. ISBN 9781461528906.
  • Киллопс, Стивен Д .; Киллопс, Ванесса Дж. (2013). Введение в органическую геохимию . Джон Вили и сыновья. ISBN 9781118697207.

  1. ^ Хобсон, GD (1966-01-01). «Органическая геохимия нефти». Обзоры наук о Земле . 2 : 257–276. Bibcode : 1966ESRv .... 2..257H . DOI : 10.1016 / 0012-8252 (66) 90031-6 . ISSN  0012-8252 .
  2. ^ Kvenvolden, Keith A. (2006). «Органическая геохимия - ретроспектива первых 70 лет существования». Органическая геохимия. 37: 1–11. DOI: 10.1016 / j.orggeochem.2005.09.001
  3. ^ Treibs, AE (1936). «Хлорофилл- и Геминпроизводные в органических минералах». Angewandte Chemie. 49: 682–686. DOI: 10.1002 / ange.19360493803
  4. ^ Траск, PD "Происхождение и окружающая среда исходных отложений" The Gulf Publishing Co., 1932, Хьюстон, Техас
  5. ^ А. Е. Бенс, К. А. Kvenvolden, MC Кенникатт, Органическая геохимия применительно к экологической оценке Принца Уильяма, Аляска, после Exxon Valdez перелив масличной обзора, органической геохимии, том 24, выпуск 1,1996, 7-42, HTTPS: //doi.org/10.1016/0146-6380(96)00010-1 .
  6. ^ Герберт Волк, Саймон К. Джордж, Использование нефтяных включений для отслеживания нефтяных систем - Обзор, Органическая геохимия, 2019 https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2019.01.012 .
  7. ^ Stahl WJ (1979) Изотопы углерода в нефтегазовой геохимии. В: Jäger E., Hunziker JC (eds) Лекции по изотопной геологии. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг
  8. ^ Патрик Дж. Хэтчер, Дэвид Дж. Клиффорд, Органическая геохимия угля: от растительных материалов до угля, Органическая геохимия, Том 27, Выпуски 5–6, 1997, 251-274, https://doi.org/10.1016/S0146- 6380 (97) 00051-Х .
  9. ^ Брегер, И. А. (1974). Роль органического вещества в накоплении урана: органическая геохимия угольно-урановой ассоциации. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ): МАГАТЭ.
  10. ^ А. Е. Бенс, К. А. Kvenvolden, MC Кенникатт, Органическая геохимия применительно к экологической оценке Принца Уильяма, Аляска, после Exxon Valdez перелив масличной обзора, органической геохимии, том 24, выпуск 1,1996, 7-42, HTTPS: //doi.org/10.1016/0146-6380(96)00010-1 .
  11. ^ Ханс Х. Ричнов, Ричард Зайферт, Йенс Хефтер, Матиас Кестнер, Бернд Махро, Вальтер Михаэлис, Метаболиты ксенобиотики и компонентов минерального масла, связанных с макромолекулярным органическим веществом в загрязненной среде, Органическая геохимия, Том 22, Выпуски 3-5, 1994, 671-IN10, https://doi.org/10.1016/0146-6380(94)90132-5 .
  12. ^ Khaleel, R., KR Редди и MR Overcash. 1981. Изменения физических свойств почвы в результате применения органических отходов: обзор1. J. Environ. Qual. 10: 133-141. DOI: 10.2134 / jeq1981.00472425001000020002x
  13. ^ Хадсон, Н., Бейкер, А. и Рейнольдс, Д. (2007), Флуоресцентный анализ растворенных органических веществ в природных, сточных и загрязненных водах - обзор. River Res. Applic., 23: 631-649. DOI: 10.1002 / rra.1005
  14. ^ Якобсон, MC, H.-C. Ханссон, К. Дж. Нун и Р. Дж. Чарлсон (2000), Органические атмосферные аэрозоли: обзор и состояние науки, Rev. Geophys., 38 (2), 267–294, DOI: 10.1029 / 1998RG000045.