Гудроновые ямы , иногда называемые асфальтовыми ямами , представляют собой большие отложения асфальта . Они образуются в присутствии нефти , которая образуется , когда разложившееся органическое вещество подвергается давлению под землей. Если эта сырая нефть просачивается вверх через трещины, каналы или слои пористых осадочных пород, она может скапливаться на поверхности. [1] Более легкие компоненты сырой нефти испаряются в атмосферу, оставляя черный липкий асфальт. [1] Гудроновые ямы часто раскапывают, потому что они содержат большие коллекции окаменелостей. [1]
Гудроновые ямы образуются над запасами нефти, и эти отложения часто встречаются в антиклинальных ловушках . Фактически, около 80 процентов нефти, обнаруженной на Земле, было обнаружено в антиклинальных ловушках. [2] Антиклинали - это складки в стратиграфических слоях, в которых каждая половина складки отклоняется от гребня. Такие структуры обычно развиваются над надвигами или в тектонических регионах, где суша изгибается и складывается. Если структура над вогнутой вниз складкой (аркой) представляет собой непористую породу или водоупор , например сланец , это считается антиклинальной ловушкой. [2] Рисунок в этом разделе представляет собой мультяшную диаграмму поперечного сечения, на которой показана нефть, застрявшая в антиклинальной ловушке. Если есть разлом или трещина в вышележащих пластах над нефтяными запасами, нефть может мигрировать на поверхность. Это возможно из-за капиллярной бахромы и из-за того, что масло менее плотное, чем вода. [3]
Химия
Гудроновые ямы - это лужи из асфальта. Однако в начале своего образования они не всегда были липкими и плотными. Бассейны состояли из сырой нефти, которая образовалась под поверхностью Земли. Сырая нефть представляет собой смесь гетероатомных соединений, углеводородов , металлов и неорганических соединений . [4] Гетероатомные соединения - это органические молекулы, которые содержат элементы, не являющиеся углеродом или водородом, а углеводороды содержат только углерод и водород. [4] Сырая нефть менее вязкая, чем асфальт, потому что она содержит более высокий процент легких углеводородов. [5] Легкие углеводороды включают следующие алканы : метан , этан , пропан и бутан . [6] Эти молекулы имеют очень низкий молекулярный вес . Сырая нефть также может содержать некоторые неорганические примеси, такие как CO 2 , H 2 S, N 2 и O 2 . [6] На поверхности эти легкие молекулы могут испаряться из сырой нефти, оставляя после себя более тяжелые и липкие молекулы. Асфальт или битум обычно содержит углеводородные цепи молекул с более чем 50 атомами углерода. [5] Чем длиннее углеводородная цепь, тем она становится более вязкой и температура кипения увеличивается. [5]
Испарение - важный процесс в образовании ямок смолы. Резервуар легкой сырой нефти на поверхности Земли может быть уменьшен до 75% от первоначального объема всего за несколько дней, образуя асфальт в качестве конечного продукта. Для средней сырой нефти объем может быть уменьшен на 40%. [7] Сырая нефть испаряется по-разному в зависимости от их химического состава. [4] Средний состав образца битума по массе: 80,2% углерода, 7,5% водорода, 7,6% кислорода, 1,7% азота и 3,0% серы. [2]
Известные смоляные ямы
La Brea Tar Pits
В La Brea Tar Ямы расположены в Южной Калифорнии. Нефть, которая видна на поверхности, поступает из резервуара месторождения нефти Солт-Лейк-Сити и нефтеносных песков в формациях Репетто и Пико. [8] Эти нефтяные месторождения образовались в эпоху миоцена, когда морские планктонные организмы накапливались в океаническом бассейне. [9] Со временем отложения погребли организмы на глубине от 300 до 1000 метров ниже поверхности Земли, подвергая их высокому давлению. Этот процесс превратил органическое вещество в масло. Разлом на 6-й улице, который пересекает нефтяное месторождение Солт-Лейк-Сити, является каналом, питающим смолу Ла-Бреа. [8] Нефть со временем мигрировала на поверхность, улавливая и сохраняя животных и растения в течение последних 50 000 лет. [9]
Карпинтерия смоляные ямы
В CARPINTERIA Тар Ямы расположены в Tar Pits Park в Carpinteria, Калифорния. Эти смолистые ямы, по прогнозам, образовались во время плейстоцена. Во время раскопок было обнаружено 25 видов растений, а также 55 видов птиц и 26 видов млекопитающих. [10] Источники смолы все еще просачиваются на поверхность через трещины в нижележащих стратиграфических слоях морского сланца. [10]
Бинагадинское асфальтовое озеро
Binagadi Асфальт Озеро находится в Азербайджане , или на Кавказе, в регионе между Черным морем и Каспийским морем . Эта смоляная яма известна сохранением голов и тел нескольких пещерных львов , млекопитающих, процветавших в плейстоцене . [11] Хорошо сохранившийся череп лошади был также найден в асфальтовом озере Бинагади. Его возраст составляет 96–120 тысяч лет. Он выставлен в Естественно-историческом музее Азербайджана в Баку , Азербайджан . [12]
Pitch Lake
Озеро Питч-Лейк в Тринидаде и Тобаго представляет собой большую чашевидную депрессию, заполненную битумом. Озеро имеет максимальную глубину 250 футов и площадь 100 акров, что делает его крупнейшим залежом твердого битума на Земле. [13] Озеро у берегов холодное и плотное, и у него есть верхний слой, по которому можно ходить. Под этой обшивкой постоянно взбивается асфальт. Озеро постепенно становится мягче и горячее ближе к центру, где битум начинает пузыриться. Газ, выделяющийся в центре озера, в основном состоит из метана и большого количества углекислого газа. [14]
Озеро Питч образовалось тысячи лет назад в результате тектонической активности. Движение вдоль разлома создало трещину, которая врезалась в залежь нефти и газа глубоко в земной коре. Нефть и газ со временем просачивались вверх к поверхности Земли через трещину, создавая озеро Питч-Лейк. Из-за постоянного пополнения запасов нефти и газа в озере слабое течение. Течение практически незаметно, потому что верхний слой озера Питч в основном твердый. [13]
Окаменелости
Смоляные ямы характерны для многих их окаменелостей. Дело в том, что толстый липкий асфальт улавливает животных. [15] Как только животные попадают в гудрон, они обездвиживаются и сразу же начинают тонуть, если асфальт достаточно теплый и липкий. Хищники, которые видят этих беспомощных животных, обычно продвигаются в ямы с дегтем в надежде поймать следующую еду. В результате жертва обычно находится под хищником во время раскопок. [15]
Кости и твердые части животных хорошо сохранились, потому что после смерти организма они быстро закапываются. Под поверхностью твердые части покрыты асфальтом и защищены от климатических изменений, таких как дождь, ветер или снег, которые могут ускорить процессы выветривания. Асфальту также не хватает кислорода и воды, поэтому основные разлагающие организмы, такие как аэробные грибы и бактерии, отсутствуют. [ необходима цитата ]
С 1906 года в ямах Ла-Бреа было обнаружено более миллиона костей. Выявлен 231 вид позвоночных, 234 вида беспозвоночных и 159 видов растений. [9] Наиболее частым крупным млекопитающим, обнаруживаемым в Тарных ямах Ла-Бреа, является лютый волк , одно из самых известных доисторических хищников, живших в плейстоцене . [16] Окаменелости саблезубых кошек и койотов также были в изобилии. [9] В ходе продолжающихся раскопок постоянно обнаруживаются новые окаменелости. [9]
Живые организмы
Жизнь была найдена в ок. Образец природного асфальта возрастом 28000 лет в карьере La Brea Tar Pits . [17] Были обнаружены сотни новых видов бактерий, способных процветать в среде с минимальным содержанием воды или воздуха или их отсутствием. Они содержат специальные ферменты, которые могут расщеплять углеводороды и другие нефтепродукты. [17] Происхождение бактерий в этих естественных асфальтовых карьерах неизвестно, но считается, что они произошли от существовавших ранее почвенных микроорганизмов, которые пережили просачивание асфальта тысячи лет назад. Почвенным микроорганизмам пришлось адаптироваться и претерпевать генетические изменения, чтобы выдержать суровую новую среду, которая в конечном итоге привела к появлению новых видов бактерий. [17]
В одном исследовании преобладающие бактерии, обнаруженные в ямах La Brea Tar, принадлежали к классу Gammaproteobacteria в отряде Chromatiales , более просто называемым пурпурными серными бактериями . [17] Пурпурные серные бактерии не используют воду в качестве восстановителя , поэтому во время дыхания кислород не выделяется . Вместо этого они используют серу в форме сульфидов в качестве восстановителя. Другие бактерии, обнаруженные в ямах дегтя, принадлежали к семейству Rubrobacteraceae . Эти бактерии известны как одни из самых радиационно-устойчивых организмов на планете. [17]
Пич-Лейк , еще одна асфальтовая яма в Тринидаде и Тобаго , также является средой обитания микробных сообществ архей и бактерий. Бактериальные микроорганизмы из отрядов Burkholderiales и Enterobacteriales были обнаружены живущими в каплях воды, собранных из озера, размером с микролитр. [18] Биомасса в озере Питч-Лейк составляла до 10 7 клеток на грамм асфальта. [19] Многие из этих микробов выживают за счет серы, железа, метана или других углеводородов. [19] Текущие исследования проводятся в Pitch Lake , потому что она подражает среда находится на поверхности Сатурна самого большого спутника «s, Титана . Обнаружение экстремофилов в озере Питч дает представление о возможностях микробной жизни в углеводородных озерах на Титане. [19]
Вклад в парниковые газы
Tar ямки формируются путем фракционирования из сырой нефти на поверхности. Более легкие углеводороды сырой нефти, в том числе метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ), испаряются, оставляя более крупные углеводороды, составляющие химический состав асфальта. Это вызывает беспокойство, потому что метан, этан и пропан являются основными парниковыми газами и / или фотохимическими загрязнителями . [20] Смоляные ямы Ла-Бреа выбрасывают около 500 кг метана в день. [20] Выбросы являются самыми высокими вдоль разлома на 6-й улице, который является каналом, по которому нефтяные карьеры питаются сырой нефтью из отложений под поверхностью Земли. [20] Было также обнаружено, что метан испаряется из близлежащей почвы, влияя на физиологию местных трав. В карьерах Ла-Бреа самый высокий поток природного газа, измеренный для любой береговой зоны фильтрации в Соединенных Штатах. [20] В глобальном масштабе оценки геологических выбросов CH 4 и C 2 H 6 от просачивания газа в осадочные породы составляют порядка 50-70 Тг / год и 2-4 Тг / год соответственно. Эти значения составляют примерно половину глобальных выбросов CH 4 и C 2 H 6 в результате антропогенного сжигания ископаемого топлива , которые составляют примерно 100–150 тг CH 4 / год и 6–8 тг C 2 H 6 / год. [20] Эти выбросы углеводородов могут способствовать биодеградации нефти и метаногенезу в карьерах смолы. [20]
При моделировании атмосферных парниковых газов следует учитывать природные геологические источники метана и других углеводородов. Не все источники углеводородов в атмосфере являются результатом антропогенных выбросов. [20]
Опасности гудроновых ям
Просачивание углеводородов в городских или промышленных районах представляет геологическую опасность из-за взрывоопасной природы углеводородов. 24 марта 1985 года карман с метаном прошел через небольшое отверстие между плитой пола и фундаментными стенами универмага Ross в Лос-Анджелесе , всего в миле к северу от La Brea Tar Pits. Этот метановый карман вызвал взрыв, в результате которого был ранен 21 человек. [21] Это событие повысило осведомленность о потенциальных опасностях метановых карманов и просачивания углеводородов в этом районе. [21]
Ключ к поведению палеоплантатов
Смоляные ямы являются отличными консервантами, и они также могут предоставить данные об изотопах углерода для деревьев, упавших на асфальт. Анализ данных об изотопах углерода в доисторических деревьях может дать информацию о реакции растений на разное количество углекислого газа в палеоатмосфере . [22] Образцы деревьев можжевельника из последнего ледникового периода были извлечены из карьерных ям Ла-Бреа, и они показали, что соотношение межклеточного и атмосферного CO 2 было одинаковым между ледниковыми и современными деревьями. Поскольку количество углекислого газа во время последнего ледникового периода составляло от 180 до 200 частей на миллион (сегодня 409,8 частей на миллион) [23], для фотосинтеза было доступно меньше углерода . В Juniperus деревьев пришлось повысить CO 2 поглощения , чтобы выжить в условиях предельных углерода. Вероятно, что устьичная проводимость деревьев и потребность хлоропластов в CO 2 в этот период были выше, что привело к увеличению их потребления углерода. [22] При переходе в следующий межледниковый период устьичная проводимость деревьев можжевельника и потребность хлоропластов в CO 2 снизились в результате более высоких температур и более высоких концентраций CO 2 в атмосфере. Эта реакция на колебания уровня углерода наблюдается у растений с течением времени. Например, повышенная устьичная проводимость наблюдается у современных растений C3, выращиваемых в среде с низким содержанием CO 2 . [22] Также предполагается, что более влажный климат во время последнего ледникового периода, возможно, увеличил доступность азота для растений, что, следовательно, увеличило концентрацию азота в листьях. Это изменение могло увеличить фотосинтетические способности можжевельника . [22]
История битумных карьеров и людей
Тело женщины было обнаружено в ямах Ла-Бреа-Тар в 1914 году. Сохранились только череп и части скелета, и было установлено, что она умерла около 9000 лет назад. [24] На момент смерти ей было от 18 до 24 лет, а ее рост был от 4 футов до 8-10 дюймов. [24] Это единственный зарегистрированный случай человеческих останков, найденных в ямах с смолой. [25]
На протяжении тысячелетий коренные американцы использовали смолу из ям La Brea Tar Pits в качестве клея и связующего вещества. [1] Они использовали его в качестве водонепроницаемого уплотнения, чтобы покрыть свои лодки и корзины. Когда жители Запада прибыли к месторождениям смолы, они начали добычу смолы для кровельного материала в близлежащих городах. [1]
Рекомендации
- ^ a b c d e "La Brea Tar Pits" . ucmp.berkeley.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б в «Физические ресурсы Земли: Нефть: просмотреть на одной странице» . www.open.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ Дюссо, Морис Б. (2004-01-01). «Связанные термомеханохимические процессы в сланцах: нефтяная скважина» . Серия книг по геоинженерии Elsevier . 2 : 573–580. DOI : 10.1016 / S1571-9960 (04) 80101-0 . ISBN 9780080445250. ISSN 1571-9960 .
- ^ а б в «Химическая конституция сырой нефти | FSC 432: нефтепереработка» . www.e-education.psu.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б в «Химия от Oil | S-cool, редакция сайта» . www.s-cool.co.uk . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б «2.5: Типы углеводородов | PNG 301: Введение в разработку нефти и природного газа» . www.e-education.psu.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ Фингас, Мерв (1995). «Испарение нефтяных разливов» (PDF) . Материалы восемнадцатого технического семинара по Программе разливов нефти в Арктике - через Университет Макгилла.
- ^ а б Вебер, Дерек; Marquez, Bertha A .; Тейлор, Шарнис; Рая, Пол; Контрерас, Пол; Ховард, Дэвид; Нвачуку, Икенна; Фуско, Кэти; Моралес, Фернанда; Доэзема, Ламберт А. (01.09.2017). «Макроразрыв метана и легких алканов на карьерах смол Ла Бреа в Лос-Анджелесе» . Журнал химии атмосферы . 74 (3): 339–356. Bibcode : 2017JAtC ... 74..339W . DOI : 10.1007 / s10874-016-9346-4 . ISSN 1573-0662 . S2CID 101426941 .
- ^ а б в г д "Ла Бреа Тар Ямы и Хэнкок Парк | Ла Бреа Тар Ямы" . tarpits.org . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б Григгс, Дэвид (2014). "БЮЛЛЕТЕНЬ Исторического общества долины Карпинтерия" (PDF) . Виноградная лоза .
- ^ Гимранов Дмитрий; Косинцев, Павел (30.04.2020). «Четвертичные крупные млекопитающие пещеры Иманай» . Четвертичный интернационал . 546 : 125–134. Bibcode : 2020QuInt.546..125G . DOI : 10.1016 / j.quaint.2020.01.014 . ISSN 1040-6182 .
- ^ Алекбарлы, Фарид (2016). «Лошади Азербайджана: исторический обзор» (PDF) . Азербайджанская ассоциация историков медицины (AAMH) .
- ^ а б «Питч-Лейк, Тринидад - геологическое чудо, которое добывают для получения асфальта» . Национальные музеи Ливерпуля . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ Центр Всемирного наследия ЮНЕСКО. "Озеро Ла Бреа Питч" . Центр всемирного наследия ЮНЕСКО . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б «Ископаемые - окно в прошлое» . ucmp.berkeley.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ «Ужасный волк» . igws.indiana.edu . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б в г д Ким, Чен-Шик; Кроули, Дэвид Э. (15 июля 2007 г.). «Разнообразие микробов в природных асфальтах гудронированных карьеров Ранчо Ла Бреа» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (14): 4579–4591. DOI : 10,1128 / AEM.01372-06 . ISSN 0099-2240 . PMC 1932828 . PMID 17416692 .
- ^ Мадхусуданан, Джоти (8 августа 2014 г.). «Микробы в яме дегтя» . Ученый . Проверено 14 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б в Шульце-Макух, Дирк; Хак, Ширин; де Соуза Антонио, Марина Ресендес; Али, Дензил; Хосейн, Риад; Song, Young C .; Ян, Цзиньшу; Зайкова, Елена; Beckles, Denise M .; Гинан, Эдвард; Лехто, Гарри Дж. (2011-04-01). «Микробная жизнь в пустыне с жидким асфальтом» . Астробиология . 11 (3): 241–258. arXiv : 1004.2047 . Bibcode : 2011AsBio..11..241S . DOI : 10.1089 / ast.2010.0488 . ISSN 1531-1074 . PMID 21480792 . S2CID 22078593 .
- ^ Б с д е е г Etiope, G .; Doezema, LA; Пачеко, К. (2017). «Эмиссия метана и более тяжелых алканов из зоны отвода смол Ла-Бреа, Лос-Анджелес» . Журнал геофизических исследований: атмосферы . 122 (21): 12, 008–12, 019. Bibcode : 2017JGRD..12212008E . DOI : 10.1002 / 2017JD027675 . ISSN 2169-8996 .
- ^ а б Клейтон, Джанет (1985). «Обеспокоенность метаном нависла над районом Фэрфакс» . Лос-Анджелес Таймс .
- ^ а б в г Gerhart, Laci M .; Харрис, Джон М .; Нипперт, Джесси Б .; Sandquist, Darren R .; Уорд, Джой К. (2012). «Ледниковые деревья из смоляных карьеров Ла-Бреа демонстрируют физиологические ограничения низкого содержания CO2» . Новый фитолог . 194 (1): 63–69. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.2011.04025.x . ISSN 1469-8137 . PMID 22187970 .
- ^ «Изменение климата: двуокись углерода в атмосфере | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Проверено 26 апреля 2021 .
- ^ а б Мерриам, JC (1914-08-07). «Предварительный отчет об обнаружении человеческих останков в залежи асфальта на Ранчо ла Бреа» . Наука . 40 (1023): 198–203. Bibcode : 1914Sci .... 40..198M . DOI : 10.1126 / science.40.1023.198 . HDL : 2027 / uc1.c045791729 . ISSN 0036-8075 . PMID 17800300 .
- ^ «Женщина Ла Бреа - Лос-Анджелес» . www.laalmanac.com . Проверено 26 апреля 2021 .