Metagenesis catagenesis y ciclo del carbono

Metagenesis catagenesis y ciclo del carbono

1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
UNIDAD TICOMAN












Materia: química del petróleo

Grupo: 2pm1

Alumno: Cristian Jassiel Barrios Suarez

Profesor: Antonio Barba Gutiérrez

2. DIAGENESIS
La diagénesis (gr., dia, ‘cambio’, y genesis, ‘origen’)
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es el proceso de formación de una roca
sedimentaria a partir de sedimentos sueltos que sufren un proceso de compactación y
cementación. La diagénesis se produce en el interior de los primeros 5 ó 6 km de las corteza
terrestre a temperaturas inferiores a 150-200 °C; más allá se considera ya metamorfismo.
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El cambio diagenético físico más habitual es la compactación. Conforme el sedimento se acumula
a través del tiempo, el peso del material suaprayacente comprime los sedimentos más profundos.
Cuando mayor es la profundidad a la que esta enterrado el sedimento, más se compacta y más
firme se vuelve. Al inducirse cada vez más la aproximación de los granos, hay una reducción
considerable del espacio poroso (el espacio abierto entre las partículas). Por ejemplo, cuando las
arcillas son enterradas debajo de varios miles de metros de material, el volumen de la arcilla
puede reducirse hasta un 40 por ciento. Conforme se reduce el espacio del poro, se expulsa gran
parte del agua que estaba atrapada en los sedimentos. Dado que las arenas y otros sedimentos
gruesos son lo ligeramente compresibles, la compactación como proceso de litificación, es más
significativa en las rocas sedimentarias de grano fino.
La cementación es el proceso más importante mediante el cual los sedimentos se convierten en
rocas sedimentarias. Es un cambio diagenetico químico que implica la precipitación de los
minerales entre los granos sedimentarios individuales. Los materiales cementantes son
transportados en solución por el agua que percola a través de los espacios abiertos entre las
partículas. A lo largo del tiempo, el cemento precipita sobre los granos de sedimento, llenas de
espacios vacíos y une lso clastos. De la misma manera que el espacio del poro se reduce durante la
compactación, la adición de cemento al depósito sedimentario reduce también su porosidad.
La calcita, la sílice y el óxido de hierro son los cementos más comunes. Hay una manera
relativamente sencilla de identificar el material cementante. Cuando se trata de calcita, se
producirá efervescencia con el ácido clorhidrico diluido. La sílice es el cemento más duro y
produce, por tanto, las rocas sedimentarias más duras. Un color de naranja a rojo oscuro en una
roca sedimentaria significa que hay óxido de hierro.
La mayoría de las rocas sedimentarias se litifica por medio de la compactación y la cementación.
Sin embargo, algunas se forman inicialmente como masas sólidas de cristales intercrecidos, antes
de empezar como acumulaciones de partículas independientes que más tarde se solidifican. Otras
rocas sedimentarias cristalinas no empiezan de esta manera, sino que se transforman en masas de
cristales intercrecidos algún tiempos después de que se haya depositado el sedimento.
Por ejemplo, con el tiempo y enterramiento, los sedimentos sueltos que consisten en delicados
restos esqueleticos calcáreos pueden recristalizar en una caliza cristalina relativamente densa.
Dado que los cristales crecen hasta que rellenan todos los espacios disponibles, normalmente las
rocas sedimentarias cristalinas carecen de porosidad. A menos que las rocas desarrollen más tarde
diaclasas y fracturas, serán relativamente impermeables a fluidos como el agua y el petróleo.

3. La mayoría de las veces la consolidación de los sedimentos se debe a la infiltración de las aguas
que contienen sustancias disueltas. La diagénesis convierte así la arena en arenisca, a los lodos
calcáreos en caliza, a las cenizas volcánicas en cinerita, etc. Las reacciones y otros fenómenos de
oxidorreducción, deshidratación, recristalización, cementación, litificación, mineralización y
sustitución de un mineral preexistente por otro constituyen en su conjunto la autogénesis y los
minerales resultantes de ésta son calificados de autogénicos. El principio u origen de las rocas
sedimentarias es la diagénesis producto de presión y temperatura bajas
Incluye todos los procesos físicos y químicos que afectan al sedimento después del deposito y hasta
antes del metamorfismo de bajo grado. Los procesos diagenéticos no operan con uniformidad y
regularidad , por lo que el tiempo y edad geológica de las rocas o sedimentos no son factores
cruciales en los productos de la diagénesis. Por tanto, si se tiene el mismo grado de litificación no
implica la misma historia depositacional para los dos.
Etapas de los procesos diagenéticos
1) Diagénesis temprana: la cuál ocurre a baja profundidad del sepultamiento ( a menos de
50 mts), durante pocos miles a cientos de miles de años, y en algunos casos se lleva a
cabo por interacción de agua marina y procesos del fondo marino. Durante esta etapa
se desarrollan los procesos iniciales de litificación y compactación.
2) Diagénesis tardía: durante estos los eventos posteriores son más lentos y de mayor
duración.

4. METAGÉNESIS

En esta etapa las temperaturas pueden ser superiores a los 200 ºC. Al alcanzar esta etapa ya los
sedimentos han sido transformados en roca sedimentarias y ha ocurrido la generación de petróleo.
Por este incremento de la temperatura la roca sedimentaria sufre una serie de cambios en su
composición mineralógica y es transformada en una roca metamórfica. La materia orgánica residual
es transformada en grafito.
Es el último estado en que cesa la generación de petróleo y gas, pero se sigue generando mucho
metano ( CH4) por alteración del crudo previamente generado.
El gas natural que contiene entre un 75-85% de metano, normalmente se encuentra asociado con
depósitos de petróleo; estos depósitos son el legado de las plantas marinas que vivieron y
murieron en mares interiores hace millones de años. Son embargo, no todo el metano de la tierra
es “metano antiguo”, se estima que las bacterias metanógenas* que viven en las termitas y en los
sistemas digestivos de los animales herbívoros producen cerca de 2000 toneladas de metano por
año.
Podemos añadir, que el gas natural es un gas incoloro y se añade deliberadamente trazas de
compuestos de azufre, como el etanodiol, con el fin de advertir algún escape peligroso.
El kerógeno remanente es casi grafito en esta etapa.
En general, la generación de los hidrocarburos está fuertemente asociada a la profundidad de
enterramiento.
La profundidad de generación depende del gradiente geotérmico local, del tipo de kerógeno y de
la historia de enterramiento.
A pocas profundidades sólo se genera metano biogénico.
.- Entre 1 y 2 Km de profundidad empieza la catagénesis.
.- Antes de los 3 km. comienza la zona de formación de petróleo; a esta zona se le llama la ventana
de hidrocarburos.
.- Entre los 3 y 3.5 km. se pasa a la catagénesis tardía; es la principal zona de formación de gas, y se
generan tanto gas húmedo como metano.
.- A más de 4 km. la roca madre se transforma en supermadura. En este punto empieza la
metagénesis y sólo se genera metano.
En este proceso la temperatura también es muy importante, por lo cual podemos realizar una
división en base a ella:

5. .- A los 60º C empieza la generación principal; los petróleos formados son pesados y ricos en
componentes NSO
.- Con el incremento de temperatura los petróleos se van haciendo sucesivamente más ligeros.
.- A los 100º C se produce la máxima generación.
.- Por encima de 100º C la generación disminuye y se forman condensados (gases con petróleos
mezclados).
.- La ventana de hidrocarburos se cierra a unos 175º C.
.- La generación directa desde el kerógeno acaba a 225º C.
.- La generación de metano acaba a 315º C, aunque la reducción de porosidad puede provocar que
el gas no sea económicamente explotable.

6. LA CATAGÉNESIS

Tiene lugar según el Kerógeno es calentado. La catagénesis es el estado en que a partir del
Kerógeno se genera petróleo y gas.
La catagénesis es la alteración físico-química de los sedimentos y los fluidos intersticiales a
temperaturas y presiones más elevadas que las de la diagénesis. La catagénesis implica un proceso
de calentamiento en un rango oscilante entre 50° y 150°C [122° y 302°F]. A estas temperaturas, los
enlaces químicos se rompen en el querógeno y en las arcillas de las utitas, generando
hidrocarburos líquidos. En el extremo superior de este rango de temperatura, el craqueo
secundario de las moléculas de petróleo puede generar moléculas de gas. (Glosario
Schlumberger).
La catagénesis es un término arcaico de la biología evolutiva para referirse a las direcciones
evolutivas que se consideraban "retrogresivas". Era un término usado en contraste con la
anagénesis, que en la actualidad describe la evolución de una población en una forma nueva sin
ramificarse en líneas de descendencia. La cladogénesis es el término utilizado para las líneas de
descendencia, es decir, cuando el origen evolutivo de una forma nueva no está acompañado de la
desaparición de la forma ancestral.
A partir de 65ºC y hasta los 150ºC, se produce la destilación del kerógeno y en consecuencia
la generación de hidrocarburos. Este proceso consiste en la rotura de moléculas orgánicas para
formar cadenas de hidrocarburos. la máxima generación de gas se localiza hacia el final de esta
étapa.

7. EL CICLO DEL CARBONO
El ciclo del carbono son las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en
los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo de gran importancia
para la supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta, debido a que de él depende la
producción de materia orgánica que es el alimento básico y fundamental de todo ser vivo.
El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Interviene en la fotosíntesis
bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) o de H2CO3 (ácido carbónico), tal como se encuentran
en la atmósfera. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato fundamental para la
realización de procesos como la respiración y la alimentación de los seres vivos, y del cual se
derivan sucesivamente la mayoría de los demás alimentos.
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la
atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y
cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de
fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 21 años.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los
alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen
las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más
visibles.
Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y
consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis facilitó la vida.
Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis liberan
oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las
plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera
imaginar la cantidad de CO2 empleada en la fotosíntesis.
En la medida que el CO2 es consumido por las plantas, también es reemplazado por medio de la
respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final
de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.
En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los
incendios.
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy
superior a la que tiene en el aire.

8. Tipos de ciclos

Ciclo biológico
Comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir,
la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración
que lo devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación
del carbono atmosférico se produce cada 20 años.
Ciclo Biogeoquímico
Regula la transferencia de carbono entre la hidrosfera, la atmósfera y la litosfera (océanos y
suelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido carbónico que ataca
los silicatos que constituyen las rocas, resultando iones de bicarbonato. Estos iones disueltos en
agua alcanzan el mar, son asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se
depositan en los sedimentos en forma de carbonatos. El retorno a la atmósfera se produce en las
erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de larga
duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay ocasiones en las que la
materia orgánica queda sepultada sin contacto con el oxígeno que la descomponga, produciéndose
así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural. Luego el proceso se hace
de nuevo.

El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los
compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al
ambiente. A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera
como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la
quema de combustibles fósiles por el hombre.