Органикалық геохимия: Мұнай мен көмірдің пайда болуы мен құрамы
Organic geochemistry
Органикалық геохимия: тау жыныстарындағы және судағы органикалық заттардың құрамы, пайда болуын зерттейді. Мұнайдың биологиялық тегін анықтауда маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Органикалық геохимия – организмдердің Жерге тигізген әсерлерін және процестерін зерттейтін ғылым. Ол негізінен тау жыныстары мен су қоймаларындағы органикалық заттардың құрамын және олардың қалай пайда болғанын зерттейді. Органикалық геохимияның зерттелуі "органикалық геохимияның әкесі" атанған Альфред Э. Трейбстің еңбектерімен байланысты. Трейбс алғаш рет мұнайдан металлопорфириндерді бөліп алды. Бұл жаңалық мұнайдың биологиялық тектен шыққандығын дәлелдеді, бұл туралы бұрынғыда аз ғана мәлімет болған. Металлопорфириндер, жалпы алғанда, өте тұрақты органикалық қосылыстар болып табылады, ал алынған туындылардың толық құрылымы олардың хлорофиллден пайда болғанын көрсетті.
Organic geochemistry is the study of the impacts and processes that organisms have had on the Earth. It is mainly concerned with the composition and mode of origin of organic matter in rocks and in bodies of water. The study of organic geochemistry is traced to the work of Alfred E. Treibs, "the father of organic geochemistry." Treibs first isolated metalloporphyrins from petroleum. This discovery established the biological origin of petroleum, which was previously poorly understood. Metalloporphyrins in general are highly stable organic compounds, and the detailed structures of the extracted derivatives made clear that they originated from chlorophyll.
Мұнай
Органикалық қосылыстардың шөгінді және мұнай кен орындарында кездесуі арасындағы байланыс көптен бері қызығушылық тудырып келеді. Ежелгі шөгінділер мен тау жыныстарын зерттеу мұнай мен мұнайдың пайда болу тегі мен көздері, сондай-ақ өмірдің биохимиялық бастаулары туралы түсінік береді. Әсіресе мұнай төгілуі геохимиктерді мұнайдың қазіргі геологиялық ортаға тигізетін әсері тұрғысынан қызықтырады. «Эксон Валдез» мұнай төгілгеннен кейін, төгілген мұнай үлгілерін талдау арқылы мұнай химиясы бойынша органикалық геохимиялық білім кеңейді. Геохимиктер геологиялық үлгілердегі мұнай инклюзияларын зерттеу арқылы қазіргі сұйықтық инклюзияларын мерзімделген үлгілермен салыстырады. Бұл талдау мұнай үлгілерінің және оларды қоршап тұрған тау жыныстарының жасын анықтауға көмектеседі. Үлгілерді массалық спектрометрия немесе Раман спектроскопиясы арқылы талдау үшін спектрографиялық, оптикалық, құрылымды бұзу арқылы және құрылымын бұзбау арқылы әдістер қолданылады. Үлгілердегі мұнай мен газ арақатынасы немесе тұтқырлық сияқты анықталған айырмашылықтар көбінесе үлгінің тау жынысынан шыққандығымен байланыстырылады. Басқа да сипаттамаларға қысым/көлем/температура қасиеттері, үлгінің текстурасы және құрамы жатады. Талдау кезінде қиындықтар туындауы мүмкін, егер мұнайдың бастапқы жынысы су көзіне жақын немесе судың ішінде болса. Мұнай көміртегі изотоптарын талдау арқылы да зерттеледі. Көміртегі изотоптары Жердің көміртегі циклы мен геологиялық процестер туралы мәліметтер береді. Геохимиктер көміртегі изотоптарының арақатынасын қарастырып, осы арақатынасты мұнай құрамында болуы мүмкін көміртегі негізді құрылымдардың белгілі мәндерімен салыстыра отырып, мұнай кен орындарының құрамын анықтай алады.
The relationship between the occurrence of organic compounds in sedimentary deposits and petroleum deposits has long been of interest. Studies of ancient sediments and rock provide insights into the origins and sources of oil and petroleum, as well as the biochemical antecedents of life. Oil spills in particular have been of interest to geochemists in regards to the impact of petroleum and oil on the current geological environment. Following the Exxon Valdez Oil Spill, organic geochemistry knowledge on oil spill chemistry bloomed with the analyses of samples from the spill. Geochemists study petroleum inclusions in geological samples to compare present day fluid inclusions to dated samples. This analysis provides insight into the age of the petroleum samples and the surrounding rock. Spectrographic, optical, destructive, and nondestructive methods are used to analyze samples via mass spectrometry or Raman spectroscopy. The discovered differences in samples, such as oil to gas ratio or viscosity are typically attributed to the rock source of the sample. Other characteristics typically noted are pressure/volume/temperature properties, sample texture, and sample composition. Complications in analysis arise when the source rock is near or in a water source. Petroleum is also studied via carbon isotope analysis. Carbon isotopes provide insight into the Earth's carbon cycle and geological processes. Geochemists are able to discern the composition of petroleum deposits by examining the ratio of carbon isotopes and comparing this ratio to known values for carbon based structures of which the petroleum could be composed.
Көмір
Көмір энергия көзі ретінде қолданыла бастағаннан бері оның жайлы мол білім жинақталды. Дегенмен, қазіргі геохимиктер өсімдік материалдарының көмірге қалай өзгеретінін зерттеп жатыр. Олар көмірленудің өсімдік материалдарының таңдамалы ыдырауынан туындайтынын, ал қалған өсімдік материалдары сақталып қалатынын анықтады. Көмір макромолекулалары көбінесе балдырлар, споралар және ағаштарда кездесетін, ыдырауға төзімді биополимерлерден құралған. Геохимиктер биополимерлердің қасиеттерін қазіргі көмір макромолекулаларының қасиеттерімен салыстырып, көмірдің қалыптасуының сырын ашты. Көміртегі ЯМР және газ хроматография-массалық спектрометрия (ГХМС) әдістері жылдам пиролизбен үйлесімде, органикалық геохимиктерге көмірдің ең ұсақ құрылымдық элементтерін талдау мүмкіндігін арттырды. Көмір шөгінділерінің жасын анықтау үшін көмірленген сынамалардағы уранның изохрондық жас анықтау әдісі қолданылды. Уран изотоптарының ата-ана және қызмет арақатынасын зерттеу арқылы таңдалған сынамалардың жасы Соңғы Бор дәуіріне дейін екені анықталды.
Vast knowledge about coal has been attained since the inception of its use as an energy source. However, modern geochemists are still studying how plant material changes into coal. They have determined coalification results from a selective degradation of plant materials, while other plant material is preserved. Coal macromolecules are usually made up of these degradation resistant biopolymers contained in algae, spores, and wood. Geochemists have unraveled the mysteries behind coal formation by comparing properties of the biopolymers to properties found in existing coal macromolecules. The analytical methods of Carbon NMR and gas chromatography mass spectrometry (GC MS) combined with flash pyrolysis has greatly enhanced the ability of organic geochemists to analyse the minute structural units of coal. Further knowledge into the age of coal sediments has been attained via isochron dating of uranium in the coalified samples. Examination of the parent to daughter ratio of uranium isotopes has led to the dating of select samples to the Late Cretaceous Period.
Қоршаған орта
Қазіргі заманғы органикалық геохимия көміртектің айналымын, климаттың өзгеруін және мұхит процестерін түсіну үшін соңғы шөгінділерді зерттеуді қамтиды. Мұнай зерттеулерімен байланысты мұнайға бағытталған геохимиктер мұнайдың геологиялық ортаға тигізетін әсерін де зерттейді. Геохимия геологиялық жүйелердегі басқа ластаушы заттарды, мысалы, көмірсутектердің ыдырауынан пайда болатын метаболиттерді де зерттейді. Органикалық геохимияның GC MS сияқты талдау әдістері химиктерге органикалық метаболиттердің және адамның қалдықтарының геологиялық ортаға тигізетін күрделі әсерін анықтауға мүмкіндік береді. Ауыл шаруашылығы қызметінен туындайтын ластаушы заттарға ерекше назар аударылады. Малдың тыңайтқыштарын қолдану, жалпы коммуналдық және кәріздік қалдықтарды басқарумен бірге, ауыл шаруашылығы топырағының және оны қоршаған топырақтардың көптеген физикалық қасиеттерін өзгертті. Органикалық геохимия сулы ортаға да қатысты. Ластаушы заттар, олардың метаболиттері және олардың су қоймаларына қалай енеді деген мәселелер бұл салада ерекше маңызға ие. Бұл органикалық заттар су қоймаларында немесе олардың жанында жүретін геологиялық процестерден де пайда болуы мүмкін, бұл жақын жердегі тіршілік формаларына және белок өндірісіне де әсер етеді. Судағы органикалық заттарды зерттеу үшін флуоресценттік спектроскопия қолданылады, себебі еріген органикалық заттар көбінесе флуоресцентті болады. Органикалық геохимияның зерттеу саласы атмосфераны да қамтиды. Бұл саладағы геохимиктер төменгі атмосферадағы ерімейтін материалдың құрамын зерттейді. Олар органикалық аэрозольдердің физиологиялық уыттылығы, тікелей және жанама климатты өзгерту, түтін, жаңбырдың қышқылдануы және табиғи көміртек айналымына енуі сияқты салдарларын анықтады.
Modern organic geochemistry includes studies of recent sediments to understand the carbon cycle, climate change, and ocean processes. In connection with petroleum studies, petroleum focused geochemists also examine the impact of petroleum on the geological environment. Geochemistry also examines other pollutants in geological systems, such as metabolites formed from the degradation of hydrocarbons. Organic geochemistry analytical techniques, such as GC MS, allow chemists to determine the intricate effects of organic metabolites and human derived waste products on the geological environment. Of specific concern are the human derived pollutants stemming from agricultural work. The use of animal manure, in combination with general municipal and sewage waste management, has changed many physical properties of the agricultural soil involved and the surrounding soils. Organic geochemistry is also relevant to aqueous environments. Pollutants, their metabolites, and how both enter bodies of water are of particular importance in the field. This organic matter can also be derived from geological processes in or near bodies of water, similarly influencing nearby lifeforms and protein production. Fluorescence spectroscopy has been introduced as a technique to examine organic matter in bodies of water, as dissolved organic matter is typically fluorescent. The study of organic geochemistry also extends to the atmosphere. Particularly, geochemists in this field study the makeup of insoluble material in the lower atmosphere. They have defined certain consequences of organic aerosols including physiological toxicity, direct and indirect climate forcing, smog, rain acidification, and incorporation into the natural carbon cycle.