Geochimica - Parte 4

PETROLIO).

ROCCE ORGANOGENE ( BIOGENICHE ) BIOLITITI

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1. Non combustibili =

Carbonati di origine organica.

 Vi sono anche sedimenti silicatici, perché gli organismi fissano la silice ( opale ); nei sedimenti silicei

 non troviamo fossili ma la silice sappiamo che è organica fissata, dopodiché si è trasformata in

silice amorfa.

Nei calcari troviamo veri e propri fossili.

 Fosfati organici derivano dal guano; anche Fe e S alcuni sono di origine organica.



2. Combustibili ( STORAGE ) = CARBONE e PETROLIO

CARBONE = nel carbone naturale si vedono spesso le strutture vegetali, ha quindi origine organica,

 ovvero deriva dalle piante terrestri; queste sono formate da cellulosa ( C H O ) alifatica e da

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lignina ( C H O ) aromatica; in più nel legno vi sono proteine, acidi organici e composti particolari

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( tannino = antiossidante ).

Per molto tempo si è ritenuto che il carbone si originasse dalla trasformazione della lignina perché

quando si brucia carbone si disperdono composti ( gas ) aromatici nell’atmosfera; in realtà tutte e

due fanno parte del carbone perché nelle condizioni di formazione del carbone anche la cellulosa

può dare origine a prodotti aromatici.

Il passaggio da piante terrestri a giacimenti di carbone non è semplice e ci devono essere tutta una

serie di condizioni. 95

Il punto di partenza sono i bacini distrofici, con i resti della foresta che cadono in ambiente

anossico, cioè in una palude; quando si crea questa situazione dal legno delle piante terrestri

otteniamo la torba ( peat ),sostanza organica in fermentazione e materiale originario del carbone;

la torba comincia a diventare carbone quando si instaurano determinate condizioni geologiche:

seppellimento della torba e intervento di una serie di processi ( metamorismo dovuto al calore, alla

pressione a al tempo) per cui si trasforma:

- Primo grado di carbonizzazione lignite

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tanto più il processo è estremo, più saliamo nei gradi di carbone.

- Secondo grado di carbonizzazione litantrace

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- Ultimo grado di carbonizzazione antracite = il carbone migliore.

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Abbiamo più gradi di carbone a seconda della temperatura, della pressione e del tempo.

Durante tutto questo processo c’è una drastica diminuzione di O , una riduzione meno evidente

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di H sottoforma di H O, molto netta dalla litantrace all’antracite; il C diventa relativamente più

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abbondante, cioè non aumenta per aggiunta diretta ma è di più perché vengono eliminati gli altri

componenti( l’antracite è quasi tutto carbonio).

C’è da osservare una cosa piuttosto rilevante, ossia la presenza costante di N, che ci dice che nella

carbonizzazione ha grande influenza l’azione dei batteri, il cui N rimane poi intrappolato nei

processi!!!! [ L’N non sta nel legno ma nelle proteine del legno ].

Quindi a seconda del tipo di sedimento e dalle T, P, e dal tempo, abbiamo carboni diversi 

carboni giovani = ligniti ( basso grado di metamorfismo ). In Italia abbiamo solo questo tipo di

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carbone, mentre solo in Sardegna c’è l’antracite.

A seconda del carbone che troviamo capiamo il grado di metamorfismo che ha subito la regione nel

periodo di formazione di quel carbone.

Dopo l’antracite possiamo avere un grado ancora più alto di metamorfismo ( 4° grado ) che porta

alla formazione della GRAFITE (carbonio quasi amorfo).

Dopo tutto ciò, dobbiamo quindi tener conto del fatto che i carboni si formano diversamente nelle

diverse parti del mondo, a seconda dell’esistenza o meno di tutte le condizioni, e per un geologo il

tipo di carbone è molto importante perché gli dà l’indicazione del grado di metamorfismo di una

determinata regione.

PETROLIO = altro combustibile organico è una biolitite.

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La maggior parte dei campi petroliferi è SEDIMENTARIA di origine MARINA ( tra le acque

connate le più importanti sono quelle dei campi petroliferi ).

Lo abbiamo gia trattato come inquinante sia idrico che atmosferico, ora lo tratteremo come

materiale in senso stretto. Le acque adiacenti ai campi petroliferi sono acque saline, il che ci dice

che la maggior parte dei campi si è formata in acqua marina, ovvero dalla sostanza organica

presente nel mare, cioè zooplancton e fitoplancton;

Oli grezzi sono uguali come composizione agli idrocarburi la composizione è abbastanza

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uniforme: 83-87% C, 11-14% H, max 5% impurezze ( O, N, S);

COSA DISTINGUE I VARI PETROLI????

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Dal tipo di idrocarburi che si sono formati in un determinato campo petrolifero = dipende dalle

condizioni termodinamiche = le miscele non sono in equilibrio.

Il tipo di idrocarburi dipende dunque dalle condizioni ambientali in cui avviene il metamorfismo, cioè

dalle condizioni di alterazione e trasformazione, sempre per seppellimento e aumento di

temperatura; questa non può andare molto in alto e lo sappiamo perché negli oli grezzi sono sempre

presenti le PORFIRINE, composti che a 200 °C si distruggono, quindi il metamorfismo petrolifero

è molto più basso di quello del carbone, nel quale si possono raggiungere temperature

elevatissime, tant’è vero che nelle zone che hanno carbone e giacimenti petroliferi, il carbone non è

antracite, ma al massimo lignite o litantrace. 96

Comunque la sostanza organica presente nel mare che formerà il petrolio, cioè zooplancton e

fitoplancton, deve fermentare ( senza ossigeno = per esempio fango sapropel del Mar Nero), non

distruggersi ( con ossigeno )!!!!

1. Inizio formazione del petrolio = PLANCTON ( inizio carbonizzazione = TORBA ).

2. SAPROPEL?

3. PETROLIO?

4. Sale il metamorfismo = invece del petrolio trovo la GRAFITE.

Reazioni di metamorfismo = TRAPPOLA PETROLIFERA ( come falde artesiane )

Abbiamo un tetto impermeabile ed un letto anch’esso impermeabile di solito costituiti da argille dei

fondi oceanici. Al centro abbiamo la roccia serbatoio dove la sostanza organica metamorfosata

forma il petrolio!!!!!!!!!!!

Di solito abbiamo dall’alto in basso argille, gas, petrolio, H O, argille ( un giacimento di

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metano invece ha argille, metano , acqua, argille ).

Le argille adsorbono = vi è un continuo scambio col sapropel = ciò aiuta la fermentazione.

Negli oli grezzi troviamo anche concentrazione di particolari elementi metallici, come il Vanadio, il

Molibdeno o il Ni perché le argille che racchiudono la trappola contengono questi elementi, che sono

importantissimi perché fungono da catalizzatori nel senso che accelerano il processo di

trasformazione da sapropel in olio grezzo. Il tempo di formazione di un campo petrolifero è molto

discutibile; di solito ci sono campi in formazioni geologicamente antiche, per es. ci sono prodotti

petroliferi nel golfo del Messico, che hanno al massimo diecimila anni, quindi il processo si può

innescare molto presto, bisogna vedere se poi si arriva alla formazione della trappola vera e propria (

ci vogliono MILIONI DI ANNI ).

??? QUANDO E’ NATA LA BIOSFERA???? Sicuramente più tardi delle altre 3 sfere.

Per quanto riguarda l’età della biosfera, non in termini di “ creazione”, ci riferiamo alle prime tracce

fossili di cellule che abbiano una qualche attitudine a svolgere azioni di tipo biologico; le prime

testimonianze di strutture algali ( monocellulari) si trovano nei calcari dello Zimbabwe e hanno

all’incirca 2,6 miliardi di anni; addirittura in alcuni calcari della Groenlandia si sono trovate cellule

organiche che risalgono a 3,7 miliardi di anni fa, tant’è vero che queste cellule sono state molto

discusse perché secondo alcuni venivano dalle meteoriti.

Quando cambiò l’atmosfera ( 1,7 – 2 miliardi di anni fa ) abbiamo i primi organismi fotosintetici

che aumentano l’O nell’atmosfera. Siamo passati poi dalla fermentazione alla respirazione = punto

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pasteur; ciò è avvenuto quando la superficie terrestre è stata in grado di schermare i raggi UV,

ovvero quando si forma sulla superficie quel velo di acqua liquida che protegge le cellule organiche

(600 milioni di anni fa ) atmosfera e idrosfera come le conosciamo noi ed esplosione della vita.

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IL CICLO DEL CARBONIO

POOLS = atmosfera, idrosfera, sedimenti carbonatici

STORAGE = carboni e petroli

Abbiamo:

un ciclo naturale

 un ciclo modificato dall’uomo



1) Il ciclo naturale ha come punto di partenza l’attività magmatica. Dalla degassazione dei MAGMI il il

C viene ributtato nell’atmosfera; nell’atmosfera primordiale era presente sottoforma di CH non

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ossidato ( ridotto ) perché non c’era ossigeno sufficiente. Il metano per fotolisi reagisce con O per

dare CO e CO ; questa viene organicata dalla fotosintesi e bloccata nel ciclo biologico = viene

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trasformata in MATERIA; alla morte degli organismi viene ridato C dalla decomposizione dei resti

di questi organismi. Il C può ritornare dunque nelle acque oppure può essere immagazzinato nei

carboni e nei petroli o in rocce carbonatiche nei sedimenti. Le rocce, dissolte dall’acqua o rifuse,

tornano nei fusi magmatici il ciclo si chiude anche se parte del carbonio è stata immagazzinata

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negli storages ( petroli e carboni ) o nei pools ( sedimenti )

2) Il ciclo modificato dall’uomo usando gli storages l’uomo ributta il C nell’atmosfera sottoforma

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di CO !!!! Noi rendiamo disponibile più C di quello disponibile per il ciclo naturale!!!!!! Comunque nel

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Mesozoico ci fu un’attività vulcanica enorme = esplosione vita = aumento fotosintesi per aumento

CO . Diciamo che l’uomo riproduce processi naturali in pochissimo tempo!

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IL CICLO DELL’AZOTO

Inizia sempre dalla degassazione dei magmi cresce NH ( ammonio ) dai vulcano e per fotolisi diventa

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da ridotto ad ossidato = abbiamo gli ossidi di azoto!!!!!! L’azoto si è accumulato nell’atmosfera perché è

poco reattivo a causa del suo triplo legame. N ( più del C ) viene disturbato dall’azione degli organismi

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perché viene organicato. ; Questi organismi sono le alghe azzurre, batteri aerobici e anaerobici non

simbionti( azotobacter e clostridium), batteri simbionti ( rizhobium), che si trova nelle radici delle

leguminose. I batteri possono essere anossici o richiedere ossigeno.

L’ azoto organicato entra nella catena alimentare dalle piante, e quando gli organismi che lo assumono

muoiono viene deposto nelle acque oceaniche, se sono organismi acquatici, o nei suoli, e qui altri batteri

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( nitrosomonas e nitrosococcus) lo disorganicano, ovvero trasformano in ammoniaca e nitriti ( NO ),