2.4.2.3 Ambientes de depositacion Telmaticos En ellos se origina turba no alterada por corrientes de agua de gran caudal; presentan crecimiento "in situ " de dicha turba; pantanos musgosos, boscosos y abiertos al agua (con bejucos) per­ tenecen a esto s ambientes. Limnicos La turba se deposita, en este caso, en estanques sos, generalmente entre montanas fluencia). 0 lagos pantano­ (donde los riDs ejercen gran in­ Los mantos de carbon generados en estos ambientes usual­ mente son muy potentes, poco numerosos y muy irregulares en su ex­ tension. Paralicos Son invadidos frecuentemente par el mar, 10 que justifica la pre­ sencia de intercalaciones de sedimentos marinas entre los mantos de los carbones originados en estos ambientes. y frecuencia del mar), Por la extension (debido a las numerosas transgresiones y regresione s los carbones de origen paralico son los mas abundantes en la naturaleza. 33 Los ambientes par&licos pueden presentar sub-ambientes de deposi­ tacion (de litoral, delt&ico 0 de llanura interdelt&ica) que obviamente influir&n en la composicion, espesor, extension y fre­ cuencia de los mantos del carbon fonmado. nes originados en ambiente paralico de Por ejemplo, los carbo­ lit~ral provienen de turbas mas expuestas a la accion del mar; sera este el que influya mas en la composicion y formacion de los mantos, haciendolos general­ mente delgados (por erosion y gran compactacion) trogeno, hidrogeno, sulfuros y cenizas. y ricos en ni­ Debido a las condiciones poco acidas de este ambiente fuertemente marino, es grande la ac­ tividad anaerobica de las bacterias, con produccion de carbones bituminosos altos en materias volatiles; dicho ambiente es tambien rico en iones sulfato, 10 que explica el contenido alto, de l os carbones resultantes, en azufre prltico. Los mantos de carbon originados en ambientes paralico-deltaico presentan contribuciones significativas de sedimentos fluviales marinos) (ademas de l os sedimentos y seran por tanto de una composicion mucho mas heteroge­ nea y con espesores que pueden variar grandemente. Ricos en calcic Los carbones depositados en estos ambientes presentan facies simi­ lares a las de los carbones de los ambientes de influencia fuerte­ mente marina. La presencia de calcic en diferentes formas hace mucho mas basico el ambiente y la accion de las bacterias se ace­ lerara, con el consecuente aumento en la degradaci6n de la materia vegetal. Alguhas veces no puede formarse turba por la descomposicion 34 tan acelerada. Los carbones originados son especialmente ricos en azufre organico y pirltico las bacterias). (quizas debido a 1a accion severa de Los contenidos de carbonatos de calcic y nitr6ge­ no tambien son altos. 2.4.2.4 Nutrientes Segun sea el suministro de nutrientes acido fosf6rico) fico a un ambiente, este se puede clasificar como eutr6­ (suministro abundante), gotrofico (calcio, nitr6geno, potasa*, mesotrofico (poco suministro) y oli­ (muy escaso suministro). Los ambientes eutr6ficos reciben los nutrientes por transporte regu­ lar de rlos, mares 0 lagos. Las plantas all; desarr011adas seran obviamente mas variadas, de mayor tamano y de crecimiento mas rapido. Los carbones originados en estos ambientes generalmente presentan mu­ chas intercalaciones de arcillas y bandas de margas, aSl como bastan­ te ceniza. La mayorla de carbones se originaron en ambientes ricos en nutrientes. Flora escasa y poco variada (generalmente herbacea), bajo potencial de hidrogeno, poca materia mineral y actividad bacterial minima son las principales caracterlsticas de los ambientes oligotroficos. Los carbones generados en e110s son de bajo contenido de ceniza y presen­ tan muchos tejidos vegetales (telinitas, por ejemplo) bien conserva­ dos. VNIVERsrn.-\n * Hidroxido de potasio : .. r ·,•• . · ::,. BTnf If' 35 •" ' :.,' • ..~.:·r .::. ' . •...:,. . . -;! . : . :: . ··,·: .i l -: : Nf\. r lr· J1 2.4.2.5 Presencia de nitrogeno y azufre; potencial de hidrogeno; actividad bacteriana E1 nitrogeno presente en las turbas, asi como el potencial de hidro­ geno, son especialmente influyentes en la actividad bacteriana. En ambiente eutrofico, una relaci6n carbono/nitrogeno baja promueve tal actividad. Las turbas depositadas en ambientes tipo pantano bajo presentan gran actividad bacteriana, con alta descomposicion de celu­ losa y produccion de proteinas (ricas en nitrogeno). mismo en las turbas tipo pantano alto. No ocurre 10 Las proteinas son posterior­ mente incorporadas a sustancias humicas. Por otra parte, a mayor potencial de hidrogeno de las turberas (en­ tre 4.8 y 6.5 para las tipo pantano bajo y entre 3.3 y 4.6 para los altos) la descomposicion bacteriana sera mas severa, con produccion de sustancias humicas y carbones ricos en nitrogeno e hidrogeno. A menor potencial, menos bacterias y mejor conservaci6n de las estruc­ bacteria~ turas de las plantas. Las medran en ambientes ligeramente alcalinos (potencial entre 7 y 8). n~utros 0 El caracter basico, en turbas, aumenta con la profundidad y depende de la flora presente, del suministro de oxigeno, del flujo de agua y de la concentracion de acidos humicos ya formados, entre otros factores. La actividad bacteriana, como se vera mas adelante al tocar el tema del suministro de oxigeno, depende primordialmente de tal suministro. 36 Las bacterias aerobicas descomponen azucares, almid6n y celulosas pa­ ra concentrar cutina, suberina, resinas, ceras, grasas, taninos, es­ poropoleninas, ligninas, entre otros productos. Las anaerobicas pro­ ducen sustancias residuales ricas en hidr6geno. Las bacterias actuan hasta un maximo de diez metros de profundidad y se ha demostrado que, en turbas, solo con su intervencion puede formarse la pirita, median­ te la reduccion de sulfatos a sulfuros, en presencia de hierro sufi­ ciente. 2.4.2.6 Temperatura A mayor temperatura se tiene mayor actividad bacteriana y una descom­ posicion qUlmica mas rapida. La temperatura optima para la destruc­ cion bacterial de la celulosa esta entre 35 y 40°C. cales se puede hallar materia vegetal grande~ente En climas tropi­ descompuesta a solo unos declmetros de la superficie de las turberas. 2.4.2.7 Suministro de oXlgeno Ademas del nitrogeno, el potencial de hidrogeno y la temperatura, el suministro de oXlgeno es fundamental en la actividad de las bacterias y en el proceso de formacion del carbon. oXlgeno, del aire 0 Con un buen suministro de de flujos de agua, la materia vegetal es desinte­ grada en la superficie de la turbera, con la formacion de productos no solidos. 37 La accion posterior de bacterias, hongos y otros microorganismos ae­ robicos, transforman la materia vegetal en sustancias humicas~ pobres en hidrogeno, que luego pueden llegar a ser fusinitas y macrinitas. Cuando el suministro de oXlgeno es restringido cerca de la superfi­ cie de la turbera, se inicia el proceso de turbidificacion, con aci­ dos humicos como productos caracterlsticos, obtenidos de las ligninas mediante oxldacion. Todo el proceso se debe desarrollar en aguas estancadas para evitar un suministro contlnuo de oXlgeno, disuelto en los flujos de agua, y una oxidacion exagerada de la materia vegetal. A medida que aumenta la profundidad en la turbera es menor el suminis­ tro de oXlgeno y el numero de bacterias. Las bacterias anaerobicas actuan en un ambiente reductor, consumiendo oXlgeno de las sustancias organicas, fermentandolas ricas en hidrogeno y y transformandolas en sustancias bituminosas nitr6geno. La descomposicion microbiologica se presenta hasta un maximo de 10 metros de profundidad y, quizas, su importancia en el proceso de formacion de turba se limita solo a la etapa inicial cuando pueden, de una manera u otra, obtener oxlgeno. 2.5 CARBONIFICACION La carbonificacion pas: 0 proceso de formacion del carbon presenta dos eta­ la turbidificacion cacion geoqulmica 0 carbonificacion bioqulmica y la carbonifi­ (ver esquema en pagina siguiente). * Tales como ligninas y taninos 38 PROCESO DE CARBONIFICACION PROCESO CLAS I FI CAC ION Sedimentos vegetales y animales Acumulacion Turba Degradacion, humificacion, gelificacion bioqulmica c:r:: Humificacion, gelificacion C. Pardo blando (lignito tipo B) u L bioqulmica :::J a o Ma te (1 i gn ito A) co C. Pardo duro (Sub-bituminoso tipo C), gelificacion Bri 11 ante geoqulmica C. Sub-bituminosos B c:r:: A u ....... ~ :::J a 0 w C. Bituminosos C.!:l Semiantracitas ~ Altos en volatiles Medios en volatiles Bajos en volatiles Antrac Has ~1eta-antrac i tas Turbidificaci6n 2.5.1 Llamada tambien diagenesis de la turba 0 carbonificaci6n bioqulmica. Esta etapa comprende* desde la acumulacion de materia vegetal hasta la formacion de los carbones pardos. (aer6bica y anaerobica) Gran participacion microbiana y cambios flsicos y qUlmicos del carbon ca­ racterizan esta fase. * Como eS';.;Qbvio estos -, ":" ._ '.~: " .:'; ' . :: :: ~..I ~:~,: ·: t. _ j ' ••: :• • ~ .:•• : "• • • ':, "llmites" • ..... ..:'1.-: .... :. ".-t . ;"J-.' I :; ;. .":.: _: ,'" := .'~ '.' 1 • ,"0 :.! : : .': ; " 39 no pueden ser estrictos Los cambios bioquimicos mas severos se presentan en la parte mas su­ perficial de la turbera, en la llamada "CAPA TURBIGENICA" madamente hasta medio metro de profundidad) , mos aerobicos actuan sobre la materia vegetal. (aproxi­ donde los microorganis­ Posteriormente, y hasta un maximo de 10 metros, actuan las bacterias anaerobicas. esta profundidad hasta unos 200 a 400 metros conversion de turba en carbon pardo), cas De (limite posible para la solo ocurren reacciones quimi­ (principalmente de condensacion, polimerizacion y reduccion). Durante la turbidificacion el proceso mas importante es la humifica­ cion 0 formacion de sustancias humicas, basicas para la constitucion del carbon y obtenidas mediante la accion, de bacterias y hongos, so­ bre algunos componentes facilmente hidrolizables (tales como almidon, celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteinas) La humificacion es promovida p~r de las plantas. la temperatura, el suministro de oxi­ geno y el potencial de hidrogeno, entre otros factores vistos en el numeral 2.4, depende por tanto de las facies, mas que de la profundi­ dad. Se da en la turba y aun continua en los carbones pardos blandos. Las sustancias humicas son luego transformadas en huminita, mediante un proceso llamado gelificacion, constituido por una serie de reac­ ciones de naturaleza fisico-coloidal. Durante la gelificacion pueden distinguirse dos etapas: • UN!VIRSIDAD NACIOIC"L D1!: 5~PE 40 C OLO~ .. ItOItI.U.... DEPTO. DE BIBLlOTE£:AS BI BLIOTECA "En:" GOM EZ Gelificacion bioqulmica Se presenta durante la formacion de la turba y de los carbones par­ dos blandos (lignitos tipo B) y es regida par las facies, las con­ diciones de oxidacion y el suministro de iones y agua, principalmente. Gelificacion geoqulmica Actua sabre las huminitas en la etapa de carbonificacion correspon­ diente a los carbones pardos duros, entre los mate A) y los brillantes (subituminoso tipo C) . (lignito tipo Puede decirse que marca el comienzo de la carbonificacion geoqulmica. Para esta ge­ lificacion se requiere cierta profundidad de enterramiento cir cierta temperatura*) y durante ella las llamadas huminitas de la turba, de los carbones pardos blandos te (lignitos tipo A) nes subituminosos y (es de­ y de los pardos duros ma­ se convierten en la vitrinita de los carbo­ bituminosos. A la gelificacion geoqulmica se le llama tambien vitrinizacion. Durante la turbidificacion los princlpales cambios flsilfoS y qUlmicos son: Disminucion de la porosidad, el contenido de agua, la celu10sa 1i­ bre y la materia volatile Aumenta el contenido total de carbono, la aromatizacion y el poder calorHico. * Unos 40-60°C para areas unos 8°C/100 metros). "ca lientes" 41 (can gradientes tennicos de Algunos de estos cambios no se dan con igual celeridad durante todo el proceso; aSl, por ejemplo, en las capas mas superficiales de la ~icroorganismos turbera y gracias a la accion fuerte de los descom­ ponedores, el material vegetal aumenta rapidamente eft contenido de carbono. Al cesar la accion biologica, el aumento en carbona bide al enterramiento) es mucho menos acelerado. (de­ La discontinui­ dad en el cambio del contenido de carbona no 10 hace buen indicador En cambio, propiedades tales como la del grado de turbidificacion. humedad y el poder calor1fico cambian rapida y uniformemente debido al enterramiento. AS1, estas propiedades seran buenos indicadores del grado de turbidificacion 0 carbonificacion bioqulm;ca. '. No es posible ser tajantes al tratar de establecer los llmites entre un proceso y otro 0 entre todas las condiciones que diferencian un estado de la materia vegetal del sigu;ente 0 del precedente. Por ejemplo, el cambio de turba a carbones pardos parece presentarse a una profundidad de enterramiento entre los 200 y 400 metros; las di­ ferencias basicas entre estos dos estados de la materia vegetal apa­ recen en la Tabla 7. TABLA 7. Diferencias basicas entre turba y carbones pardos (Referen­ cia 1, p.38) ~Rango Turba Carbon pardo 51 Mas de 75 Generalmente nos de 60 Presente No Menos de 75 Generalmente mas de 60 Ausente ~~ 5e puede cortar Humedad (%) Carbon (5LC Z' %) Celulosa libre 42 uNIVl: }{, lL! 0 SIBL] ( te lON I\r R.A1 Como ya se dijo. durante la gelificacion se obtiene vitrinita. median­ te la transformacion de las huminitas. Estas se obtuvieron de sustan­ cias humicas, formadas a su vez por la descomposicion de lignina y ce­ lulosa de las paredes de las celulas vegetales. Por otro lado, los componentes de las plantas menos susceptibles a la degradacion bacteriana entre otros) (resinas, ceras, exin as de esporas y polen, no sufren humificacion ni gelificacion y producen lepti­ nita. Puede concluirse entonces que en el proceso de carbonificacion y geoqu;mica) bon (bio­ cada uno de los constitiuyentes microscopicos del car­ (vitrinita, liptinita "camino de cambio". 0 exinita, inertinita), sigue su propio Las alteraciones en las propiedades del carbon, a traves del proceso, se deben a la suma de los cambios sufridos por sus componentes. Todos tienden a ganar carbona durante dicho proce­ so pero siguiendo diferentes rutas, como se vera claramente en el te­ ma siguiente. Carbonificacion geoqulmica , 2.5.2 Comprende desde la formacion de los carbones sub-bituminosos hasta la configuracion de las meta-antracitas, pasando por las etapas bitumino­ sa y antrac;tica. La alterac i on ahora es solo f;sica y qu;mica, no actuan los microorganismos. , ', . .'" :f:~t::·~; :•. ~ .~~;~~~ ~ ;.:', :::~ ; ~JL~.\~:.~ .~ ! :~:~ ...~ _, '.~ ::. , .\ •. ;...: •••• •• , ',''' 1 ';.}:': , , ' ;":,"J,L_j:: } li.1 ',t "" .\ ~: .' .: '·1" " '~ ) f !.:! .-' ;' -4 ' ~ ' , ._: , 43 Al avanzar en el proceso de carbonificaci6n (del cua1 son variables predominantes temperatura, tiempo de enterramiento y presion) carbones aumentan su rango 0 los grado de transfonnaci6n a medida que ga­ nan carbona y poder calorifico y disminuye su contenido de materia volatil*, humedad, hidr6geno y oxigeno (Ver Figura 25). Estos cambios son el ref1ejo de los sufridos, durante la carbonifica­ cion (ahora veremos los correspondientes a la etapa geoquimica), por los componentes micropetrograficos del carbon asi: La vitrinita, originada de las huminitas durante la etapa bioqui­ mica, cambia de manera bastante uniforme a medida que aumenta e1 - contenido de carbon. Sin embargo pueden distinguirse cuatro cam­ bios notables: El primero, en la etapa de carbon bituminoso alto en volatiles, corresponde, en la serie de maduracion organica, al inicio en la generacion de petrol eo. El segundo, en la etapa de carbon bituminoso ~edio en volatiles, corresponde a una gran reducci6n en el contenido de oxigeno y al fin de la generacion de petrol eo. * Consta primordialmente de la fracci6n no aromatica del carbon, es decir compuestos alifaticos y aliciclicos. 44 l,lIID'IRRIIMR lIIJ\C IO NI'I I.,?' C.2!~ sao£: MED. U .! : DEP1'O DE B1BLIOTECAS RIBLlOTECA "Ef'e" GOMEZ ;;, 0z_ .... -~ :;;"" :::l..J ..... 0 iii> zO 0 ..... CD-' er"" <I !"-­ O~ .... ..... 0< -' ~O > i -' 0;: rO -'< <"-, CDO I:? > I ~ ....<t Ie::> -U ~<t ?­ . Wcr ..... ." :c z ..!!. :­ C[ ..... U tOOCIrn. C[ er ..... z ~ 70 75 SO 85 90 9~ 6 CARBO N O % (5. ' /". \ 5 4 3 2 H.I DROGENO 0;' (S LCz . / ' ~.~ I. " r- I II o )0 40 RHLECTANCIA % •• A•• iI. I' 10 HUUEDAD % o 1000 7000 .. it" . _, \. ~ .: j : ,': •• ,/" " n '.~ .•.'...I ~·J I, ~ ' .. j , .' . ": ~ ~. .,. ", ; ',1 ;, .L ~ '. 1000 PODER CALOAIFICO Cambios en los carbones con el aumento de rango. cia 9, pp.1l-12 . ~,·i.:·;f:.. . ' ~ "' ::: : ~ ~..~. •••• : : ' [ ' . 10 $lei FIGURA 25. ; ·" t · ,·. , zo MATERIA VOLATIL % 45 ~eferen­ 1000 E1 tercer cambio se presenta entre los rangos bituminosos-antraci­ tao Entre estos dos rangos se han reportado 1iberaciones de meta­ no hasta de 200 litros por kilogramo de carbon. El cuarto y ultimo cambio se da al pasar a las meta-antracitas y en el se libera un poco mas de metano. A medida que pierde hidrogeno en forma de metano, la huminita-vi­ trinita se aromatiza mas; su reflectividad ante la luz incidente tambien aumenta. Por su lado, la liptinita sufre pocos cambios hasta iniciarse la etapa geoquimica de la carbonificacion pues muchas de las sustan­ cias que la originan y otros lipidos) (exinas, suberinas, esporas, polen, ceras resisten la accion bacterial y no sufren humifi­ cacion ni gelificacion. Al pasar de carbon sub-bituminoso a bituminoso y atravesar las etapas alto, medio y bajo en volatiles, la liptinita presenta un gran aumento en carbono y una disminucion fuerte en volatiles. En la etapa bituminoso bajo en volatiles y 6pticas de la liptinita las propiedades qUlmicas (exinita para carbones entre sub-bitu­ minosos y meta-antraciticos) son muy similares a las de la vitri­ nita, 10 que dificulta su diferenciacion y se tiene que ape1ar a tratamientos qUlmicos (disoluci6n con acidos) para tratar de distinguir al microscopio las estructuras de celulas y tejidos vegetales. 46 • UI'IJYlt~~"DIID NACIOI'IAL DE COLOMBIA . . , '. !If;O£ "'!.D~u..lfII nEPTO . DE BIBLIOTEC~