Tjärgrop - Tar pit
Tjärgropar , ibland kallade asfaltgropar , är stora asfaltavlagringar . De bildas i närvaro av olja , som skapas när sönderfallet organiskt material utsätts för tryck under jorden. Om denna råolja sipprar uppåt via sprickor, ledningar eller porösa sedimentära bergskikt kan den samlas upp vid ytan. De lättare komponenterna i råoljan avdunstar i atmosfären och lämnar efter sig en svart, klibbig asfalt. Tjärgropar grävs ofta ut eftersom de innehåller stora fossila samlingar.
Tjärgropar bildas ovanför oljereserver, och dessa fyndigheter finns ofta i antiklinala fällor . Faktum är att cirka 80 procent av petroleum som finns på jorden har hittats i antiklinala fällor. Anticlines är veck i stratigrafiska lager där varje halva vikningen sjunker bort från toppen. Sådana strukturer utvecklas vanligtvis ovanför tryckfel eller i tektoniska områden där landet böjer sig och viker sig. Om strukturen ovanför den konkava nedfällningen (bågen) är en icke-porös sten eller akvitard , såsom skiffer , betraktas den som en antiklinal fälla. Figuren i detta avsnitt är en tecknad tvärsnittsdiagram som visar olja som fastnat i en antiklinal fälla. Om det finns ett fel eller brott i de överliggande skikten ovanför oljereserven kan oljan migrera till ytan. Detta är möjligt genom kapillär frans och eftersom olja är mindre tät än vatten.
Kemi
Tjärgropar är asfaltbassänger. Men i början av deras bildning var de inte alltid klibbiga och täta. Poolerna består av råolja som har sitt ursprung under jordens yta. Råolja är en blandning av heteroatomföreningar , kolväten , metaller och oorganiska föreningar . Heteroatomföreningar är organiska molekyler som innehåller element som inte är kol eller väte, medan kolväten endast innehåller kol och väte. Råolja är mindre viskös än asfalt eftersom den innehåller en högre andel lätta kolväten. Lätta kolväten inkluderar följande alkaner : metan , etan , propan och butan . Dessa molekyler har mycket låga molekylvikter . Råoljor kan också innehålla vissa oorganiska föroreningar, såsom CO 2 , H 2 S, N 2 och O 2 . Vid ytan kan dessa ljusmolekyler avdunsta ur råoljan och lämna efter sig de tyngre, klibbigare molekylerna. Asfalt, eller bitumen, innehåller vanligtvis kolvätemolekylkedjor med 50+ kolatomer. Ju längre kolvätekedja, desto mer viskös blir den och kokpunkten ökar.
Avdunstning är en viktig process vid bildandet av tjärgropar. En reservoar med lätt råolja på jordens yta kan reduceras med upp till 75% av den ursprungliga volymen strax efter några dagar och bilda asfalt som den resulterande produkten. För medelolja kan volymen minskas med 40%. Råoljor förångas olika beroende på deras kemiska sammansättning. Den genomsnittliga sammansättningen av ett bitumenprov är 80,2% kol, 7,5% väte, 7,6% syre, 1,7% kväve och 3,0% svavel.
Anmärkningsvärda tjärgropar
La Brea tjärgropar
De La Brea Tar Pits ligger i södra Kalifornien. Oljan som syns på ytan kommer från Salt Lake Oil Field -reservoaren och oljesanden i Repetto- och Pico -formationerna. Dessa oljefyndigheter bildades under Miocene -epoken när marina planktonorganismer ackumulerades i ett havsbassäng. Med tiden begravde sediment organismerna 300 till 1000 meter under jordens yta och utsatte dem för höga tryck. Denna process förvandlade det organiska materialet till olja. 6th Street Fault som skär genom Salt Lake Oil Field är kanalen som matar La Brea Tar Pits. Petroleum migrerade till ytan med tiden och fångade och bevarade djur och växter under de senaste 50 000 åren.
Carpinteria tjärgropar
De Carpinteria Tar Pits ligger i Tar Pits Park i Carpinteria, Kalifornien. Dessa tjärgropar förutsades ha bildats under Pleistocen. Under ett utgrävningsprojekt återfanns 25 växtarter tillsammans med 55 fågelarter och 26 arter av däggdjur. Tjärafjädrar sipprar fortfarande upp till ytan genom sprickor i de underliggande stratigrafiska skikten av marin skiffer.
Binagadi Asfaltsjö
Den Binagadis asfaltsjöar ligger i Azerbajdzjan , eller i Kaukasus, ett område mellan Svarta havet och Kaspiska havet . Denna tjärgrop är känd för att bevara huvuden och kropparna hos flera grottlejon , ett däggdjur som blomstrade i Pleistocen . En välbevarad hästskalle hittades också i Binagadi-asfaltsjön. Det beräknas vara 96-120 tusen år gammalt. Det visas på Azerbajdzjans naturhistoriska museum i Baku , Azerbajdzjan .
Pitch Lake
Pitch Lake i Trinidad och Tobago är en stor skålliknande fördjupning fylld med bitumen. Sjön har ett maximalt djup på 250 fot med en yta på 100 tunnland, vilket gör den till den största fyndigheten av fast bitumen på jorden. Sjön är kall och tät nära stränderna, och den har ett toppskikt som går att gå på. Under denna hud vänder asfalten kontinuerligt. Sjön blir gradvis mjukare och varmare nära centrum där bitumen börjar bubbla. Gasen som släpps ut i mitten av sjön är till stor del metan och en stor mängd koldioxid.
Pitch Lake bildades för tusentals år sedan i närvaro av tektonisk aktivitet. Rörelse längs ett fel skapade en fraktur som hamnade i en olje- och gasbehållare djupt inne i skorpan. Oljan och gasen sipprade uppåt till jordens yta genom frakturen över tiden och skapade Pitch Lake. På grund av denna ständiga påfyllning av olja och gas har sjön en liten ström. Strömmen är i stort sett obemärkt eftersom det översta lagret av Pitch Lake är mestadels fast.
Fossiler
Tjärgropar är karakteristiska för deras många fossil. Detta är fallet eftersom den tjocka, klibbiga asfalten fäller djur. När djur kliver in i tjäran blir de immobiliserade och börjar sjunka omedelbart om asfalten är varm och klibbig nog. Rovdjur som ser dessa hjälplösa djur brukar gå fram i tjärgroparna med hopp om att fånga sin nästa måltid. Som ett resultat hittas byten vanligtvis under rovdjuret vid utgrävningsprojekt.
Djurens ben och hårda delar är väl bevarade eftersom de begravs snabbt efter organismens död. Under ytan är de hårda delarna uppslukade av asfalt, och de skyddas från klimatvariationer som regn, vind eller snö som kan påskynda vittringsprocesser. Asfalt saknar också syre och vatten, så stora nedbrytande organismer som aeroba svampar och bakterier saknas.
I La Brea Tar Pits har mer än en miljon ben återhämtats sedan 1906. 231 ryggradsdjur, 234 ryggradslösa djur och 159 växtarter har identifierats. Det vanligaste stora däggdjuret som finns i La Brea Tar Pits är den fruktansvärda vargen , en av de mest kända förhistoriska köttätarna som levde under Pleistocene . Fossiler från sabeltandade katter och coyoter var också rikliga. Ytterligare fossil upptäcks ständigt genom fortsatta utgrävningsprojekt.
Levande organismer
Livet hittades i en ca. 28 000 år gammalt prov av naturlig asfalt i La Brea Tar Pits . Hundratals nya bakteriearter upptäcktes som har förmågan att trivas i miljöer med lite eller inget vatten eller luft. De innehåller speciella enzymer som kan bryta ner kolväten och andra petroleumprodukter. Bakteriernas ursprung i dessa naturliga asfaltgropar är okänt, men man tror att de har utvecklats från redan existerande markmikroorganismer som överlevde en asfalt -läckande händelse för tusentals år sedan. Jordmikroorganismerna var tvungna att anpassa sig och genomgå genetiska förändringar för att tolerera den hårda, nya miljön, som i slutändan gav upphov till nya bakteriearter.
I en studie var de dominerande bakterierna som finns i La Brea Tar Pits av Gammaproteobacteria -klassen i Chromatiales -ordningen, mer enkelt kallade lila svavelbakterier . Lila svavelbakterier använder inte vatten som reduktionsmedel , så syre produceras inte vid andning . Istället använder de svavel i form av sulfider som deras reduktionsmedel. Andra bakterier som upptäcktes i tjärgroparna var av familjen Rubrobacteraceae . Dessa bakterier är kända för att vara några av de mest strålningsresistenta organismerna på planeten.
Pitch Lake , en annan asfaltgrop i Trinidad och Tobago , är också en livsmiljö för mikrobiella samhällen av arke och bakterier. Bakteriella mikroorganismer från ordern Burkholderiales och Enterobacteriales har hittats leva i mikroliterstora vattendroppar som återvinns från sjön. Biomassan i Pitch Lake -sjön rapporterades om upp till 10 7 celler per gram asfalt. Många av dessa mikrober överlever på svavel, järn, metan eller andra kolväten. Pågående forskning bedrivs i Pitch Lake eftersom den härmar miljön som finns på ytan av Saturns största måne, Titan . Upptäckten av extremofiler i Pitch Lake ger insikt i möjligheterna för mikrobiellt liv i kolvätesjöarna som finns på Titan.
Bidrag till växthusgaser
Tjärgropar bildas genom fraktionering av råolja vid ytan. De lättare kolvätena i råolja, som omfattar metan (CH 4 ), etan (C 2 H 6 ), och propån (C 3 H 8 ), förångas och lämnar efter sig större kolväten som utgör den kemiska sammansättningen av asfalt. Detta är ett problem eftersom metan, etan och propan antingen är stora växthusgaser och/eller fotokemiska föroreningar . La Brea Tar Pits släpper ut cirka 500 kg metan per dag. Utsläppen är de högsta längs 6th Street Fault, som är ledningen som matar tjärgroparna med råolja från sedimenten under jordens yta. Det upptäcktes också att metan avdunstar ur den närliggande jorden, vilket påverkar de inhemska gräsens fysiologi. La Brea Tar Pits har det högsta naturgasflödet som uppmätts för någon landläckningszon i USA. På global skala är uppskattningarna av utsläpp från geologiska CH 4 och C 2 H 6 från gasläckage i sedimentärt berg i storleksordningen 50-70 Tg/år respektive 2-4 Tg/år. Dessa värden är ungefär hälften av den globala CH 4 och C 2 H 6 utsläpp från mänsklig fossilt bränsle förbränning , som är cirka 100-150 Tg CH 4 / år och 6-8 Tg C 2 H 6 / år. Dessa kolväteutsläpp kan bidra till biologisk nedbrytning av olja och metanogenes i tjärgroparna.
De naturliga geologiska källorna till metan och andra kolväten bör beaktas vid modellering av atmosfäriska växthusgaser. Inte alla källor till kolväten i atmosfären är ett resultat av antropogena utsläpp.
Faror med tjärgropar
Kolvätsläpp i urbana eller industrialiserade områden utgör en geologisk fara på grund av kolvätenas explosiva natur. Den 24 mars 1985 passerade en ficka metangas genom en liten öppning mellan golvplattan och grundmurarna i ett Ross -klädvaruhus i Los Angeles , bara cirka en mil norr om La Brea Tar Pits. Denna metanficka skapade en explosion som skadade 21 personer. Denna händelse ökade medvetenheten om de potentiella farorna med metanfickor och kolvätsläppning i området.
Nyckeln till paleoplant beteende
Tjärgropar är utmärkta konserveringsmedel, och de har också förmågan att tillhandahålla kolisotopdata för träd som fallit i asfalten. Om man tittar på kolisotopdata i förhistoriska träd kan man avslöja information om växtsvar på olika mängder koldioxid i paleoatmosfären . Prover av Juniperus -träd från den sista glacialperioden återfanns från La Brea Tar Pits, och de avslöjade att förhållandet mellan intercellulärt och atmosfäriskt CO 2 var liknande mellan glaciala och moderna träd. Eftersom mängden koldioxid under den sista istiden var mellan 180 och 200 ppm (409,8 ppm idag), fanns det mindre kol tillgängligt för fotosyntes . De Juniperus träden hade att förbättra CO 2 upptag att överleva under begränsande kol betingelser. Det är troligt att trädens stomatala konduktans och kloroplastbehov för CO 2 var högre under denna period för att öka deras kolförbrukning. När vi flyttade in i följande interglaciala period minskade Juniperus -trädens stomatala konduktans och kloroplastbehov för CO 2 till följd av högre temperaturer och högre CO 2 -koncentrationer i atmosfären. Detta svar på fluktuerande kolnivåer ses hos växter över tid. Till exempel, ökas stomata konduktans som observeras i moderna C3-växter som odlas i låga CO 2 miljöer. Det antas också att det fuktigare klimatet under den sista istiden kan ha ökat kvävetillgängligheten för växter, vilket därför ökat koncentrationen av kväve i löv. Denna förändring kan ha ökat Juniperus -trädens fotosyntetiska kapacitet.
Tjärgropars och människors historia
En kvinnas kropp återhämtades från La Brea Tar Pits 1914. Endast skallen och delar av skelettet bevarades, och hon var fast besluten att ha dött för cirka 9 000 år sedan. Hon var mellan 18–24 år vid döden, och hon var 4 fot och 8-10 tum lång. Detta är den enda rapporterade förekomsten av mänskliga rester som finns i tjärgropar.
I tusentals år använde indianer tjära från La Brea Tar Pits som ett lim och bindemedel. De skulle använda den som vattentät tätning för att fodra sina båtar och korgar. När västerlänningar anlände till tjärgroparna började de bryta och extrahera tjära för takmaterial i närliggande städer.
