TRANSFORMARILE MVP IN CURSUL CARBONIFICARII

TRANSFORMARILE MVP IN CURSUL CARBONIFICARII

Proces geologic de o deosebita complexitate, carbonificarea se defasoara in doua faze: biochimica (turbificarea) si geochimica (carbonificarea propriu zisa). In prima faza un rol deosebit in transformarea MVP in turba l-au avut microrganismele, in special bacteriile anerobe. Cea de a doua faza a inceput odata cu acoperirea turbei cu material detritic si scoaterea acesteaia de sub actiunea bacteriilor aerobe si anaerobe.

1.Turbificarea ( Faza biochimica)

In functie de conditiile de mediu in care s-a acumulat MVP, acesta a fost supus unor procese diferite de transformare: putrezirea, humificarea, turbificarea si sapropelizarea dintre care turbificarea este mai importanta in carbonificare, constituind un prim pas al acesteia.

PUTREZIREA este procesul de dezintegrare al resturilor vegetale in aer liber. Ca urmare a oxidarii ei complete, substanta vegetala se descompune in lichide (H₂O) si gaze (CO₂). In cadrul acestui proces este posibila pastrarea de rasini si ceruri care pot da nastere la produse solide (rezidii) de tipul liptobiolitilor (d.e. pyropisitul).

Fiind un proces predominant dezintegrator, putrezirea are importanta redusa in carbonificare.

HUMIFICAREA constituie un proces de putrezire inceata si incompleta a materialului vegetal, proces ce se desfasoara in prezent in substratul padurilor unde se formeaza mici cantitati de produse imbogatite in carbon si sarace in hidrogen, asa numitele substante humice, cu rol subordonat in formarea carbunilor.

TURBIFICAREA reprezinta procesul principal cu care debuteaza carbonificarea, mai precis prima faza a acesteia, faza biochimica.

In cadrul fazei biochimice se produce alterarea cea mai puternica pana la adancimea de 0,5 m unde sunt active bacteriile aerobe si ciupercile, adancime dincolo de care actiuneaza bacterii anaerobe ce pot ajunge pana la 10 m adancime, de unde se produc numai reactii chimice (condensari, polimerizari, policondensari etc.).

Asadar, pe masura avansarii procesului de turbificare cantitatea de oxigen scade, iar influenta acestuia asupra bacteriilor se reduce treptat pana la anihilare.

In concluzie, in prezenta apei sub actiunea bacteriilor anaerobe si a ciupercilor si mai putin a bacteriilor aerobe, in turba se desfasoara un complex de transformari, turbificarea, a carei finalitate o constituie transformarea carboformatorilor in ACIZI HUMICI.

SAPROPELIZAREA reprezinta un proces ce se defasoara in medii exclusiv reducatoare ce actioneaza asupra resturilor de plante si animale din mediul acvatic, in ape predominant statatoare unde lipseste oxigenul. Bacteriile transforma substantele organice initiale in produsi bituminosi bogati in hidrogen.

In urma procesului de sapropelizare se degaja CH₄, NH₃ si H₂S si are loc o crestere in C si N, iar materia organica se transforma in SAPROPEL, punctul de plecare in formarea petrolului. Cele mai mari depuneri sapropelice actuale au grosimi de peste 30 m si se cunosc in lacul SOMINO (regiunea Vladimirsk).

2. Carbonificarea propriu zisa (faza geochimica)

Odata cu acoperirea turbei cu depozite terigene incepe carbonificarea propriu zisa (carbonificarea geochimica) care conduce la transformarea turbei prin stadii succesive din seria: turba-ligniti-carbuni bruni-huile-antraciti.

In aceasta faza rolul microorganismelor (bacterii, ciuperci) a incetat, in schimb intervin factori noi: presiunea litostatica, presiunea orientata (stress-ul), temperatura, compozitia chimica a substantelor minerale interstratificate, toti factorii ce conduc la transformari fizice si chimice importante, motiv pentru care aceasta faza mai este numita si metamorfism al carbunilor. In stadiile initiale de liginit si carbune brun transformarile suferite reprezinta procese diagenetice, dar cand se ajunge la stadii avansate huila antracitoasa si antracit se poate vorbi intr-adevar de un METAMORFISM.

Deoarece carbunii reflecta mai bine decat rocile sedimentare inconjuratoare actiunea temperaturii si presiunii exercitate asupra lor, gradul de carbonificare al materiei vegetale este considerat un fidel indicator pentru gradul de diageneza al sedimentelor.

Principalele transformari chimice ce au loc in faza geochimica sunt:

- cresterea continutului in C,

- scaderea continutului in O si H,

- scaderea treptata a continutului in materii volatile,

- cresterea puterii calorifice.

In timpul carbonificarii geochimice elementele componente ale carbunilor (maceralele) se comporta diferit, in mod special cele din grupa huminit (vitrinit) si mai putin cele din grupa liptinit si inertinit.

Carbunii prezinta grade diferite de carbonificare (ranguri), corespunzatoare stadiului atins in cadrul procesului de carbonificare geochimica, redus in stadiul de lignit si maxim in stadiul de antracit.

In timpul diagenezei turbei care se desfasoara pana la 50^oC si presiuni de 300 bari se petrec urmatoarele fenomene principale:

- reducerea porozitatii si, implicit, a continutului in apa ca urmare a presiunii litostatice;

- policondensarea constituientilor biopolimerilor (hidrati de carbon, proteine etc.) descompusi in timpul turbifierii;

- se fomeaza maceralele carbunilor inferiori.

La temperaturi cuprinse intre 50 si 100^oC si presiuni de 300-1000 bari, conditii corespunzatoare catazonei, se produc urmatoarele modificari fizice si geochimice;

1. - accentuarea compactarii insotita de scaderea continutului in apa;

2. - acizii humici (AH) se transforma in HUMINE;

3. - creste in continuare continutul in carbon;

4. - maceralele huminitice se transforma in VITRINIT.

Cand temparaturile sunt cuprinse intre 150-200^oC si presiunea ajunge pana la 2000 de bari se petrec urmatoarele fenomene principale:

- creste continutul in carbon aromatic;

- scade continutul in H;

- din punct de vedere petrografic se constata un inceput de retea cristalina in carbuni.

Carbonificarea materialului vegetal este determinata de cresterea temperaturii odata cu cresterea adancimii de ingropare (vezi gradientul geotermic) sau datorita unor procese endogene (d.e. magnetism). In afara cresterii temperaturii conteaza si timpul in care a actionat acesta crestere (v. J. Karweil, 1956, Lopatin, 1971, Stach et al., 1982 etc.). In general, presiunea intarzie carbonificarea.

Dupa J. Karweil, transfarmarile in materia organica a carbunilor au loc fie ca urmare a actiunii de scurta durata a unor temperaturi inalte (contact magmatic), fie sunt influenta unei temperaturi medii cu actiune indelungata. Rezulta in mod clar rolul factorului timp in carbonificarea geochimica, dar acesta nu se poate manifesta, dupa Lopatin (1971), decat de la 60-65 oC in sus, sub 50oC actiunea factorului timp fiind nesemnificativa.

In fig.15 sunt prezentate caracteristicile treptelor importante in carbonificare pe baza propretatilor fizico-structurale si chimice, precum si utilizarea diferitilor parametri la determinarea rangurilor carbunilor (gradului de carbonificare). Se poate remarca faptul ca in apropierea "saltului de carbonificare principal" care coincide si cu partea superioara a "ferestrei de petrol", mai multi parametri marcheaza momentul: reflectanta vitrinitului este 0,5 %, puterea calorifica depaselte 7000 Kcal/kg, V^mc in vitrinit este de aproximativ 45 %, continutul in Cmc depaseste 80 %, iar Wt ajunge la 8-10 %.

fig.15 Proprietati fizico-structurale utiilizate ca criterii pentru diferite stadii de carbonificare