Diagénesis

La diagénesis ( / ˌ d aɪ . ə ˈ dʒ ɛ n ə s ɪ s / ) es el proceso de cambios físicos y químicos en los sedimentos causados ​​inicialmente por las interacciones agua-roca, la actividad microbiana y la compactación después de su deposición . El aumento de la presión y la temperatura solo comienza a desempeñar un papel cuando los sedimentos se entierran mucho más profundamente en la corteza terrestre . ^{[ 1 ]} En las primeras etapas, la transformación de sedimentos poco consolidados en roca sedimentaria ( litificación ) simplemente se acompaña de una reducción en la porosidad y expulsión de agua ( sedimentos arcillosos ), mientras que sus principales asociaciones mineralógicas permanecen inalteradas. A medida que la roca es transportada más profundamente por una mayor deposición en la parte superior, su contenido orgánico se transforma progresivamente en querógenos y betunes .

El proceso de diagénesis excluye la alteración superficial ( meteorización ) y el metamorfismo profundo . No existe un límite definido entre la diagénesis y el metamorfismo , pero este último se produce a temperaturas y presiones más elevadas . Las soluciones hidrotermales, las aguas subterráneas meteóricas, la porosidad y permeabilidad de la roca , las reacciones de disolución/precipitación y el tiempo son factores influyentes.

Tras la sedimentación, los sedimentos se compactan al quedar enterrados bajo capas sucesivas y se cementan mediante minerales que precipitan de la solución . Los granos de sedimento, los fragmentos de roca y los fósiles pueden ser reemplazados por otros minerales (por ejemplo , calcita , siderita , pirita o marcasita ) durante la diagénesis. La porosidad suele disminuir durante la diagénesis, salvo en casos excepcionales como la disolución de minerales y la dolomitización .

El estudio de la diagénesis en las rocas se utiliza para comprender su historia geológica y la naturaleza y el tipo de fluidos que han circulado a través de ellas. Desde un punto de vista comercial, estos estudios ayudan a evaluar la probabilidad de encontrar diversos yacimientos minerales y de hidrocarburos económicamente viables .

El proceso de diagénesis también es importante en la descomposición del tejido óseo. ^{[ 2 ]}

El término diagénesis, que literalmente significa "a través de generaciones" ^{[ 3 ]} , se utiliza ampliamente en geología . Sin embargo, este término se ha extendido al campo de la antropología , la arqueología y la paleontología para describir los cambios y alteraciones que ocurren en el material esquelético (biológico). Específicamente, la diagénesis "es el entorno físico, químico y biológico acumulativo; estos procesos modificarán las propiedades químicas y/o estructurales originales de un objeto orgánico y determinarán su destino final, en términos de preservación o destrucción". ^{[ 4 ] [ 5 ]} Para evaluar el impacto potencial de la diagénesis en huesos arqueológicos o fósiles , es necesario evaluar muchos factores, comenzando con la composición elemental y mineralógica del hueso y el suelo circundante, así como el entorno de enterramiento local (geología, climatología , aguas subterráneas ). ^{[ 5 ]}

La naturaleza compuesta del hueso, que comprende un tercio orgánico (principalmente colágeno proteico ) y dos tercios minerales ( fosfato de calcio mayoritariamente en forma de hidroxiapatita ), hace que su diagénesis sea más compleja. ^{[ 6 ]} La alteración ocurre en todas las escalas, desde la pérdida y sustitución molecular, pasando por la reorganización de los cristalitos, la porosidad y los cambios microestructurales, y en muchos casos, hasta la desintegración de la unidad completa. ^{[ 7 ]} Se han identificado tres vías generales de la diagénesis del hueso:

1. Deterioro químico de la fase orgánica.
2. Deterioro químico de la fase mineral.
3. Ataque (micro)biológico del compuesto. ^{[ 8 ]}

Son los siguientes:

1. La disolución del colágeno depende del tiempo, la temperatura y el pH ambiental . ^{[ 8 ]} A altas temperaturas, la tasa de pérdida de colágeno se acelera, y un pH extremo puede causar hinchazón del colágeno e hidrólisis acelerada . ^{[ 8 ]} Debido al aumento de la porosidad de los huesos por la pérdida de colágeno, el hueso se vuelve susceptible a la infiltración hidrolítica donde la hidroxiapatita, con su afinidad por los aminoácidos , permite que especies cargadas de origen endógeno y exógeno se alojen. ^{[ 2 ]}
2. La actividad hidrolítica juega un papel clave en las transformaciones de fase mineral que exponen el colágeno a una degradación química y biológica acelerada. ^{[ 8 ]} Los cambios químicos afectan la cristalinidad . ^{[ 2 ] [ 9 ]} Los mecanismos de cambio químico, como la absorción de F ⁻ o CO ²⁻ ₃ pueden causar recristalización donde la hidroxiapatita se disuelve y se vuelve a precipitar, permitiendo la incorporación o sustitución de material exógeno. ^{[ 2 ] [ 9 ]}
3. Una vez que un individuo ha sido enterrado , el ataque microbiano, el mecanismo más común de deterioro óseo, ocurre rápidamente. ^{[ 8 ]} Durante esta fase, se pierde la mayor parte del colágeno óseo y aumenta la porosidad. ^{[ 2 ]} La disolución de la fase mineral causada por el bajo pH permite el acceso al colágeno por parte de enzimas microbianas extracelulares, lo que facilita el ataque microbiano. ^{[ 8 ]}

Cuando la materia animal o vegetal queda enterrada durante la sedimentación, las moléculas orgánicas que la componen ( lípidos , proteínas , carbohidratos y lignina , compuestos húmicos ) se descomponen debido al aumento de temperatura y presión . Esta transformación se produce en los primeros cientos de metros de enterramiento y da como resultado la creación de dos productos primarios: querógenos y betunes .

Generalmente se acepta que los hidrocarburos se forman por la alteración térmica de estos querógenos (la teoría biogénica ). De esta manera, bajo ciertas condiciones (que dependen en gran medida de la temperatura), los querógenos se descomponen para formar hidrocarburos mediante un proceso químico conocido como craqueo o catagénesis .

Un modelo cinético basado en datos experimentales puede capturar la mayor parte de la transformación esencial en la diagénesis, ^{[ 10 ]} y un modelo matemático en un medio poroso compactado para modelar el mecanismo de disolución-precipitación. ^{[ 11 ]} Estos modelos han sido estudiados intensamente y aplicados en aplicaciones geológicas reales.

La diagénesis se ha dividido, según la génesis de hidrocarburos y carbón, en: eodiagénesis (temprana), mesodiagénesis (media) y telodiagénesis (tardía). Durante la etapa temprana o eodiagénesis, las lutitas pierden agua intersticial, se forman pocos o ningún hidrocarburo y el carbón varía entre lignito y subbituminoso . Durante la mesodiagénesis, se produce la deshidratación de los minerales arcillosos , se desarrolla principalmente la génesis del petróleo y se forman carbones bituminosos de alto a bajo contenido volátil . Durante la telodiagénesis, la materia orgánica sufre craqueo y se produce gas seco; se desarrollan carbones semiantracíticos . ^{[ 12 ]}

La diagénesis temprana en sedimentos acuáticos recién formados está mediada por microorganismos que utilizan diferentes aceptores de electrones como parte de su metabolismo. La materia orgánica se mineraliza, liberando dióxido de carbono (CO₂ ₎ gaseoso en el agua intersticial, que, según las condiciones, puede difundirse en la columna de agua. Los diversos procesos de mineralización en esta fase son la nitrificación y desnitrificación , la reducción de óxido de manganeso , la reducción de hidróxido de hierro , la reducción de sulfato y la fermentación . ^{[ 13 ]}

La diagénesis altera las proporciones de colágeno orgánico y componentes inorgánicos (hidroxiapatita, calcio, magnesio) del hueso expuesto a las condiciones ambientales, especialmente a la humedad. Esto se produce mediante el intercambio de constituyentes óseos naturales, la deposición en huecos o defectos, la adsorción en la superficie ósea y la lixiviación del hueso. ^{[ 2 ] [ 14 ]}

• Calcedonia : forma microcristalina o criptocristalina de sílice. 
• Sílex : roca sedimentaria dura y de grano fino compuesta de sílice criptocristalina. 
• Flint – Cryptocrystalline form of the mineral quartz
• Concretion – In geology, a type of compact mass
• Fossil – Preserved remains or traces of organisms from a past geological age
• Petrogenesis – Processes that form rock