Tjärgrop
Tjäragropar , som ibland kallas asfaltgropar , är stora asfaltavlagringar . De bildas i närvaro av olja , som skapas när förmultnat organiskt material utsätts för tryck under jorden. Om denna råolja sipprar uppåt via sprickor, ledningar eller porösa sedimentära berglager, kan den samlas vid ytan. De lättare komponenterna i råoljan avdunstar ut i atmosfären och lämnar efter sig en svart, klibbig asfalt. Tjärgropar grävs ofta upp eftersom de innehåller stora fossilsamlingar.
Tjärgropar bildas ovanför oljereserverna, och dessa avlagringar finns ofta i antiklinala fällor . Faktum är att cirka 80 procent av petroleum som finns på jorden har hittats i antiklinala fällor. Antiklinier är veck i stratigrafiska lager där varje halva av vecket sjunker bort från krönet. Sådana strukturer utvecklas vanligtvis ovanför dragkraftsförkastningar eller i tektoniska områden där marken böjs och vikas. Om strukturen ovanför den konkava nedåtvikningen (bågen) är en icke-porös sten eller aquitard , såsom skiffer , anses det vara en antiklinal fälla. Figuren i detta avsnitt är ett tecknat 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 vandra till ytan. Detta är möjligt genom kapillärfransar och eftersom olja är mindre tät än vatten.
Kemi
Tjärgropar är asfaltpölar. Men i början av deras bildande var de inte alltid klibbiga och täta. Poolerna bestod 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 grundämnen som inte är kol eller väte, medan kolväten endast innehåller kol och väte. Råolja är mindre trögflytande 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 . På ytan kan dessa lätta molekyler avdunsta ut ur råoljan och lämna efter sig de tyngre, klibbigare molekylerna. Asfalt, eller bitumen, innehåller vanligtvis kolvätemolekylkedjor med 50+ kolatomer. Ju längre kolvätekedjan är, desto mer trögflytande blir den och kokpunkten ökar.
Avdunstning är en viktig process vid bildandet av tjärgropar. En reservoar av lätt råolja på jordens yta kan reduceras med upp till 75 % av den ursprungliga volymen strax efter några dagar, vilket bildar asfalt som den resulterande produkten. För medelstora råoljor kan volymen minskas med 40 %. Råoljor avdunstar 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
La Brea Tar Pits ligger i södra Kalifornien. Den petroleum som ses på ytan kommer från Salt Lake Oil Field- reservoaren och oljesanden i Repetto- och Pico-formationerna . Dessa oljeavlagringar bildades under miocentiden när marina planktonorganismer ackumulerades i en 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 ledningen som matar La Brea Tar Pits. Petroleum migrerade till ytan med tiden, fånga och bevara djur och växter under de senaste 50 000 åren.
Carpinteria tjärgropar
Carpinteria Tar Pits ligger i Tar Pits Park i Carpinteria, Kalifornien. Dessa tjärgropar förutspåddes ha bildats under Pleistocen. Under ett utgrävningsprojekt återvanns 25 växtarter tillsammans med 55 fågelarter och 26 arter av däggdjur. Fjädrar av tjära sipprar fortfarande upp till ytan genom sprickor i de underliggande stratigrafiska lagren av marin skiffer.
Binagadi Asfaltsjö
Binagadi Asphalt Lake ligger i Azerbajdzjan , eller i Kaukasus, en region mellan Svarta havet och Kaspiska havet . Denna tjärgrop är känd för att bevara huvuden och kropparna av flera grottlejon , ett däggdjur som blomstrade under Pleistocen . En välbevarad hästskalle hittades också i asfaltsjön Binagadi. Den beräknas vara 96-120 tusen år gammal. 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 hektar, 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 kärvar asfalten kontinuerligt. Sjön blir gradvis mjukare och varmare nära centrum där bitumenet börjar bubbla. Gasen som släpps ut i mitten av sjön är till stor del metan och en riklig mängd koldioxid.
Pitch Lake bildades för tusentals år sedan i närvaro av tektonisk aktivitet. Rörelse längs en förkastning skapade en spricka som tappade in i en olje- och gasreservoar djupt inne i skorpan. Oljan och gasen sipprade uppåt till jordens yta genom sprickan med tiden, vilket skapade Pitch Lake. På grund av denna ständiga påfyllning av olja och gas har sjön en svag ström. Strömmen är i stort sett obemärkt eftersom det översta lagret av Pitch Lake är mestadels solid.
Fossiler
Tjärgropar är karakteristiska för deras många fossiler. Detta är fallet eftersom den tjocka, klibbiga asfalten fångar djur. När djur väl kliver in i tjäran, blir de immobiliserade och börjar sjunka omedelbart om asfalten är tillräckligt varm och klibbig. Rovdjur som ser dessa hjälplösa djur brukar gå in i tjärgroparna i hopp om att fånga sin nästa måltid. Som ett resultat hittas bytesdjur vanligtvis under rovdjuret under utgrävningsprojekt.
Djurens ben och hårda delar är välbevarade eftersom de begravs snabbt efter organismens död. Under ytan är de hårda delarna uppslukade av asfalt och de är skyddade från klimatvariationer som regn, vind eller snö som kan påskynda vittringsprocesser. Asfalt saknar också syre och vatten, så stora sönderfallande organismer som aeroba svampar och bakterier saknas. [ citat behövs ]
I La Brea Tar Pits har mer än en miljon ben återvunnits sedan 1906. 231 arter av ryggradsdjur, 234 arter av ryggradslösa djur och 159 växtarter har identifierats. Det vanligaste stora däggdjuret som finns i La Breas tjärgropar är den ödesdigra vargen , en av de mest kända förhistoriska köttätare som levde under Pleistocen . Fossiler från sabeltandade katter och prärievargar var också rikligt. Ytterligare fossil upptäcks ständigt genom fortsatta utgrävningsprojekt.
Levande organismer
Liv hittades i en ca. 28 000 år gammalt prov av naturlig asfalt i La Brea Tar Pits . Hundratals nya arter av bakterier upptäcktes som har förmågan att frodas i miljöer med lite eller inget vatten eller luft. De innehåller speciella enzymer som kan bryta ner kolväten och andra petroleumprodukter. Ursprunget till bakterierna i dessa naturliga asfaltgropar är okänt, men man tror att de har utvecklats från redan existerande markmikroorganismer som överlevde ett asfaltläckage för tusentals år sedan. Jordens mikroorganismer var tvungna att anpassa sig och genomgå genetiska förändringar för att hjälpa till att tolerera den hårda, nya miljön, som i slutändan gav upphov till nya bakteriearter.
I en studie var de dominerande bakterierna som hittades i La Brea Tar Pits av klassen Gammaproteobacteria i Chromatiales -ordningen, enklare kallad lila svavelbakterier . Lila svavelbakterier använder inte vatten som reduktionsmedel , så syre produceras inte under andning . Istället använder de svavel i form av sulfider som 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 arkéer och bakterier. Bakteriemikroorganismer från orden Burkholderiales och Enterobacteriales har hittats levande i mikroliterstora vattendroppar som återvunnits från sjön. Biomassan i Pitch Lake sjön rapporterades 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 efterliknar miljön som finns på ytan av Saturnus 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 råoljan, som inkluderar metan (CH 4 ), etan (C 2 H 6 ), och propan (C 3 H 8 ), avdunstar och lämnar efter sig större kolväten som utgör den kemiska sammansättningen av asfalt. Detta är ett problem eftersom metan, etan och propan är antingen stora växthusgaser och/eller fotokemiska föroreningar . La Brea Tar Pits släpper ut cirka 500 kg metan per dag. Utsläppen är högst 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 fysiologin hos de inhemska gräsen. La Brea Tar Pits har det högsta naturgasflödet som uppmätts för någon landbaserad läckagezon i USA. På global skala är uppskattningar av geologiska CH 4 och C 2 H 6 utsläpp från gasläckage i sedimentärt berg i storleksordningen 50-70 Tg/år respektive 2-4 Tg/år. Dessa värden är ungefär hälften av de globala CH 4- och C 2 H 6 -utsläppen från antropogen förbränning av fossila bränslen , som är ungefär 100-150 Tg CH 4 /år och 6-8 Tg C 2 H 6 /år. Dessa kolväteutsläpp kan bidra till oljenedbrytning 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
Kolvätenläckage i stads- eller industriområden utgör en geologisk fara på grund av kolvätens explosiva natur. Den 24 mars 1985 passerade en ficka med metangas genom en liten öppning mellan golvplattan och grundväggarna 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 kolvätenläckage i området.
Nyckeln till paleoplantatbeteende
Tjärgropar är utmärkta konserveringsmedel, och de har också förmågan att tillhandahålla kolisotopdata för träd som fallit i asfalten. Att titta på kolisotopdata i förhistoriska träd kan avslöja information om växternas reaktioner på olika mängder koldioxid i paleoatmosfären . Prover av Juniperus träd från den sista istiden återvanns från La Brea Tar Pits, och de avslöjade att förhållandet mellan intercellulär och atmosfärisk 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 . Juniperusträden var tvungna att öka CO 2 -upptaget för att överleva under begränsade kolförhållanden . Det är troligt att trädens stomatala konduktans och kloroplastbehov på CO 2 var högre under denna period för att öka deras kolförbrukning. När man gick in i den följande mellanistidperioden Juniperus -trädens stomatala konduktans och kloroplastbehov på CO 2 som ett resultat av högre temperaturer och högre CO 2 -koncentrationer i atmosfären. Denna reaktion på fluktuerande kolnivåer ses i växter över tid. Till exempel observeras ökad stomatal konduktans i moderna C3-växter som odlas i miljöer med låg CO 2 -halt . Det antas också att det blötare klimatet under den sista istiden kan ha ökat kvävetillgången för växter, vilket därför ökat koncentrationen av kväve i löv. Denna förändring kan ha ökat Juniperus -trädens fotosyntetiska kapacitet.
Historia om tjärgropar och människor
En kvinnas kropp återfanns 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 och 24 år vid döden och hon var 4 fot och 8-10 tum lång. Detta är den enda rapporterade förekomsten av mänskliga kvarlevor som hittats 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 utvinna tjäran för takmaterial i närliggande städer.