Geokimia Organik
Diagenesis Proses yang mempengaruhi produk dari produksi primer yang terjadi selama pengendapan dan tahap awal pembusukan di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang relatif rendah ☻ Transformasi diagenetik terutama dilakukan oleh makhluk hidup (biological agents) dan sebagian kecil berlangsung transformasi kimia dengan bantuan katalis mineral yang ada di permukaan (mineral surfaces) ☻ Selama diagenesis terjadi pertambahan kedalaman lumpur sedimen mengalami pemadatan dan penggabungan, yang berarti pengurangan air dan penaikan temperatur antara 50 – 150 oC : katagenesis 2
Degradasi mikrobial terhadap bahan organik selama diagenesis Transformasi bahan organik dilakukan oleh organisme heterotropik, khususnya mikro-organisme yang mengganggu pembentukan bahan organik untuk terjadinya sedimen Sebagian besar makromolekul biologi (protein, polisakharida, lipid dan lignin) mengalami dekomposisi, sehingga kandungannya tidak lebih dari 20 % dari total bahan organik yang terdapat pada lapisan atas sedimen. Lipid dan lignin : lebih tahan terhadap degradasi selama diagenesis Efek umum serangan mikrobial : berkurangnya konsentrasi semua kelas senyawa dengan meningkatnya kedalaman sedimen 3
Pembentukan Geopolimer
Residu kimiawi dari degradasi mikrobial mengalami peningkatan kondensasi selama diagenesis, menghasilkan bahan organik berwarna coklat yang semakin tidak larut Pada akhir diagenesis, terjadi polikondensasi residu organik atau geoplimer humin dalam sedimen tanah, batubara coklat (lignit) dalam sedimen rawa batubara dan kerogen dalam sedimen marin dan lakustrin dalam
4
Bahan Humat Asidifikasi ekstrak alkali mengendapkan asam humat dan yang larut : asam fulfat (yang lebih beroksigen) Senyawa humat : ditemukan dalam tanah, batubara coklat, air tawar, air laut, sedimen marin dan sedimen lakustrin, berasal dari bahan tumbuhan • Senyawa humat dikelompokkan atas : asam fulfat, asam humat dan humin (fraksinasi tradisional terhadap bahan humat tanah). • Perlakuan terhadap bahan humat dengan alkali encer akan melarutkan asam fulfat dan asam humat residu : humin.
5
Komposisi dan Struktur Humat Senyawa humat : dikomposisikan berdasarkan unsur penyusun dan gugus fungsi yang dipunyai
6
Komposisi dan Struktur Humat Senyawa humat : didominasi oleh senyawa asam fulfat dari yang diturunkan dari lignin
7
Pembentukan Senyawa Humat Senyawa humat : sebagai indikator masukan tumbuhan terestrial yang mengandung lignin dan juga tanin Kondensasi berbagai satuan senyawa yang terjadi sepanjang diagenesis menghasilkan residu tidak larut berupa humin dalam tanah Senyawa humat atau humic-like memberi kontribusi dalam pembentukan kerogen sebagai batubara coklat
8
Batubara Batubara : batubara humat dan sapropelat Batubara humat : terbentuk dari tumbuhan vaskular secara berlapis melalui humifikasi, komponen organik utamanya humifikasi jaringan kayu, berwarna hitam/coklat tua Batubara sapropelat : dari butiran halus lumpur organik yang terendapkan dengan kekurangan oksigen. Komponennya : berbagai organik allochthonous dan mineral, alga autochthonous dari degradasi rawa tanaman Batubara sapropelat : cannel dan boghead. Batubara cannel spora konsentrasi tinggi dan ikutan alga, tumbuhan dan jamur. Batubara boghead (Torbanit) sebagian besar alga beberapa jamur (spt. serpih minyak Lembah Midland, Skotlandia) 9
Batubara Konstituen individual batubara (komponen petrologi) : yang diwakili oleh bahan tumbuhan yang mengalami preservasi maceral (diamati berdasarkan mikroskopi cahaya yang ditransmisikan atau direfleksikan, yang membedakan sifat optiknya) Kelompok maceral : vitrinit, intertinit dan eksinit Vitrinit : berkilau, hitam/coklat tua, konstituen dari humifikasi jaringan kayu Intertinit : opak, hitam/coklat pudar, rapuh Eksinit : masih mengandung lemak, tembus cahaya, kuning/ merah 10
Kelompok maceral Batubara
11
Batubara Komposisi kimia : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan belerang Oksigen : karboksil, keton, hidroksil (fenolik dan alkohol) dan gugus metoksi Nitrogen : amina dan cincin aromatik (piridil) Belerang : thiol, sulfida dan aromatik (thiofenik) Belerang juga ditemukan terikat sebagai senyawa anorganik
12
Pembentukan Batubara Dua fase batubara humat : peatification dan coalification. Coalifiction : tahap biokimiawi dan geokimiawi • Agent selama peatification dan coalification awal (tahap biokimia) adalah biologikal ~ diagenesis. Tahap ini berakhir sampai kedalaman beberapa ratus meter • Coalification akhir (tahap geokimia) : akibat peningkatan temperatur dan tekanan ~ katagenesis • Evolusi sedimenter bahan organik dengan peningkatan pemendaman dan temperatur maturasi (pematangan) Urutan kematangan batubara : peat, brown coal, bituminous coal dan anthracite (bit c dan anth ~ hard coal) 13
Pembentukan Batubara
14
Pembentukan Batubara Selama proses peatification dan coalification : terjadi perubahan ratio atom H/C vs O/C
15
Pembentukan Batubara Selama proses coalification : penurunan oksigen akibat tereliminasinya gugus karboksil karena reaksi dehidrasi, dekarboksilasi dan demetilasi. Pada akhir coalification terjadi reaksi aromatisasi
16
Pembentukan Batubara Komposisi umum unsur dan gugus fungsi pada penentuan struktur kimia batubara vitrinit (mengandung 83 – 84 % karbon)
17
Kerogen Bahan geopolimer organik yang menghasilkan hidrokarbon selama peningkatan pemendaman dan pemanasan yang terdapat pada lapisan bumi ☻ Teori klasik : pembentukan kerogen adalah melalui senyawa humat, sama halnya dengan asam humat dan fulvat yang terdapat dalam tanah ☻ Selama awal diagenetik, senyawa-senyawa produksi primer terpecah menjadi senyawa yang lebih kecil oleh aksi mikrobial, selanjutnya mengalami kondensasi membentuk senyawa humat. Degradasi dan kondensasi terjadi beberapa meter di bawah permukaan tanah secara bersamaan. Pertambahan waktu menjadikan senyawa menjadi tidak larut dalam air, dan terjadi peningkatan polikondensasi, termasuk lipid 18
Kerogen Akhir diagenesis bahan organik sedimenter kerogen, yang tidak larut dalam pelarut organik Bahan organik yang dapat larut dalam pelarut organik bitumen Bitumen : aspalten dan resin pecahan polimer kecil bahan dari kerogen Bitumen mempunyai berat molekul <600 sma, yang umumnya merupakan hidrokarbon dari turunan lipid Pembentukan kerogen : melibatkan perubahan suhu dan tekanan dalam bumi masukan bahan organik dapat terganggu 19
Klasifikasi Bitumen
20
Komposisi bahan organik sedimenter
21
Komposisi Kerogen Pemendaman selektif bahan organik dalam lapisan bumi memungkinkan terjadinya batu bara dan kerogen. Bila pemendaman berjalan baik dan kondisi kurang oksigen, pembentukan batubara kelihatan lebih disukai Bahan fosil dari ganggang yang tidak larut dan biopolimer non-hidrolisable algaenan yang kaya dengan struktur alifatik. Kontribusi bakteri lebih banyak menjadi kerogen. misalnya sianobakteri, cendrung membentuk kerogen amorf 22
Komposisi Kerogen Beberapa biomakromolekul yang resistan – dapat membentuk kerogen dan batuan maseralnya
23
Komposisi pembentukan kerogen
24
Senyawa Biomarka Komponen lipid yang mengalami pemendaman, yang ditemukan pada batubara dan kerogen Disebut juga sebagai : fosil geokimia dan biomarka (senyawa marka biologi) Selama proses diagenesis mengalami defumgsionalisasi dan reduksi serta aromatisasi
25
Inkorporasi belerang
26
Klasifikasi kerogen
28
Klasifikasi kerogen
29
Klasifikasi kerogen
30
Klasifikasi kerogen
31
Klasifikasi kerogen
32
A la prochaine cours ...........
33
