2.4.2.3 Ambientes de depositacion

Telmaticos

En ellos se origina turba no alterada por corrientes de agua de

gran caudal; presentan crecimiento "in situ " de dicha turba;

pantanos musgosos, boscosos y abiertos al agua (con bejucos) per­

tenecen a estos ambientes.

Limnicos

La turba se deposita, en este caso, en estanques 0 lagos pantano­

sos, generalmente entre montanas (donde los riDs ejercen gran in­

fluencia). Los mantos de carbon generados en estos ambientes usual­

mente son muy potentes, poco numerosos y muy irregulares en su ex­

tension.

Paralicos

Son invadidos frecuentemente par el mar, 10 que justifica la pre­

sencia de intercalaciones de sedimentos marinas entre los mantos

de los carbones originados en estos ambientes. Por la extension

y frecuencia (debido a las numerosas transgresiones y regresiones

del mar), los carbones de origen paralico son los mas abundantes

en la naturaleza.

33

Los ambientes par&licos pueden presentar sub-ambientes de deposi­

tacion (de litoral, delt&ico 0 de llanura interdelt&ica) que

obviamente influir&n en la composicion, espesor, extension y fre­

cuencia de los mantos del carbon fonmado. Por ejemplo, los carbo­

nes originados en ambiente paralico de lit~ral provienen de turbas

mas expuestas a la accion del mar; sera este el que influya mas

en la composicion y formacion de los mantos, haciendolos general­

mente delgados (por erosion y gran compactacion) y ricos en ni­

trogeno, hidrogeno, sulfuros y cenizas. Debido a las condiciones

poco acidas de este ambiente fuertemente marino, es grande la ac­

tividad anaerobica de las bacterias, con produccion de carbones

bituminosos altos en materias volatiles; dicho ambiente es tambien

rico en iones sulfato, 10 que explica el contenido alto, de l os

carbones resultantes, en azufre prltico. Los mantos de carbon

originados en ambientes paralico-deltaico presentan contribuciones

significativas de sedimentos fluviales (ademas de l os sedimentos

marinos) y seran por tanto de una composicion mucho mas heteroge­

nea y con espesores que pueden variar grandemente.

Ricos en calcic

Los carbones depositados en estos ambientes presentan facies simi­

lares a las de los carbones de los ambientes de influencia fuerte­

mente marina. La presencia de calcic en diferentes formas hace

mucho mas basico el ambiente y la accion de las bacterias se ace­

lerara, con el consecuente aumento en la degradaci6n de la materia

vegetal. Alguhas veces no puede formarse turba por la descomposicion

34

tan acelerada. Los carbones originados son especialmente ricos en

azufre organico y pirltico (quizas debido a 1a accion severa de

las bacterias). Los contenidos de carbonatos de calcic y nitr6ge­

no tambien son altos.

2.4.2.4 Nutrientes

Segun sea el suministro de nutrientes (calcio, nitr6geno, potasa*,

acido fosf6rico) a un ambiente, este se puede clasificar como eutr6­

fico (suministro abundante), mesotrofico (poco suministro) y oli­

gotrofico (muy escaso suministro).

Los ambientes eutr6ficos reciben los nutrientes por transporte regu­

lar de rlos, mares 0 lagos. Las plantas all; desarr011adas seran

obviamente mas variadas, de mayor tamano y de crecimiento mas rapido.

Los carbones originados en estos ambientes generalmente presentan mu­

chas intercalaciones de arcillas y bandas de margas, aSl como bastan­

te ceniza. La mayorla de carbones se originaron en ambientes ricos

en nutrientes.

Flora escasa y poco variada (generalmente herbacea), bajo potencial

de hidrogeno, poca materia mineral y actividad bacterial minima son

las principales caracterlsticas de los ambientes oligotroficos. Los

carbones generados en e110s son de bajo contenido de ceniza y presen­

tan muchos tejidos vegetales (telinitas, por ejemplo) bien conserva­

dos.

VNIVERsrn.-\n Nf\. r lr·* Hidroxido de potasio J1BTnf If'

35 : .. r ·,•• . ·

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2.4.2.5 Presencia de nitrogeno y azufre; potencial de hidrogeno;

actividad bacteriana

E1 nitrogeno presente en las turbas, asi como el potencial de hidro­

geno, son especialmente influyentes en la actividad bacteriana.

En ambiente eutrofico, una relaci6n carbono/nitrogeno baja promueve

tal actividad. Las turbas depositadas en ambientes tipo pantano bajo

presentan gran actividad bacteriana, con alta descomposicion de celu­

losa y produccion de proteinas (ricas en nitrogeno). No ocurre 10

mismo en las turbas tipo pantano alto. Las proteinas son posterior­

mente incorporadas a sustancias humicas.

Por otra parte, a mayor potencial de hidrogeno de las turberas (en­

tre 4.8 y 6.5 para las tipo pantano bajo y entre 3.3 y 4.6 para los

altos) la descomposicion bacteriana sera mas severa, con produccion

de sustancias humicas y carbones ricos en nitrogeno e hidrogeno. A

menor potencial, menos bacterias y mejor conservaci6n de las estruc­

turas de las plantas. Las bacteria~ medran en ambientes n~utros 0

ligeramente alcalinos (potencial entre 7 y 8). El caracter basico,

en turbas, aumenta con la profundidad y depende de la flora presente,

del suministro de oxigeno, del flujo de agua y de la concentracion de

acidos humicos ya formados, entre otros factores.

La actividad bacteriana, como se vera mas adelante al tocar el tema

del suministro de oxigeno, depende primordialmente de tal suministro.

36

Las bacterias aerobicas descomponen azucares, almid6n y celulosas pa­

ra concentrar cutina, suberina, resinas, ceras, grasas, taninos, es­

poropoleninas, ligninas, entre otros productos. Las anaerobicas pro­

ducen sustancias residuales ricas en hidr6geno. Las bacterias actuan

hasta un maximo de diez metros de profundidad y se ha demostrado que,

en turbas, solo con su intervencion puede formarse la pirita, median­

te la reduccion de sulfatos a sulfuros, en presencia de hierro sufi­

ciente.

2.4.2.6 Temperatura

A mayor temperatura se tiene mayor actividad bacteriana y una descom­

posicion qUlmica mas rapida. La temperatura optima para la destruc­

cion bacterial de la celulosa esta entre 35 y 40°C. En climas tropi­

cales se puede hallar materia vegetal grande~ente descompuesta a solo

unos declmetros de la superficie de las turberas.

2.4.2.7 Suministro de oXlgeno

Ademas del nitrogeno, el potencial de hidrogeno y la temperatura, el

suministro de oXlgeno es fundamental en la actividad de las bacterias

y en el proceso de formacion del carbon. Con un buen suministro de

oXlgeno, del aire 0 de flujos de agua, la materia vegetal es desinte­

grada en la superficie de la turbera, con la formacion de productos

no solidos.

37

La accion posterior de bacterias, hongos y otros microorganismos ae­

robicos, transforman la materia vegetal en sustancias humicas~ pobres

en hidrogeno, que luego pueden llegar a ser fusinitas y macrinitas.

Cuando el suministro de oXlgeno es restringido cerca de la superfi­

cie de la turbera, se inicia el proceso de turbidificacion, con aci­

dos humicos como productos caracterlsticos, obtenidos de las ligninas

mediante oxldacion.

Todo el proceso se debe desarrollar en aguas estancadas para evitar

un suministro contlnuo de oXlgeno, disuelto en los flujos de agua, y

una oxidacion exagerada de la materia vegetal.

A medida que aumenta la profundidad en la turbera es menor el suminis­

tro de oXlgeno y el numero de bacterias. Las bacterias anaerobicas

actuan en un ambiente reductor, consumiendo oXlgeno de las sustancias

organicas, fermentandolas y transformandolas en sustancias bituminosas

ricas en hidrogeno y nitr6geno. La descomposicion microbiologica se

presenta hasta un maximo de 10 metros de profundidad y, quizas, su

importancia en el proceso de formacion de turba se limita solo a la

etapa inicial cuando pueden, de una manera u otra, obtener oxlgeno.

2.5 CARBONIFICACION

La carbonificacion 0 proceso de formacion del carbon presenta dos eta­

pas: la turbidificacion 0 carbonificacion bioqulmica y la carbonifi­

cacion geoqulmica (ver esquema en pagina siguiente).

* Tales como ligninas y taninos

38

c:r:: u L

:::J a o co

c:r:: u ....... ~

:::J a 0 w C.!:l

PROCESO DE CARBONIFICACION

CLAS I F I CAC ION PROCESO

Sedimentos vegetales y animales Acumulacion

Turba Degradacion, humificacion,

gelificacion bioqulmica

C. Pardo blando (lignito tipo B) Humificacion, gelificacion

bioqulmica

Ma te (1 i gn ito A) C. Pardo duro

Bri 11 ante

C. Sub-bituminosos

(Sub-bituminoso tipo C), gelificacion

geoqulmica

B

A

Altos en volatiles

C. Bituminosos Medios en volatiles~ Bajos en volatiles

Semiantracitas

Antrac Has

~1eta-antrac i tas

2.5.1 Turbidificaci6n

Llamada tambien diagenesis de la turba 0 carbonificaci6n bioqulmica.

Esta etapa comprende* desde la acumulacion de materia vegetal hasta

la formacion de los carbones pardos. Gran participacion microbiana

(aer6bica y anaerobica) y cambios flsicos y qUlmicos del carbon ca­

racterizan esta fase.

* Como eS';.;Qbvio estos "llmites" no pueden ser estrictos -, ":" ._ '.~: " .:'; ' . :: :: ~..I ~:~,: ·: t. _ j ' ••::• • ~ .:•• : " • • • ':, •

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Los cambios bioquimicos mas severos se presentan en la parte mas su­

perficial de la turbera, en la llamada "CAPA TURBIGENICA" (aproxi­

madamente hasta medio metro de profundidad) , donde los microorganis­

mos aerobicos actuan sobre la materia vegetal. Posteriormente, y

hasta un maximo de 10 metros, actuan las bacterias anaerobicas. De

esta profundidad hasta unos 200 a 400 metros (limite posible para la

conversion de turba en carbon pardo), solo ocurren reacciones quimi­

cas (principalmente de condensacion, polimerizacion y reduccion).

Durante la turbidificacion el proceso mas importante es la humifica­

cion 0 formacion de sustancias humicas, basicas para la constitucion

del carbon y obtenidas mediante la accion, de bacterias y hongos, so­

bre algunos componentes facilmente hidrolizables (tales como almidon,

celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteinas) de las plantas.

La humificacion es promovida p~r la temperatura, el suministro de oxi­

geno y el potencial de hidrogeno, entre otros factores vistos en el

numeral 2.4, depende por tanto de las facies, mas que de la profundi­

dad. Se da en la turba y aun continua en los carbones pardos blandos.

Las sustancias humicas son luego transformadas en huminita, mediante

un proceso llamado gelificacion, constituido por una serie de reac­

ciones de naturaleza fisico-coloidal. Durante la gelificacion pueden

distinguirse dos etapas:

UN!VIRSIDAD NACIOIC"L D1!: C OLO~ 5~PE ..ItOItI.U....•DEPTO. DE BIBLlOTE£:AS

BI BLIOTECA "En:" GOM EZ40

Gelificacion bioqulmica

Se presenta durante la formacion de la turba y de los carbones par­

dos blandos (lignitos tipo B) y es regida par las facies, las con­

diciones de oxidacion y el suministro de iones y agua, principalmente.

Gelificacion geoqulmica

Actua sabre las huminitas en la etapa de carbonificacion correspon­

diente a los carbones pardos duros, entre los mate (lignito tipo

A) y los brillantes (subituminoso tipo C) . Puede decirse que

marca el comienzo de la carbonificacion geoqulmica. Para esta ge­

lificacion se requiere cierta profundidad de enterramiento (es de­

cir cierta temperatura*) y durante ella las llamadas huminitas de

la turba, de los carbones pardos blandos y de los pardos duros ma­

te (lignitos tipo A) se convierten en la vitrinita de los carbo­

nes subituminosos y bituminosos. A la gelificacion geoqulmica se

le llama tambien vitrinizacion.

Durante la turbidificacion los princlpales cambios flsilfoS y qUlmicos son:

Disminucion de la porosidad, el contenido de agua, la celu10sa 1i­

bre y la materia volatile

Aumenta el contenido total de carbono, la aromatizacion y el poder

calorHico.

* Unos 40-60°C para areas "ca lientes" (can gradientes tennicos de unos 8°C/100 metros).

41

Algunos de estos cambios no se dan con igual celeridad durante todo

el proceso; aSl, por ejemplo, en las capas mas superficiales de la

turbera y gracias a la accion fuerte de los ~icroorganismos descom­

ponedores, el material vegetal aumenta rapidamente eft contenido de

carbono. Al cesar la accion biologica, el aumento en carbona (de­

bide al enterramiento) es mucho menos acelerado. La discontinui­

dad en el cambio del contenido de carbona no 10 hace buen indicador

del grado de turbidificacion. En cambio, propiedades tales como la

humedad y el poder calor1fico cambian rapida y uniformemente debido

al enterramiento. AS1, estas propiedades seran buenos indicadores

del grado de turbidificacion 0 carbonificacion bioqulm;ca.

'. No es posible ser tajantes al tratar de establecer los llmites entre

un proceso y otro 0 entre todas las condiciones que diferencian un

estado de la materia vegetal del sigu;ente 0 del precedente. Por

ejemplo, el cambio de turba a carbones pardos parece presentarse a

una profundidad de enterramiento entre los 200 y 400 metros; las di­

ferencias basicas entre estos dos estados de la materia vegetal apa­

recen en la Tabla 7.

TABLA 7. Diferencias basicas entre turba y carbones pardos (Referen­cia 1, p.38)

~Rango Turba Carbon pardo

~~ 5e puede cortar 51 No

Humedad (%) Mas de 75 Menos de 75

Carbon (5LCZ ' %) Generalmente - Generalmente mas de

nos de 60 60

Celulosa libre Presente Ausente

uNIVl:}{, lL! 0 te lON 42 SIBL] ( I\r R.A1

Como ya se dijo. durante la gelificacion se obtiene vitrinita. median­

te la transformacion de las huminitas. Estas se obtuvieron de sustan­

cias humicas, formadas a su vez por la descomposicion de lignina y ce­

lulosa de las paredes de las celulas vegetales.

Por otro lado, los componentes de las plantas menos susceptibles a la

degradacion bacteriana (resinas, ceras, exinas de esporas y polen,

entre otros) no sufren humificacion ni gelificacion y producen lepti­

nita.

Puede concluirse entonces que en el proceso de carbonificacion (bio­

y geoqu;mica) cada uno de los constitiuyentes microscopicos del car­

bon (vitrinita, liptinita 0 exinita, inertinita), sigue su propio

"camino de cambio". Las alteraciones en las propiedades del carbon,

a traves del proceso, se deben a la suma de los cambios sufridos por

sus componentes. Todos tienden a ganar carbona durante dicho proce­

so pero siguiendo diferentes rutas, como se vera claramente en el te­

ma siguiente.

, 2.5.2 Carbonificacion geoqulmica

Comprende desde la formacion de los carbones sub-bituminosos hasta la

configuracion de las meta-antracitas, pasando por las etapas bitumino­

sa y antrac;tica. La alterac i on ahora es solo f;sica y qu;mica, no

actuan los microorganismos.

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Al avanzar en el proceso de carbonificaci6n (del cua1 son variables

predominantes temperatura, tiempo de enterramiento y presion) los

carbones aumentan su rango 0 grado de transfonnaci6n a medida que ga­

nan carbona y poder calorifico y disminuye su contenido de materia

volatil*, humedad, hidr6geno y oxigeno (Ver Figura 25).

Estos cambios son el ref1ejo de los sufridos, durante la carbonifica­

cion (ahora veremos los correspondientes a la etapa geoquimica), por

los componentes micropetrograficos del carbon asi:

La vitrinita, originada de las huminitas durante la etapa bioqui­

mica, cambia de manera bastante uniforme a medida que aumenta e1 -

contenido de carbon. Sin embargo pueden distinguirse cuatro cam­

bios notables:

El primero, en la etapa de carbon bituminoso alto en volatiles,

corresponde, en la serie de maduracion organica, al inicio en

la generacion de petrol eo.

El segundo, en la etapa de carbon bituminoso ~edio en volatiles,

corresponde a una gran reducci6n en el contenido de oxigeno y al

fin de la generacion de petrol eo.

* Consta primordialmente de la fracci6n no aromatica del carbon, es decir compuestos alifaticos y aliciclicos.

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DEP1'O DE B1BLIOTECAS RIBLlOTECA "Ef'e" GOMEZ

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FIGURA 25. Cambios en los carbones con el aumento de rango. ~eferen­cia 9, pp.1l-12 .

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45

E1 tercer cambio se presenta entre los rangos bituminosos-antraci­

tao Entre estos dos rangos se han reportado 1iberaciones de meta­

no hasta de 200 litros por kilogramo de carbon.

El cuarto y ultimo cambio se da al pasar a las meta-antracitas y

en el se libera un poco mas de metano.

A medida que pierde hidrogeno en forma de metano, la huminita-vi­

trinita se aromatiza mas; su reflectividad ante la luz incidente

tambien aumenta.

Por su lado, la liptinita sufre pocos cambios hasta iniciarse la

etapa geoquimica de la carbonificacion pues muchas de las sustan­

cias que la originan (exinas, suberinas, esporas, polen, ceras

y otros lipidos) resisten la accion bacterial y no sufren humifi­

cacion ni gelificacion.

Al pasar de carbon sub-bituminoso a bituminoso y atravesar las

etapas alto, medio y bajo en volatiles, la liptinita presenta un

gran aumento en carbono y una disminucion fuerte en volatiles.

En la etapa bituminoso bajo en volatiles las propiedades qUlmicas

y 6pticas de la liptinita (exinita para carbones entre sub-bitu­

minosos y meta-antraciticos) son muy similares a las de la vitri­

nita, 10 que dificulta su diferenciacion y se tiene que ape1ar a

tratamientos qUlmicos (disoluci6n con acidos) para tratar de

distinguir al microscopio las estructuras de celulas y tejidos

vegetales.

46 UI'IJYlt~~"DIID NACIOI'IAL DE COLOMBIA . . , '. !If;O£ "'!.D~u..lfII•nEPTO. DE BIBLIOTEC~