Geokimia Organik

2

Diagenesis

☻ 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

Proses yang mempengaruhi produk dari produksi primer yang terjadi selama pengendapan dan tahap awal pembusukan di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang relatif rendah

3

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

4

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

5

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.

6

Komposisi dan Struktur Humat

Senyawa humat : dikomposisikan berdasarkan unsur penyusun dan gugus fungsi yang dipunyai

7

Komposisi dan Struktur Humat

Senyawa humat : didominasi oleh senyawa asam fulfat dari yang diturunkan dari lignin

8

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

9

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)

10

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

11

Kelompok maceral Batubara

12

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

13

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)

14

Pembentukan Batubara

15

Pembentukan Batubara

Selama proses peatification dan coalification : terjadi perubahan ratio atom H/C vs O/C

16

Pembentukan Batubara

Selama proses coalification : penurunan oksigen akibat tereliminasinya gugus karboksil karena reaksi dehidrasi, dekarboksilasi dan demetilasi. Pada akhir coalification terjadi reaksi aromatisasi

17

Pembentukan Batubara

Komposisi umum unsur dan gugus fungsi pada penentuan struktur kimia batubara vitrinit (mengandung 83 – 84 % karbon)

18

Kerogen

☻ 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

Bahan geopolimer organik yang menghasilkan hidrokarbon selama peningkatan pemendaman dan pemanasan yang terdapat pada lapisan bumi

19

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

20

Klasifikasi Bitumen

21

Komposisi bahan organik sedimenter

22

Komposisi KerogenPemendaman 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

23

Komposisi Kerogen

Beberapa biomakromolekul yang resistan – dapat membentuk kerogen dan batuan maseralnya

24

Komposisi pembentukan kerogen

25

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

26

Inkorporasi belerang

28

Klasifikasi kerogen

29

Klasifikasi kerogen

30

Klasifikasi kerogen

31

Klasifikasi kerogen

32

Klasifikasi kerogen

33

A la prochaine cours ...........