La geoquímica orgánica es el estudio de los impactos y procesos que han tenido los organismos en la Tierra. Se ocupa principalmente de la composición y modo de origen de la materia orgánica en rocas y cuerpos de agua. [1] El estudio de la geoquímica orgánica se remonta al trabajo de Alfred E. Treibs, "el padre de la geoquímica orgánica". [2] Treibs aisló por primera vez metaloporfirinas del petróleo. Este descubrimiento estableció el origen biológico del petróleo, que hasta ahora no se conocía bien. [3] Las metaloporfirinas en general son compuestos orgánicos altamente estables, y las estructuras detalladas de los derivados extraídos dejaron en claro que se originaron a partir de la clorofila.
La relación entre la aparición de compuestos orgánicos en depósitos sedimentarios y depósitos de petróleo ha sido de interés durante mucho tiempo. [4] Los estudios de sedimentos y rocas antiguos proporcionan información sobre los orígenes y las fuentes del petróleo y el petróleo, así como sobre los antecedentes bioquímicos de la vida. Los derrames de petróleo en particular han sido de interés para los geoquímicos con respecto al impacto del petróleo y el petróleo en el entorno geológico actual. Después del derrame de petróleo del Exxon Valdez , el conocimiento de la geoquímica orgánica sobre la química de los derrames de petróleo floreció con los análisis de muestras del derrame. [5]
Los geoquímicos estudian las inclusiones de petróleo en muestras geológicas para comparar las inclusiones de fluidos actuales con muestras fechadas. Este análisis proporciona información sobre la edad de las muestras de petróleo y la roca circundante. Se utilizan métodos espectrográficos, ópticos, destructivos y no destructivos para analizar muestras mediante espectrometría de masas o espectroscopia Raman. Las diferencias descubiertas en las muestras, como la relación petróleo-gas o la viscosidad, generalmente se atribuyen a la roca de origen de la muestra. Otras características que normalmente se observan son las propiedades de presión/volumen/temperatura, la textura de la muestra y la composición de la muestra. Las complicaciones en el análisis surgen cuando la roca madre está cerca o en una fuente de agua. [6]
El petróleo también se estudia mediante análisis de isótopos de carbono. Los isótopos de carbono proporcionan información sobre el ciclo del carbono y los procesos geológicos de la Tierra . Los geoquímicos pueden discernir la composición de los depósitos de petróleo examinando la proporción de isótopos de carbono y comparando esta proporción con valores conocidos de estructuras basadas en carbono de las que podría estar compuesto el petróleo. [7]
Se ha adquirido un amplio conocimiento sobre el carbón desde el inicio de su uso como fuente de energía. Sin embargo, los geoquímicos modernos todavía están estudiando cómo el material vegetal se transforma en carbón. Han determinado que la carbonificación es el resultado de una degradación selectiva de materiales vegetales, mientras que se conserva otro material vegetal. Las macromoléculas del carbón suelen estar formadas por estos biopolímeros resistentes a la degradación contenidos en algas, esporas y madera. Los geoquímicos han desentrañado los misterios detrás de la formación del carbón comparando las propiedades de los biopolímeros con las propiedades que se encuentran en las macromoléculas de carbón existentes. Los métodos analíticos de RMN de carbono y cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) combinados con pirólisis instantánea han mejorado enormemente la capacidad de los geoquímicos orgánicos para analizar las diminutas unidades estructurales del carbón. [8]
Se han obtenido mayores conocimientos sobre la edad de los sedimentos de carbón mediante la datación isócrona del uranio en las muestras carbonificadas. El examen de la proporción entre padres e hijos de los isótopos de uranio ha llevado a la datación de muestras seleccionadas en el período Cretácico Superior . [9]
La geoquímica orgánica moderna incluye estudios de sedimentos recientes para comprender el ciclo del carbono, el cambio climático y los procesos oceánicos. En relación con los estudios del petróleo, los geoquímicos centrados en el petróleo también examinan el impacto del petróleo en el entorno geológico. [10] La geoquímica también examina otros contaminantes en los sistemas geológicos, como los metabolitos formados a partir de la degradación de los hidrocarburos . Las técnicas analíticas de geoquímica orgánica, como la GC-MS, permiten a los químicos determinar los intrincados efectos de los metabolitos orgánicos y los productos de desecho de origen humano en el entorno geológico. [11] Son motivo de especial preocupación los contaminantes de origen humano derivados del trabajo agrícola. El uso de estiércol animal, en combinación con la gestión general de residuos municipales y de aguas residuales, ha cambiado muchas propiedades físicas del suelo agrícola involucrado y de los suelos circundantes. [12]
La geoquímica orgánica también es relevante para los ambientes acuosos. Los contaminantes, sus metabolitos y cómo ambos ingresan a los cuerpos de agua son de particular importancia en este campo. Esta materia orgánica también puede derivarse de procesos geológicos en o cerca de cuerpos de agua, influyendo de manera similar en las formas de vida cercanas y la producción de proteínas. La espectroscopia de fluorescencia se ha introducido como una técnica para examinar la materia orgánica en cuerpos de agua, ya que la materia orgánica disuelta suele ser fluorescente. [13]
El estudio de la geoquímica orgánica se extiende también a la atmósfera. En particular, los geoquímicos en este campo estudian la composición del material insoluble en la atmósfera inferior. Han definido ciertas consecuencias de los aerosoles orgánicos, incluida la toxicidad fisiológica, el forzamiento climático directo e indirecto , el smog, la acidificación de la lluvia y la incorporación al ciclo natural del carbono. [14]