骨化学考古ppt课件 4. 成岩作用
36页1、骨成岩作用与污染的识别,岩石学上的定义,由松散的沉积物转变为沉积岩的过程称为成岩作用(diagenesis)。 各种沉积物一般原来都是松散的,在漫长的地质时期中,沉积物逐层堆积,较新的沉积物覆盖在较老的之上,沉积物逐渐加厚。被深埋的早期沉积物,由于上覆沉积物的压力,下部的沉积物逐渐被压实;同时由于孔隙水的溶解、沉淀作用,使颗粒互相胶结;而且部分颗粒发生重结晶,最后,松散的沉积物固结成为坚硬的岩石。 由沉积物经成岩作用形成的岩石称为沉积岩。由于沉积岩是在地表或近地表条件下形成的,其形成过程及保存条件与岩浆岩或变质岩明显不同,因此,沉积岩基本外貌特征与岩浆岩或变质岩有很大差别。,主要方式,压实作用 胶结作用 重结晶作用,压实作用,压实作用(compaction)是指沉积物在上覆水体和沉积物的负荷压力下,水分排出、孔隙度降低及体积缩小的过程。随着孔隙度降低,相应地将引起沉积层的渗透率降低、颗粒间的连接力增大、抗侵蚀能力增强。任何沉积物转变为沉积岩都经受了压实作用。 通常随着埋深增大,孔隙度趋于减小。砂粒在沉积时排列就比较紧密,因此,即使埋藏很深,压实量也不会很大。颗粒状的碳酸盐沉积物与砂沉积
2、类似,压实作用通常也不显著。而软泥状的碳酸盐沉积与粘土沉积一样,会受到强烈的压实。新沉积的粘土孔隙度可达80以上,含水量达8090。瑞士楚格湖现代沉积粘土,在表面的沉积物含水量为83.6,孔隙度达92;当上覆沉积物约3.6m厚时,含水量减至70.6,孔隙度降至85。由粘土固结成页岩,孔隙度可减少为20。软泥经压实作用就可形成泥岩。软泥被埋藏后不断排出孔隙水,到埋深11.5km时,含水量仅剩约30,这时已成为泥岩。,胶结作用,胶结作用(cementation)是指从孔隙溶液中沉淀出的矿物质(即胶结物)将松散的沉积物粘结成为沉积岩的过程。对于砾、砂和粉砂等碎屑沉积物,压实作用只能引起孔隙度降低和强度增加,但不能使其固结成岩,必须通过沉淀在颗粒孔隙内的化学或生物化学成因的矿物质的胶结作用,才能固结成岩。 胶结物可以充填于岩石的部分空隙,也可以填满全部空隙。常见胶结物的有钙质(CaCO3)、硅质(SiO2)及铁质(Fe2O3)等。 砾岩、砂岩和粉砂岩等粗碎屑岩的形成主要靠胶结作用。对于碳酸盐沉积物,往往在还没有被埋藏时就已经发生强烈的胶结作用。,重结晶作用,重结晶作用(recrystalliz
3、ation)是指在压力增大、温度升高的情况下,沉积物中的矿物组分部分发生溶解和再结晶,使非晶质变为结晶质,细粒晶变为粗粒晶,从而使沉积物固结成岩的过程。如细晶方解石转变为粗晶方解石,隐晶或微晶高岭石转变为鳞片状结晶高岭石。沉积物中的胶结物发生重结晶作用后,可以形成颗粒细小的矿物,使颗粒间胶结得更紧,岩石变得更坚硬。重结晶前后,矿物的晶形、大小和排列方式发生改变,但化学成分不变。 重结晶作用的强弱,与矿物成分、颗粒大小等因素有关。易溶的矿物成分(如碳酸盐类)比较容易发生重结晶作用。一般颗粒越小,越容易被溶解,被溶解的成分容易沿较大颗粒重新结晶,从而使大颗粒的矿物增多、增大。碳酸钙很容易重结晶而变成较粗大的方解石晶体。重结晶作用在化学岩、生物岩及生物化学岩的形成过程中起着重要的作用。,骨骼在埋藏中发生的变化,骨成岩作用(骨骼的污染),人体或动物的硬组织(包括骨和牙齿),在经历掩埋过程后所发生的一系列物理、化学、生物学上的变化,成为骨成岩作用(bone diagenesis),或称为骨骼污染( Bone contamination),成岩和化石化,骨骼污染途径,( 1) 埋藏环境与骨骼间产生
4、元素置换、取代等作用, 使羟磷灰石的晶体结构受到破坏; ( 2) 骨骼的吸附表面积较大, 可以吸附外来离子, 使某些元素富集; ( 3) 骨与周围土壤之间因离子浓度差异而导致离子扩散、迁移, 使骨中某些元素的流失或富集。 污染的骨骼已不再保持其原先的元素组成, 因而也不能直接反映古代人类的食谱信息。因此,探索骨骼的成岩机制, 建立有效的骨骼预处理方法, 乃至恢复骨骼原先的化学组成和生物学特性, 是研究古代人类食谱的关键所在。,物理变化,在温度、湿度、地下水、酶和土壤中微生物等因素的作用下,骨骼哈佛氏管中的淋巴、神经、血管等组织里的有机物不断分解,使骨骼出现一个个微小的孔洞。它们的存在,为土壤小颗粒的进入创造了必要条件,使当地的土壤与人类的骨骼混杂在一起,造成骨骼的物理污染。这是骨骼污染的一个主要来源。 在阳光、温度、湿度等因素的反复作用下,人体的硬组织出现收缩和膨胀现象,表面出现相互平行的龟裂,破坏其完整的结构,导致其他物质进入骨骼。,埋葬土壤酸碱性、有机物含量和类型的不同,都可造成对人体骨骼不同程度上的结构破坏,使其他物质进入骨骼。如腐殖土富含有机物,可以在50年里就可以引起骨外层的
5、剥落。 各类生物对骨骼结构的破坏也为其他物质的进入创造了较好的条件。土壤中许多细菌和真菌可以依附在骨骼上,以骨骼中的有机物质作为营养源,通过自身营养体的生长而贯穿骨骼,破坏其结构,使其出现许多微小的孔洞。 动植物也同样可以作用于骨骼而破坏其结构,如植物根部释放出来的酸可以腐蚀骨的表面,大量根本身的生长也可以毁坏骨或穿过骨的中轴,引起骨的机械损伤。啮齿类动物和腐食类动物则可以咬坏人体的骨骼,增大骨骼与外界的接触面积而发生骨骼的物理污染。,化学变化,长期的掩埋过程中,骨中的骨盐,可以与地下水中的离子发生置换、取代等作用而破坏其晶体结构。 骨骼具有大的吸附面积,也可以吸附外来离子而造成元素浓度的变化。此外,骨骼与土壤中离子浓度间的差异,造成离子的扩散而导致元素的流失或富集等。,生物学变化,人体骨骼埋藏后,其骨胶质在水、温度、微生物等作用下,胶原蛋白的多肽链会逐步水解为氨基酸。随着时间的推移,胶原蛋白残余物中大分子量、长肽链、不可溶性组分相对减少,而小分子量、短肽链(或游离氨基酸)、可溶性组分则相对增加。 水解后的氨基酸又在水、光、热及微生物所含酶的作用下发生分解,转变成为一系列小分子量的脂肪
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