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XI CONGRESO LATINOAMERICANO DE GEOQUÍMICA ORGÁNICA 2-6 de Noviembre de 2008 Isla de Margarita, Venezuela

1988198819881988----2008200820082008 20 AÑOS DE ALAGO 20 AÑOS DE ALAGO 20 AÑOS DE ALAGO 20 AÑOS DE ALAGO

CARACTERIZACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA SEDIMENTARIA EN LA CUENCA WAGNER, GOLFO DE CALIFORNIA (MÉXICO): EVIDENCIA DE ALTERACIÓN

HIDROTERMAL.

Catalina A. Angeles-Cruz1, Kinardo Flores-Castro2, Rosa Ma. Prol-Ledesma3, Carles Canet3 y Richard Gibson4

1. Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología. Geología Marina. Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México. Circuito Exterior s/n Ciudad Universitaria México,

D.F., 04510, México. [email protected] 2. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra y Materiales. Departamento de Geoquímica. Universidad

Autónoma del Estado de Hidalgo. Ciudad Universitaria s/n.CP. 42184, Pachuca, Hidalgo, México. 3. Departamento de Recursos Naturales, Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de

México, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán, 04510 México D.F., México. 4. Instituto de Geografía, Universidad Nacional Autónoma de México. Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán,

04510 México, D.F., México.

Resumen El presente trabajo forma parte de un estudio multidisciplinario e integral sobre la Cuenca Wagner (Golfo de California, México). Se seleccionó esta zona debido a que se tiene evidencia de actividad hidrotermal y de la presencia de algunos hidrocarburos; sin embargo, no se han realizado estudios previos de las características de ésta, ni de su efecto sobre la maduración de materia orgánica sedimentaria en este sitio en particular. Dentro del Golfo de California, solo para la Cuenca de Guaymas se han reportado previamente estudios similares al propuesto en el presente proyecto. Por medio de Cromatografía de Gases-Masa (CG-Ms), se han identificado compuestos orgánicos específicos, entre los que se destacan los hidrocarburos aromáticos policíclicos, alcanos mono y dimetilados así como isómeros trimetilados de naftaleno. La proporción entre éstos últimos, asociada con el alto contenido de azufre en los sedimentos, confirman la influencia de la actividad hidrotermal sobre la materia orgánica sedimentaria de las muestras analizadas. Palabras clave: Cuenca Wagner, actividad hidrotermal, Materia Orgánica Sedimentaria, biomarcadores. Procedimiento Experimental Durante la campaña Wag-01, a bordo del Buque Oceanográfico “El Puma” (mayo 16-31, 2007), se colectaron 27 muestras de sedimento en la cuenca Wagner, al norte del Golfo de California, México (Fig. 1). Al llegar a esta zona, se procedió a realizar el estudio batimétrico por medio de ecosondas (Ecosonda Simrad ES-60 de 18 KHz de frecuencia de haz dividido y Ecosonda Simrad EY-60 de 120 KHz de frecuencia) y un perfilador paramétrico del subsuelo marino (TOPAS PS 40), lo que permitió identificar las zonas con actividad hidrotermal (Fig. 2) y así determinar los sitios de muestreo.



La profundidad a la que se colectaron las muestras está entre 94 y 219m. Para lo cual se empleó un nucleador de caja y una draga Smith-McIntyre. Una vez que el equipo llegó a cubierta, se midió la temperatura del sedimento (entre 15.5 y 26.3° C, mientras que la temperatura promedio del agua circundante era de 15° C). En algunos casos, fue posible dividir las muestras con el propósito de destacar las diferencias entre los sedimentos superficiales (directamente en contacto con la columna de agua) y los sedimentos subsuperficiales. De cada muestra se tomaron aproximadamente 100g para someterlas a la extracción de materia orgánica soluble (bitumen) por medio de reflujos sucesivos con disolventes orgánicos que cubrieran un amplio intervalo de polaridad. Tras cada reflujo, se recuperó el solvente por medio de filtración y el exceso de éste fue eliminado empleando un rotavapor. Tras pesar cada extracto así obtenido, éstos fueron analizados por medio de CG-Ms.

Resultados y discusión. El porcentaje de materia orgánica total calculado a partir del contenido total de bitumen varía entre 1 y 5% del peso total de la muestra. Como consecuencia de la actividad biológica, el contenido de materia orgánica extraíble es menor en los sedimentos superficiales. Este cambio de condiciones ocurre en pocos centímetros de espesor, probablemente como resultado de la rápida sedimentación en esta zona. Las muestras tienen un tamaño promedio de partícula que oscila entre arena muy fina a media. Generalmente los sedimentos de menor tamaño tienden a contener mayor cantidad de materia orgánica; sin embargo, las muestras que a la fecha han sido procesadas, no presentan ninguna correlación entre el contenido de bitumen y el tamaño promedio de partícula. Tampoco hay correlación aparente con la

temperatura ni con la profundidad a la que fueron tomadas. Se asume que el origen de los compuestos orgánicos contenidos en los sedimentos estudiados es marino, puesto que la influencia de material terrígeno en esta zona es mínima, debido a que el Golfo de California está delimitado por desiertos.

Fig. 1. Localización y batimetría del área de estudio.



a)

b)

Fig. 2. a) Imagen de TOPAS b) Imagen de Ecosonda (ambas corresponden a una gran ventila de gas).

La composición de esta materia orgánica es diversa, dentro de los compuestos predominantes se observan alcanos alifáticos (desde n-C16 hasta n-C31); derivados de isoprenoides, entre los que destacan Pristano (Pr) y Fitano (Ph); y algunos compuestos mono y dimetilados (p.e. 2-metil nonadecano) característicos de zonas hidrotermales, pues son producidos por cianobacterias en este tipo de ambientes (Dembitsky et al., 2001, Kenig et al., 1995b, Koster et al., 1999, Shiea et al., 1990). También se identificaron otros hidrocarburos ramificados y cíclicos (p.e. 11-decil-eneicosano, ciclooctacosano), que pueden ser resultado de biodegradación (Winters y Williams, 1969; Bailey et al., 1973a, b; Connan et al., 1980); e hidrocarburos aromáticos policíclicos (ej. trimetil naftalenos), que son característicos de residuos de pirólisis de alta temperatura (Geissman et al., 1967; Blumer, 1975; Hunt, 1979).

En las muestras donde se identificaron isómeros de trimetil- naftalenos, predomina el 2,3,6-trimetil naftaleno sobre el 1,4,6-trimetil naftaleno, lo que también es indicativo de madurez termal (Alexander et al., 1985). Se observó la precipitación directa de cristales (Fig. 3) en algunas de las muestras, la composición de los mismos se determinó por medio de microanálisis realizado en Microscopio Electrónico de Barrido (MEB)-EDS con detector de estado sólido, dando como resultado un 83% de S y

algunas trazas de Fe y otros elementos. En el resto de las muestras no fue evidente la presencia de azufre o de sus derivados; sin embargo, en el resultado del análisis por CG-Ms se destaca la presencia de azufre molecular (S8) en todas las muestras procesadas (Fig. 4). La presencia de naftalenos trimetilados en las muestras, así como la proporción que guardan entre sí, y el alto contenido de azufre en las mismas, está directamente relacionado con ventilas de alta temperatura, como se ha reportado para la Cuenca de Guaymas (Simoneit, 1984a, b, 1985a; Merewhether et al., 1985, Simoneit et al., 1990b). Además de los resultados obtenidos en el presente estudio, el grupo de investigación ha reunido evidencia física, química, biológica y mineralógica que sustentan la actividad hidrotermal en el área de estudio y su influencia sobre las zonas adyacentes a las ventilas (p. e. Canet et al., 2008; Prol-Ledesma et al., 2008)

Figura 3. Imagen (MEB) de cristal precipitado directamente de una de las muestras



Fig. 4. Ejemplos de cromatogramas donde se observan picos prominentes (indicados con flechas) correspondientes a la señal de azufre molecular (S8) en diferentes muestras.

Conclusiones. Existe una variación notable del contenido de materia orgánica entre las muestras de sedimento directamente en contacto con el agua y las subsuperficiales, siendo mayor en éstas últimas. Esta variación es la única tendencia que se observa en las muestras procesadas hasta la fecha, pues el contenido de bitumen no presenta una correlación directa con el tamaño promedio de grano, la temperatura o la profundidad a la que fueron tomadas las muestras. La identificación de compuestos tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos, alcanos mono y dimetilados, isómeros trimetilados de naftaleno, y la proporción entre éstos, asociados al alto contenido de azufre en los sedimentos, confirman la influencia de la actividad hidrotermal sobre la materia orgánica sedimentaria de las muestras analizadas. Complementando la información multidisciplinaria obtenida por el grupo de estudio. Referencias. Alexander, R., Kaki, R.I., Rowland, S.J., Sheppard, P.N., Chirila, T.V. 1985. The effects of termal

maturity on distributions of dimethylnaphthalenes and trimethylnaphtahlenes in some Ancient sediments and petroleums. Geochimica et Cosmochimica Acta, 49, 385-395.

Bailey, N. J. L., Jonson, A. M. y Rogers, M. A. 1973a. Bacterial degradation of crude oil: Comparison of field and experimental data. Chemical Geology, 11, 203-211.

Blumer, M. 1975. Curtisite, idrialite and pendletonite, polycyclic aromatic hydrocarbon minerals: their composition and origin. Chemical Geology, 16, 245-256.

Canet, C., Prol-Ledesma, R.M., Dando, P.R., Camprubí, A., Robinson, C.J., Shumilin, E., Vázquez-Figueroa, V., López-Sánchez, A., Franco, S.I., Peláez-Gaviria, J.R., Birosta, E., Angeles, C., Estradas, A., Rodríguez-Figueroa, G., Sánchez-González, A. 2008. Geology, In Press.

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10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.000

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AbundanceTIC: C03(W 1~1.D

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Abundance

TIC: C14(W 1~1.D

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1e+07

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AbundanceTIC: C06(W 1~1.D

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Abundance

TIC: C19(W 2~1.D



Geissman, T. A., Sim, K. Y. y Murdoch, J. 1967. Organic minerals. Picene and chrysene as constituents of the mineral curtisite (idrialite). Experiencia, 23, 793-794

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