KEROJEN : Bir havzada çökellerle birlikte diyajenez geçirmiş C, H, N, S, O elemetlerinden oluşan bitkisel veya hayvansal kökenli organik maddelere kerojen denir. Organik çözücülerde erimez. Taşlaşmış organik maddedir. Tortul havzalarda, havza tabanında özellikle ısı ve basınç nedeniyle parçalanarak hidrokarbonları oluşturur.
PETROL OLUŞTURAN ORGANİK MADDELER
Petrol genellikle denizel çökeller içinde bulunduğundan deniz içinde yaşayan organizmaların petrolün kaynağını oluşturması gerekir. Karasal organizmaların bir kısmı deniz ortamına taşınmakta ise de, bunlar petrol için önemli bir kaynak teşkil etmezler. Bu nedenle petrolün organik maddelerden ve özellikle denizel planktonlardan veya mikro organizmalardan oluştuğu fikri kesinlik kazanmaktadır. Çok büyük miktarlarda ve hızlı bir şekilde üreyen bu canlılar petrolün hammaddesini oluşturan bol miktarda yağ asitleri ve amino asitler içermektedirler. Planktonların bol olarak ürediği yerler su derinliği 1000'm yi aşmayan kıtalara yakın bölgeler ile kıta sahanlıklarıdır. Çünkü bu organizmalar için gerekli olan azotlu ve fosforlu tuzların önemli bir kısmı karalardan veya karalara yakın yerlerden nehirler veya dalgalarla denizlere taşınmaktadır. Ayrıca soğuk ve derin denizlerde fazla miktarda çözünmüş olan fosfor kıta yokuşu boyunca yükselen deniz sularıyla sığ kıta sahanlıklarına taşınmaktadır. Bu nedenle bu bölgelerde anormal derecede bir canlı üreyişi ve bununla da orantili olarak toplu halde ölümler meydana gelmektedir. Petrol içinde profirin grubuna dahil klorofilden başka kandan gelen hemoglobin parçalarına rastlanması hayvansal canlıların da petrol oluşumuna katıldıklarını göstermektedir. Bu durumda petrole kaynak olması muhtemel organizmaları bitkiler ( fitoplankton ) ve hayvanlar ( zooplankton ) olarak iki grupta toplayabiliriz. Petrol oluşumuna katkıtda bulunan başlıca gruplar şunlardır : Deniz yosunları ( algler ), mantarlar, alg sporları, bakteriler, dinoflagellatlar, foraminiferalar, radyolaryalar, süngerler, mercanlar, bryozoalar, molluskalar ve bazı omurgalı canlılardır. Bunlardan en önemlisi deniz yosunları olup, ikinci derecede önemli olanı ise silisli alglerdir.
ORGANİK MADDENİN BİLEŞİMİ
Petrolün türediği kaynak içinde birikmiş organizmalara ait bileşiklerdir. Fitoplanktonlar ve zooplanktonlar petrolü oluşturan organik maddenin temel organizmalardır. Canlı organizmada bulunan bileşikler 4 ana gruba ayrılır. Bunlar ;
- Proteinler : H, C, N, S ve O elementlerini içeren proteinler canlı organizmaların en önemli bileşiğidir. Suda kolay çözündükleri için petrol oluşumunda önemleri yoktur.
- Karbonhidratlar : Bitki ve canlı organizmalarda bulunurlar. Selüloz ve kütin doğada bulunan en önemli karbonhidratlardır. Petrol oluşum sürecinde bakteriler tarafından bozuldukları için petrol oluşumunda önemleri yoktur.
- Ligininler : Ağaç ve yapraklarda bol bulunurlar. Kimyasal olarak yoğun aromatik bileşikler içerirler. Petrol oluşum sürecinde dirençli organik bileşiklerdir. ( organik madde bileşiminde en önemlidir. )
- Lipidler : Petrol oluşumu açısından en önemli bileşiklerdir. Bitkisel ve hayvansal yaplar ile bitki tohumları lipidce zengindir. Özellikle algler, diyatomeler ve bakteriler lipidce zengin organizmalardır. Lipidler hayvansal ve bitkisel yağlar ile mumsu maddeler gibi yağ asitleri içerirler. Dolayısıyla lipidlerin büyük çoğunluğu yağ asitlerinden oluşur. Hidrokarbon oluşumunda lipidce zengin organizmalar petrol oluşumunun temel taşlarından biridir.
ORGANİK MADDENİN PETROLE DÖNÜŞÜMÜNDE ETKİLİ OLAN FAKTÖRLER
Denizel ortamlardaki çökeller içinde bulunan organik maddelere indirgen bir ortamda bir dizi kimyasal, biyokimyasal ve fizikokimyasal değişikliklere uğrayarak petrole dönüşmektedir. Yapılan araştırmalara göre petrolün oluşumunda ilk evrede bakteri faaliyetlerinin, daha sonraki evrelerde ise ısının rol oynadığı tespit edilmiştir. Organik madde petrole dönüşürken başlıca şu faktörler önemlidir.
1) Jeotermik Gradyan : Farklı jeotermik gradyana sahip havzalarda hidrokarbon oluşum derinlikleri farklılık göstermektedir. yüksek jeotermik gradyana sahip havzalarda petrol daha sığda ( örneğin Los Angles havzası gibi), düşük jeotermik gradyana sahip havzalarda ( Ventura havzası gibi) petrol daha derinlerde oluşmaktadır. Fakat her iki havzada da petrol oluşum sıcaklıkları hemen aynı olup, 120o C'dir.
2) Havzaların Isınma Tarihçesi : Bir havzanın ısınma tarihçesi veya havzadaki birimlerin gömülme hızları hidrokarbon oluşum derinliğini, miktarını ve korunmasını etkilemektedir. Hızlı gömülen ( hızlı ısınan ) havzalarda ( 5-6o C milyon yıl ) organik madde çok kısa zamanda yüksek ısıya maruz kalmakta, petrol oluşumu daha erken başlayıp daha erken tahrip olmaktadır. Gömülmenin yavaş olduğu havzalarda petrol oluşumu daha geç başlamakta ve dolayısıyla petrol bozunmadan rezervuarlarda korunabilmektedir.
3) Basınç : Petrol oluşumunda basıncın rolü halen tartışmalıdır. Genel kanı basıncın petrol oluşumuna etkisinin çok az olduğu yöndedir. Los Angeles ve Ventura havzalarının karşılaştırılması buna en iyi örnektir. Her iki havzada aynı yaşlı birim farklı derinliklerde petrol oluşumuna başlamaktadır. Farklı basınçlar olmasına rağmen sıcaklık hep aynıdır.6 120o C).
4) Zaman : Zaman organik maddenin bozuşmasında sıcaklıkltan sonra en etkili faktördür. Zaman artışına paralel olarak türeyen hidrokarbon da doğal olarak artar. Genç birimlerde petrol oluşumu daha derinlerde ( daha yüksek sıcaklıklarda ) başlarken, yaşlı birimlerde daha sığ derinliklerde bailamaktadır.
5)Organik Madde Tipi : Farklı organik madde tipleri, farklı sıcaklıklarda ( derinliklerde ) petrol oluşumuna başlamaktadır. Bu durum kerojenin farklı kimyasal kompozisyonundan, dolayısıyla farklı aktivasyon sahip olmasından kaynaklanmaktadır.
6) Katalizörler : Katalizör kimyasal reaksiyonları hızlandırırlar. Bazı arşatırmacılar petrol oluşumunda katalizörlerin rolünü savunmaktadır. Örneğin, bir çok mineralin özellikle kil minerallerinin kerojenin katajenezinde önemli rol oynadığı tahmin edilmektedir.
7) Tektonizma : Tektonik hareketler sonucu bir havzadaki birimlerin yükselip aşınması sistemin soğumasına yol açar. Bu durumda kerojenin parçalanması durur. Dolayısıyla hidrokarbon oluşumu da sona erer.
Jeolojik devirler boyunca organik maddeler petrole dönüşürken üç ana evreden geçer
1) Diyajenez Evresi ( Taşlaşma ) : Yeni çökelmiş tortular içerisinde bol miktarda gözenek suyu ve önemli miktarlarda da mineral ve organik maddeler bulunmaktadır. Gömülmenin ilerlemesi ile birlikte çökelleri oluşturan maddeler yeni ortamın şartlarına uyum sağlamak amacıyla yeni bir denge kurmaya çalışırlar. Çökellerin sıkışması ve taşlaşmasına neden olan bu değişimin tümüne diyajenez, bu evreye de diyajenez ya da diyajenetik evre denir. Bu evrede gömülme derinliği 200-2000m arasında değişir. Sıcaklık ve basınç artışı son derece düşüktür. Organik maddeler henüz petrol türetebilecek olgunluğa erişmemiştir. Bunlarda organik maddenin gelişiminde etken olan tek süreç bakteri faaliyetleridir. Organik maddeler bakterilerce hızla bozunur.
[ CH2O] + O2 ==>> CO2 + H2O Organik madde
Bakteriyel bozuşmanın son evresinde formasyon olayı başlar. Organik maddenin bozunması sırasında bol olarak metan gazı açığa çıkar. Organik maddenin büyük bir bölümü bakteri faaliyetleri sonucunda değişime uğrar. Bu sırada hümik ve fülvik asitler oluşur. Bunlar daha sonra organik çözücülerde çözünmeyen hümüne dönüştürürler. Sonuçta da organik madde daha yoğun kerojene dönüşür. Kerojenin oluşmasıyla diyajenez evresi sona erer.
2) Katajenez Evresi : Çökelmenin ilerlemesi ve dolayısıyla tortuların bir kaç km daha derinlere gömülmesiyle oranda önemli basınç ve sıcaklık artışları olur. Sıcaklık 50-150oC basınçta 300-1500 bar'a kadar yükselebilir. Bu artış sonucu ortamda önemli değişiklikler olur. Basınç ve sıcaklık nedeniyle kayaçlarda porozite ve permabilite giderek azalmaktave tortular tam bir kayaç özelliği kazanmaktadır. Organik maddede de önemli değişiklikler olur. Kerojenin ısısal olarak bozunmaya başlaması 50-75 o C sıcaklıklarda olur. Katajenezin sona eriş sıcaklığı 150-175o C arasındadır. Bu evrede kerojen parçalanır, petrol ve doğal gaz oluşmaya başlar. Kerojenden ilk önce zayıf bağlarla olan N, S, O molekülleri ayrılır. Daha sonra ise diğer hidrokarbon molekülleri oluşur. Bu evre esas olarak hidrokarbonların oluştuğu evredir.
3) Metajenez evresi : Bu evrede tortular çok derinlere gömülmüş olup, gerek organik maddede ve gerekse diğer maddelerde önemli değişiklikler olur. Bu evrede organik madde artık petrol oluşumunu tamamlanmıştır. Sıcaklık 150oC'nin üzerindedir. Bu evre kuru gaz evresi olarak da adlandırılır. Metan gazı dışında önemli bir hidrokarbon oluşumu yoktur. Ayrıca bu evrede sıcaklığa bağlı olarak daha önce oluşmuş olan hidrokarbonlar parçalanarak metan gazına dönüşür. Sonuçta kerojen tüm H ve O kaybederek C kalıntısına dönüşür. Metajenez sonunda tüm hidrokarbonlar parçalanarak termodinamik olarak çok duraylı olan metana dönüşür. Kerojen kalıntıları da grafite dönüşür.
Bakteriyel bozuşmanın son evresinde formasyon olayı başlar. Organik maddenin bozunması sırasında bol olarak metan gazı açığa çıkar. Organik maddenin büyük bir bölümü bakteri faaliyetleri sonucunda değişime uğrar. Bu sırada hümik ve fülvik asitler oluşur. Bunlar daha sonra organik çözücülerde çözünmeyen hümüne dönüştürürler. Sonuçta da organik madde daha yoğun kerojene dönüşür. Kerojenin oluşmasıyla diyajenez evresi sona erer.
2) Katajenez Evresi : Çökelmenin ilerlemesi ve dolayısıyla tortuların bir kaç km daha derinlere gömülmesiyle oranda önemli basınç ve sıcaklık artışları olur. Sıcaklık 50-150oC basınçta 300-1500 bar'a kadar yükselebilir. Bu artış sonucu ortamda önemli değişiklikler olur. Basınç ve sıcaklık nedeniyle kayaçlarda porozite ve permabilite giderek azalmaktave tortular tam bir kayaç özelliği kazanmaktadır. Organik maddede de önemli değişiklikler olur. Kerojenin ısısal olarak bozunmaya başlaması 50-75 o C sıcaklıklarda olur. Katajenezin sona eriş sıcaklığı 150-175o C arasındadır. Bu evrede kerojen parçalanır, petrol ve doğal gaz oluşmaya başlar. Kerojenden ilk önce zayıf bağlarla olan N, S, O molekülleri ayrılır. Daha sonra ise diğer hidrokarbon molekülleri oluşur. Bu evre esas olarak hidrokarbonların oluştuğu evredir.
3) Metajenez evresi : Bu evrede tortular çok derinlere gömülmüş olup, gerek organik maddede ve gerekse diğer maddelerde önemli değişiklikler olur. Bu evrede organik madde artık petrol oluşumunu tamamlanmıştır. Sıcaklık 150oC'nin üzerindedir. Bu evre kuru gaz evresi olarak da adlandırılır. Metan gazı dışında önemli bir hidrokarbon oluşumu yoktur. Ayrıca bu evrede sıcaklığa bağlı olarak daha önce oluşmuş olan hidrokarbonlar parçalanarak metan gazına dönüşür. Sonuçta kerojen tüm H ve O kaybederek C kalıntısına dönüşür. Metajenez sonunda tüm hidrokarbonlar parçalanarak termodinamik olarak çok duraylı olan metana dönüşür. Kerojen kalıntıları da grafite dönüşür.