Эволюция органического вещества




 

Генерация, аккумуляция и сохранение ОВ предопределяет формирование нефтематеринских пород. Термин органическое вещество относится к веществу, представленному органическими компонентами в форме мономеров или полимеров, которые возникли прямо или косвенно из живого вещества (ЖВ). Минеральные скелетные компоненты – раковины кости и зубы – не входят в его состав.

Прежде чем ОВ будет отложено и захоронено в осадках, его должны синтезировать живые организмы. При благоприятном развитии последующих геологических событий часть накопленных ОВ может трансформироваться в нефтеподобные соединения. Следует помнить, что на протяжении геологической истории Земли условия синтеза, накопления и сохранения ОВ менялись в значительной степени.

Важнейшим историческим событием предопределяющем, формирование материнских пород, следует считать появление и всемерное развитие процесса фотосинтеза. В основе процесса лежит переход водорода из воды в углекислый газ и образование ОВ в форме глюкозы и кисдорода. Уравнение фотосинтетической реакции в простой форме представлено на рис. 2.1. Фотосинтез – основной процесс, с которым связано массовое образование ОВ на Земле.

Рис. 2.1. Уравнение фотосинтеза

Зеленые растения используют солнечный свет, образуют глюкозу – соединение относительно богатое энергией (h·v). Побочным продуктом этого процесса является кислород

 

На стадии зарождения Земной коры и атмосферы первыми существами которые давали ОВ были примитивные аутотрофные организмы, такие как фотосинтезирующие бактерии и сине-зеленые водоросли, были первыми существами, которые и дали массовую продукцию ОВ. Образование ОВ путем фотосинтеза, стало почти повсеместным приблизительно 2 млрд. лет назад. Совокупность геологических событий, которые считаются важными в становлении цикла органического углерода представлено на рис. 2.2. До тех

Рис 2.2. События в истории Земли, которые повлияли на эволюцию жизни.

 

пор пока фотосинтез как явление не приобрел всеобщего значения, т.е. 2 млрд. лет назад на Земле не происходило массового образования ОВ. Этот рубеж является точкой отсчета, до которого самые примитивные организмы распространились достаточно широко и массовая продукция ОВ и фотосинтез приобрели глобальные масштабы.

В этот первоначальный период атмосфера имела восстановительный характер, т.к. в ней практически отсутствовал кислород. Считается, что атмосфера на ранней стадии существования Земли была лишена свободного кислорода и содержала H2, CH4, NH3, N2 и H2O (хотя эта точка зрения не является единственной). Обогащение молекулярным кислородом Земли – прямое следствие фотосинтеза и массовой продукции ОВ.

ОВ как в концентрированной, так и в рассеянной форме является важнейшим генератором флюидов в осадочных бассейнах: нефти, газа, газоконденсата и неуглеводородных соединений (H2O, CO2, N2 и др.). Главным элементом ОВ в любой форме, т.е. во всех горючих ископаемых, является углерод. В тоже время углерод является главным биогенным компонентом, т.е. основой жизни на земле. Часть углеродных соединений выходящих из круговорота биосферы и благодаря этому присутствующих в осадочных отложениях, при определенных условиях формируют скопления нефти и газа. Чтобы объяснить сложный процесс нефтеобразования, рассмотрим геохимию углерода.

Углерод (Carbon) - элемент четвертой группы таблицы Менделеева. Он является четвертым элементом по распространенности во Вселенной (после водорода, гелия и кислорода) и занимает десятое место в земной коре, присутствует в разнообразных формах. Соединяется с водородом, серой, азотом, кислородом и металлами. Самая уникальная черта углерода – способность атомов связываться друг, с другом образуя длинные углеводородные цепи, кольца и сложные молекулы, что и обусловило образовывать бесчисленное множество органических соединений и быть основой всего живого на Земле. Наиболее устойчивые соединения углерода метан и углекислый газ. Атомная масса углерода 12,11. Дробное число определяется наличием двух стабильных изотопов 12С и 13С и одного радиоактивного изотопа 14С. Известны еще три искусственных - 10С 11С и 15С. В природных соединения редко преобладает 12С. Кларк изотопа 12С – 98,89%, 13С – 1,11%.

Большая часть углерода на Земле концентрируется в осадочных породах земной коры. Часть его находится в форме органического углерода Подсчитано, что лишь 18% общего количества углерода в осадочных породах имеет органическую природу, а 82% осадочного генезиса связана в форме карбонатов. Существует подвижное равновесие между органическим углеродом и углеродом карбонатным. Атмосферный СО2 находится в постоянном обмене с СО2 гидросферы. В субаквальных обстановках карбонаты, осаждает химическим путем либо в виде остатков организмов (раковин, элементов скелетов и т.п.) формируют карбонатные осадки. С другой стороны, карбонатные породы могут растворяться, благодаря чему поддерживается равновесие между СО32- , HCO3- и СО2 в водах. Первичное ОВ формируется наземными растениями путем усвоения атмосферного СО2 или морскими фотосинтезирующимися растениями за счет растворенного СО2 гидросферы. В свою очередь наземный и морской органический материал в значительных масштабах разрушается вследствие окисления. Таким образом, СО2 возвращается в систему для повторного обращения. В упрощенном виде схема, отражающие основные процессы и пути превращения углерода в земной коре представлена на рис. 2.3.

 

Рис. 1.3. Основные процессы, в которых участвует углерод и пути его миграции. Большая часть углерода

 

В природе углерод распространен довольно широко, как в органических, так и в неорганических соединениях, подавляющая часть которых принадлежит группе карбонатных минералов (алмаз, графит). В осадочных породах углерод присутствует в виде залежей горючих полезных ископаемых (нефти, углей и других каустобиолитов). В гидросфере немногим больше 90% углерода представлена в карбонатной форме приблизительно 9% в виде растворенного ОВ. В атмосфере углерод находится в виде диоксида (СО2).

Для нефтяников большой интерес представляет небольшая часть углерода, которая заключена во внешней оболочке Земли, и ничтожная доля углерода, связанная с живым веществом. Наибольшая концентрация углерода в глинах и карбонатной оболочке.

 

Эволюция биосферы

 

Биосфера – сфера жизни живого вещества – это сложная оболочка земли, включающая всю гидросферу и те области тропосферы и литосферы в которых постоянно или периодически имеет место жизненный цикл. Создателем учения о биосфере является Вернадский, который впервые обосновал роль живого вещества в истории верхних оболочек Земли, выделяя многогранную роль биоса в различных геологических процессах.

В течение кембрия и вплоть до девона исходным материалом для образования нефти служили остатки морского фитопланктона, бактерий и водорослей. Затем появляется другой источник органического материала континентального происхождения, связанный с жизнедеятельностью наземных растений. Тип и уровень эволюционного развития исходных организмов оказал решающее внимание на состав и количество нефти. Поэтому образование нефти следует рассматривать в связи с эволюцией биосферы.

Около 2 млрд. лет назад в докембрии главными производителями Сорг были сине-зеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии вплоть до силура. Пока не появились на континентах растения, основными источниками Сорг оставались разнообразный морской фитопланктон, бактерии и сине-зеленые водоросли. Полагают, что сегодня на долю морского фитопланктона и бактерий приходится от 50 до 60 % мировой продукции Сорг. Продуктивность фитопланктона возрастала от 20 до 60 % в течение раннего палеозоя и резко сократилась к позднему девону. В каменноугольный, пермский и триасовый периоды продуктивность Сорг оставалась низкой - 40%. Новый максимум 80 % отмечен в позднеюрско-меловое время, в конце мелового периода произошло резкое снижение Сорг до 20%. В раннем палеоцене уровень продуктивности Сорг был еще очень низкий 20 %. Резкое возрастание произошло в позднем палеоцене и эоцене – 80 %, а затем спад в олигоцене 20 %. И наконец за максимумом в миоцене 80% последовало снижение продуктивности до современного уровня 60 %. Основным продуцентом ОВ в современных водоемах является фитопланктон.

Вклад бактериального ОВ в исходное ОВ различными исследователями оценивается неоднозначно. По геологической летописи нельзя судить о продуктивности бактерий в разные периоды геологической истории. Однако ведущая роль бактерий в преобразовании ОВ, в формировании окислительно-восстановительной обстановки, в воздействии на минеральную составляющую породы признается всеми исследователями. Фоссилизированные остатки бактерий известны в отложениях всех геологических систем, включая докембрий. В настоящее время известно более 100 видов бактерий, которые воздействуют на ОВ почв и осадков.

Согласно расчетам Н.В. Лопахина, доля некромы (мертвых бактерий) в составе ОВ к концу диагенеза может составлять: в илах озер до 20 25%; в мелководных морских заливах и лагунах 10-15%; в шельфовой зоне океана 5-10%, в океанических осадках менее 5%.

Вклад разных групп организмов, отличающихся высокой продуктивностью и биомассой, в общую биопродукцию различных периодов геологической истории трудно оценить количественно.

Важным поставщиком ОВ в осадке наряду с фитопланктоном и бактериями являются высшие растения. Остатки высших растений появились в осадках силурийского возраста, позднем девоне доминировали среди наземной флоры древние папоротники. В позднем девоне и карбоне получили широкое развитие более крупные растения, деревья, местами образовывающие густые леса. Это привело к скоплению больших масс древесины, которая сохранилась в виде регионально распростаненных пластов угля.

От поздней перми до мелового периода в составе флоры доминировали голосеменные растения. Последней вехой на пути эволюции растений является раннемеловая эпоха. Характер наземной растительности сильно изменился благодаря внезапному появлению покрытосеменных, которые впоследствии и стали доминировать во флоре и в настоящее время покрывают обширные пространства континентов.

На протяжении всей истории развития Земной коры эволюции флоры всегда опережали эволюцию животного мира. Растения всегда первыми осваивали новые экологические системы.

В.И. Вернадский особое внимание обратил на то, что основная роль ОВ не в его количестве (массу современного живого вещества /ЖВ/он определил в десятки триллионов тонн – n × 1013 т), а в необычайно широкой распространенности, и в исключительной биохимической активности. Поле деятельности ЖВ после своей смерти продолжает во многом определять ход геохимических процессов. ЖВ состоит из нескольких компонентов или групп биомолекул сходного строения: белки, углеводы, лепиды (жиры) и др. в высших растениях выделяется еще легнин. Элементарный состав ЖВ приведен в табл. 2.3. Как видно из таблицы элементарный состав ЖВ заметно варьирует.

Таблица 2.3. Элементный состав компонентов живого вещества

Белки – важнейшие компоненты ЖВ, входящие в состав клеточной ткани и участвуют в процессах биоценоза ( ), являсь сложными полимерами. Простые белки - протеины – состоят только из аминокислот; сложные белки – протеиды – помимо аминокислот содержат другие структурные элементы. Большинство белков состоят из двадцати аминокислот. Все разнообразие белка в природе обусловлено разным порядком соединения этих кислот. Белки основной источник азота (N2) в органическом веществе.

Углеводы – слагают большую часть растительного ЖВ. Молекульрная формула Cn(H2O)n. Углеводы делятся на две большие группы: мономерные – моносахариды С6Н12О6 (глюкоза) С5Н10О5 (фруктоза) и полимерные – продукты конденсации моносахаридов. Наиболее распространенными представителями являются целлюлоза и хитин. Углеводы потребляются микроорганизмами, а небольшая часть сохраняется в осадке.

Лигнин (с латин. дерево) – органическое вещество, содержащееся в растительных тканях древисины наряду с целлюлозой.

Липиды – из всех компонентов ЖВ представляют большой интерес с точки зрения нефтеобразования. Они являются обязательной составной частью всех клеток живых организмов. Это природные жиры – сложные смеси, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях. К липидам относятся животные жиры, растительные масла и воски. Жиры используются организмом в качестве энергетического резерва. Воски выполняют защитную функцию и представляют собой сложные эфиры карбоновых кислот от С16 до С26 и одноатомных спиртов. Липиды очень устойчивые соединения

 

 

...





Читайте также:
Своеобразие романтизма К. Н. Батюшкова: Его творчество очень противоречиво и сложно. До сих пор...
Методы цитологических исследований: Одним из первых создателей микроскопа был...
Образование Киргизкой (Казахской) АССР: Предметом изучения Современной истории Казахстана являются ...
Теория по геометрии 7-9 класс: Смежные углы – два угла, у которых одна...

Поиск по сайту

©2015-2022 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:


Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.013 с.