Биогенное происхождение косных тел

Содержание

1. Введение
2. Биогенное образование нефти и газа
3. Торф
1. Образование торфа
2. Химический состав торфа
4. Происхождение углей

4.1Источники  образования твердых горючих  ископаемых

5. Мел

6. Заключение

Введение

«Живое вещество представлено в  миллиардах особей, непрерывно рождающихся  и умирающих, обладающих колоссальной биохимической энергией и являющихся могучей геохимической силой» -, так писал о живых организмах В.И Вернадский. То есть живые организмы выполняют важные задачи в окружающей среде. Огромную роль живое вещество играет в образовании многих  полезных ископаемых, которые так необходимы в современном мире.

Практически вся кора Земли сформировалась в результате деятельности живых  организмов. Вернадский писал: «Жизнь захватывает значительную часть  атомов, составляющих материю земной поверхности. Под её влиянием эти атомы находятся в непрерывном, интенсивном движении. Из них всё время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейших археозойских эр до нашего времени, в основных чертах оставаясь неизменным».

Накопленные за десятки миллионов  лет останки определённых живых  организмов превратились в органические отложения. Физические процессы подвижек, выветривания, выщелачивания пород нельзя сравнивать по мощности с целенаправленной деятельностью живых организмов.

 Учеными достоверно доказано, что образование таких косных  тел, как нефть, природный газ,  торф, каменный уголь, мел произошло  при участии живых организмов, под действием определенных условий,  например высокой температуры,  давлении, бескислородной среды и др.

На сегодняшний день проблема участия  живых организмов в образовании  косных тел остается актуальной. Ведутся споры многими учеными, насколько же велика роль живого в образовании косного. Некоторые научные деятели утверждают, что роль живого вещества не так значительна, как мощные геологические процессы, протекающие в отдаленные геологические эпохи.  Большинство ученых признает огромную роль живых организмов в образовании косных тел.

Таким образом, живое вещество является исходным субстратом для образования многих косных тел.

Образование нефти и  газа

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах  нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Одним из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию происхождения нефти и газа, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII в. в своем трактате «О слоях земных» великий русский ученый писал: «Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя ... и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат, и сим подобное, которые хотя чистотой разнятся, однако из одного начала происходят». Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть и газ.

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °C и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на девять десятых из углеводородов коричневого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные углеводороды (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические углеводороды. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

Итак, опытным путем было доказано, что нефть и газ – производные  при разложении органики либо животного, либо растительного происхождения, либо их смеси. На основе этого было сделано геологическое обоснование органической гипотезы происхождения нефти.

Наиболее благоприятные условия  для формирования нефти – морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые.  Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения. Весь процесс занимает сотни миллионов лет.

Детальные исследования выявляли все  большие черты сходства между  углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород, названных Н. Б. Вассоевичем микронефтью, и нефтями из ее месторождений. Особо важное значение имело открытие в нефти унаследованных от живого вещества биомолекул («химических ископаемых», по аналогии с палеонтологическими). Это прежде всего порфирины, состоящие из четырех пиррольных колец, образующих через атом азота комплексные соединения с металлами (обычно с V и Ni). Их образование из хлорофилла растений не вызывает сомнений.

С ростом глубины и повышением температуры  в недрах содержание порфиринов в нефтях падает, поскольку они термически нестойки. Поэтому представить себе возможность поступления порфиринов в нефть из высокотемпературных зон вместе с продуктами минерального синтеза   абсолютно невозможно.

Важными «биогенными метками» («биомаркерами») являются свойственные живому веществу многие изопреноидные углеводороды, особенно фитан и пристан, возникновение которых связывают с фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Встречается пристан и в «готовом» виде в теле некоторых животных. Интересно, что углеводород С20Н42 теоретически может иметь более 366 тыс. изомеров, но в нефтях в заметных количествах присутствует только один из них — фитан, структура которого характерна для живого вещества.

Очень многие «биомаркеры» в органическом веществе осадков и нефтях представлены полициклическими углеводородами типа стеранов и тритерпанов, в частности гопанов. Многие из них, несомненно, являются производными таких характерных биомолекул, как стероиды и тритерпеноиды, которые имеются во всех живых организмах, от простейших цианобактерий до высших млекопитающих, и имеют важное биохимическое значение. К ним относятся холестерин, фитостерин и др.

Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и  стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами (гопанами) живого вещества и нефтей, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.

По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентациклические тритерпены встречаются в основном в наземных растениях; в органическом веществе морских осадочных пород и в нефтях распространены тетрациклические углеводороды — стераны (гопаны), свойственные синезеленым планктонным водорослям, которые являлись одним из основных биопродуцентов при накоплении сапропелевого органического вещества в морских осадках в течение всего геологического времени. 
К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы. Содержание их в нефтях достигает 10—15, а иногда и 30%. Свидетельством образования налканов из биогенных жирных кислот являются случаи преобладания в малопреобразованных нефтях налканов с нечетным числом атомов углерода над «четными». Для живого вещества и образованного из него органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот с четным числом атомов углерода. При декарбоксилировании «четных» жирных кислот образуются «нечетные» углеводороды, например в случае пальмитиновой кислоты. Постепенное сглаживание этих первичных генетических признаков до примерно одинаковой концентрации «четных» и «нечетных» налканов и в органическом веществе нефтематеринских пород, и в нефтях залежей происходит по мере нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.

Таким образом, по многим признакам  на молекулярном уровне и наличию  «биомаркеров» прослеживается связь между живым веществом организмов, органическим веществом осадочных нефтематеринских пород и нефтями в залежах. Суммарное количество унаследованных от живого вещества биогенных молекулярных структур иногда достигает в нефтях 30% от их массы. 
 

Торф

Торф – органическая порода, образующаяся в результате биохимического процесса разложения (отмирания и неполного распада) болотных растений при повышенной влажности и недостатке кислорода. Биохимические процессы, приводящие к образованию торфа, происходят в основном в верхнем   (преимущественно до 0.5 м), так называемом торфогенном слое.

  Торф является сырьем для  получения многих ценных продуктов:  топлива, теплоизоляционных плит, подстилочных материалов для животных, различных удобрений и грунтов, торфяных брикетов и горшочков для выращивания рассады. Торф ряда месторождений обладает целебными свойствами и  используется в медицине.

Образование торфа

   Торф - предшественник генетического  ряда углей (по мнению ряда  учёных). Место образования торфа  - торфяные болота, встречающиеся  как в долинах рек (поймы, террасы), так и на водоразделах.

 Происхождение торфа связано  с накоплением остатков отмершей  растительности, надземные органы которой гумифицируются и минерализуются в поверхностном аэрируемом слое болота, называемом торфогенным горизонтом, почвенными беспозвоночными животными, бактериями и грибами. Подземные органы, находящиеся в анаэробной среде, консервируются в ней и образуют структурную (волокнистую) часть торфа. Интенсивность распада растений-торфообразователей в торфогенном слое зависит от вида растения, обводнённости, кислотности и температуры среды, от состава поступающих минеральных веществ. Несмотря на ежегодный прирост отмершей органической массы, торфогенный горизонт не прекращает своего существования, являясь природной «фабрикой» торфообразования. Поскольку на торфяных месторождениях произрастает много видов растений, образующих характерные сочетания (болотные фитоценозы), и условия среды их произрастания отличаются по минерализации, обводнённости, реакции среды, сформировавшийся торф на разных участках торфяных болот обладает различными свойствами.

 Известен так называемый погребённый торф, который отложился в периоды между   оледенениями или оказался перекрытым рыхлыми отложениями разной мощности в результате изменения базиса эрозии. Возраст погребённого торфа исчисляется десятками тысячелетий; в отличие от современного, погребённый торф характеризуется меньшей влажностью. При образовании торфа, растения после отмирания, как уже было отмечено выше, попадают в сильно увлажненную, бедную кислородом среду. Здесь они не разлагаются полностью, как в почве, а только частично, поэтому их остатки из года в год накапливаются.