Биогенное происхождение косных тел

Если  низинные растения объединяются грунтовым  питанием (например, растения отрезаны от минерального дна уже сформировавшимся слоем торфа), то на низинных торфяных месторождениях начинают развиваться переходные и верховые виды торфа.

Химический состав торфа

  Ботанический вид торфообразователей имеет свой характерный, присущий данному виду химический состав, который в свою очередь обуславливается уровнем интенсивности микробиологического распада.

   Растения-торфообразователи имеют в своем составе: протеин (1-30 %), жиры, воска, масла (1-30 %), целлюлозу и инкрустирующие  вещества (10-50 %). Элементный состав  растений-торфообразователей колеблется менее существенно и состоит из углерода (50-53 %), водорода (5,5-6,5) и азота (0,8-1,9 %).

   Торф состоит из тех  же групп веществ, что и растения-торфообразователи, но к ним добавляется новый класс соединений – гуминовые вещества. Процесс накопления последних в торфе является наиболее характерным для торфообразования, а переход растений в торф называется гумификацией. Исходные компоненты растений-торфообразователей претерпевают тем большие изменения, чем выше геологический и химический возраст торфа. Хотя эти понятия и не идентичны.

   Группа соединений, извлекаемых  органическими растворителями, получила  термин «битумы торфа». Они состоят  из восков, парафинов, смол и  содержат парафиновые, терпеновые и ароматические углеводороды, а также такие кислородсодоржащие соединения, как спирты, кислоты, эфиры. Их количество колеблется в пределах от 1,2 до 17,7 %.

   Углеводный комплекс торфа  содержит водорастворимые и легкогидролизуемые вещества в количестве от 6,9 до 63 %. В них входят различные классы органических соединений (пентозы, уроновые кислоты, гексозы). Целлюлоза торфа относится к трудногидролизуемым веществам, ее содержание изменяется от 0,2 до 20 %.

   Негидролизуемые вещества торфа состоят из сложной смеси веществ: лигнина растений-торфообразователей и веществ кутино-субериновой группы. Количество негидролизуемого остатка может доходить до 26 %.

   Гуминовые вещества представляют  собой смесь высокополимеров  с разным молекулярным весом.  Макромолекулы гуминовых веществ включают упорядоченные конденсированные ядра и неупорядоченную периферийную часть. При  ядре и боковых участках макромолекулы гуминовых веществ находятся способные к диссоциации кислотные и основные группы, придающие этим соединениям свойства полиэлектролитов. Гуминовые соединения имеют аморфную структуру, ассоциаты которых образуются в результате непосредственного взаимодействия функциональных групп, а также через молекулы воды и многовалентные ионы. На долю гуминовых веществ приходится до 70 % органической части торфа.

 

 

Происхождение углей

наука о генезисе твёрдых горючих ископаемых на основании многочисленных фактов (обнаружение в угольных пластах отпечатков листьев, коры, стволов деревьев, спор и т. д., использование изотопного метода анализа) неоспоримо доказала и обосновала теорию об их органическом происхождении. Вместе с тем сложность природных процессов углеобразования и влияния на эти процессы таких факторов, как климат, условия среды отложения, температура, давление и др., привели к выделению химических, микробиологических и геологических аспектов теории генезиса. До сих пор нет единого мнения о том, какие компоненты органических веществ являются исходным материалом при образовании различных углей, нет единой схемы и его генетических преобразований. Предполагают, что общая схема имеет вид:

 

Высказывались соображения, что генезис  твёрдых горючих ископаемых описывается:

1. последовательно протекающими стадиями 1→2→3→4→5→6
2. превращением исходного органического материала 1→2, 1→3→4→5→6 и 1→4→5→6.

Источники образования твёрдых  горючих ископаемых

Палеографические условия геологических  эпох определяли возникновение органических веществ, их развитие, накопление и различные преобразования.

Известно, что в состав растений входит целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, смолы, воски, жиры, белки, углеводы, пектиновые вещества. Вполне вероятно, что состав этих компонентов и их соотношение в древних растениях различного вида и в зависимости от палеографических условий геологических эпох претерпевал определённые изменения. Тем не менее, многочисленные исследования позволили установить, что роль различных частей современных растений и механизма их превращения в условиях углефикации существенно не отличается от роли растений ранних геологических эпох. В табл. 1 приведен элементный состав основных компонентов растений, участвующих в углеобразовании.

Таблица 1:Элементный состав углеобразующих компонентов растений (%)

Компонент	С	Н	О	Компонент	С	Н	О
Воски	81	13,5	5,5	Белки	53	7	22
Смолы	79	10	11	Целлюлоза	44	6	50
Жиры	76-79	11-13	10-12	Пектины	43	5	52
Лигнин	63	6	31

В состав восков помимо сложных эфиров высокомолекулярных жирных кислот и  высших алифатических спиртов входят кислоты С₂₄ – С₃₄, спирты С₂₄ – С₃₄ и иногда углеводы. Растительные воски являются твёрдыми веществами, способными сохранять свой состав и свойства не подвергаться изменениям под действием микроорганизмов. Благодаря их высокой стойкости они встречаются в неизменном состоянии в составе бурых углей.

Смолы состоят из сложных эфиров кислот с одноатомными спиртами. Благодаря  ненасыщенной полиизопреновой структуре они способны полимеризоваться и окисляться, что снижает их растворимость, повышает молекулярную массу, превращает в неплавкие соединения. Жиры – сложные эфиры высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных кислот и глицерина. Интересно отметить, что наземные исходные соединения содержат ненасыщенные кислоты С₁₈ – С₂₂ и насыщенную кислоту С₁₆, тогда как среди морских источников углеобразования преобладают непредельные кислоты С₁₆ – С₂₂. Жиры легко гидролизуются, изменяются под воздействием микроорганизмов, нагревания и др., а непредельные кислоты – окисляются с образованием полимеров.

Белки являются высокомолекулярными  веществами, обладающими коллоидными свойствами. Содержание их в бактериях, водорослях и древесных растениях достигает соответственно 80, 25, 1 – 10 %. Белки гидролизуются с выделением аминокислот, которые связываются с содержащимися в растениях моносахаридами.

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅) относится к классу углеводов с регулярной линейной структурой, обладает сложным составом и молекулярной массой от десятков тысяч до нескольких миллионов. Будучи весьма стойкой к воздействию давлений и температуры, целлюлоза сравнительно легко подвергается воздействию ферментов. Гемицеллюлозы являются углеводными соединениями, которые легко подвергаются гидролизу и растворяются в кислотах и щелочах. Это гетерополисахариды, образующие при гидролизе в отличии от целлюлозы не глюкозу, а маннозу, фруктозу, галактозу и уроновые кислоты.

Пектиновые вещества повышают механическую прочность стенок растительных клеток, они состоят из остатков D-галактуроновой кислоты, способных легко гидролизоваться минеральными кислотами. Карбоксильные группы в этих остатках находятся в виде солей магния и кальция, а также в виде метиловых эфиров. Прочность клеток высших растений объясняется также присутствием в их составе лигнина, который в отличии от целлюлозы не подвергается гидролизу, стоек к воздействию химических реагентов, нерастворим в воде и органических растворителях. Лигнин является полимером нерегулярного строения, в состав которого входят ароматические и жирноароматические фрагменты. Кислород присутствует в виде карбоксильных и гидроксильных групп, ароматические ядра содержат метокси-группы и связаны между собой пропильными группами. Молекулярная масса лигнина колеблется от 700 до 6000, его высокая химическая стойкость обусловлена накоплением гуминовых кислот.

Таким образом, можно предполагать, что в результате процессов углеобразования появляются химически стойкие компоненты, а менее стойкие участвуют в этих процессах как полупродукты распада.

 

Мел

Мел относится к карбонатным  породам. Он является одной из разновидностей известняка. Доля карбоната кальция (CaCO3) составляет в зависимости от месторождения 91-98,5%. Внешне мел представляет собой слабо цементированную тонкозернистую породу, которая имеет пачкающиеся свойства.

CaCl₂ + Na₂CO₃  = CaCO₃ +2 NaCl

В теплых морях характерно развитие животных с мощными известковыми скелетами, раковинами, панцирями. После смерти таких организмов известковые скелеты часто накапливаются в огромных количествах на дне морей. Со временем они цементируются известковыми солями морской воды и превращаются, метаморфизируются в известняки. При колебаниях морского дна, при горообразовательных процессах известковые отложения выносятся на поверхность в виде горных пород.

Накопление известковых осадков  идет главным образом за счет микроскопических простейших корненожек - фораминифер, радиолярий - и микроскопических диатомовых водорослей.

Фораминиферы ведут донный образ  жизни. Раковины их пропитаны углекислым кальцием, который они извлекают  из морской воды. Размер раковин  доходит до десятков, сотен микрон. Встречается большое количество их видов. Это очень древние организмы, их находят еще в отложениях кембрия и во всех последующих эрах. Каждый геологический период характеризуется определенными видами фораминифер. Поэтому геологи определяют возраст тех или иных известковых и других отложений по нахождению в них определенных форм раковин фораминифер. Это также используется для разведки нефтеносных слоев.

Мел состоит из несцементированных обломков известковых скелетов главным  образом диатомовых водорослей (кокколитофорид) и раковин фораминифер. Встречаются раковины иноцерамов (местами до 13 –20 %), остатки криноидей, морских ежей, кораллов. В незначительном количестве, обычно до 5, реже до 10-12 % присутствуют пелитоморфные некарбонатные примеси, в основном терригенного, реже аутогенного происхождения: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (глауконит, каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), опал, халцедон, пирит и др. Местами встречаются конкреции кремня.

Трепел (диатомит) состоит из аморфного  кремнезема, остатков диатомовых водорослей и корненожек радиолярий. В этих породах остатки скелетов, раковин, панцирей можно видеть в микроскоп.

Но  такие структурные известняки составляют только 10% всех известняков, 90% же их относятся к бесструктурным, в которых почти нет известковых остатков каких-либо организмов. Эти известняки образовались в результате жизнедеятельности микроорганизмов, способных осаждать известь. В этом процессе главная роль принадлежит бактериям, а также актиномицетам и плесневым грибам. Образование извести этими микробами происходит только тогда, когда в среде имеется достаточно солей кальция, а в морской воде их всегда достаточно. Сапрофитные микробы для усвоения необходимого им углерода разлагают кальциевые соли различных органических кислот (уксусной, щавелевой и др.) и выделяют кальций в виде углекислой его соли.

Гнилостные бактерии при разложении растительных и животных остатков выделяют аммиак, который осаждает углекислый кальций. Сульфатвосстанавливающие бактерии также образуют известь, отщепляя кислород от сернокислого кальция (гипса).

Как мы видим, в образовании бесструктурных известковых пород могли принимать участие предки обычных, распространенных везде микробов. Но отлагать известь они могут только в определенных условиях, а именно в теплых водах морей, содержащих большое количество питательных веществ для указанных микробов и только очень небольшое количество углекислоты. Углекислота препятствует осаждению извести, растворяя ее. В водах тропических морей извести очень мало, а в холодных и глубоких - много.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, природный газ, 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 и газа веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих их образование. В настоящее время установлено, что нефть и природный газ  органического происхождения,  то есть они, как и уголь, возникли в результате преобразования органических веществ. Основой для образования каменного угля  является торф, то есть отмершие остатки растительности (торф - предшественник генетического ряда углей).

Основой для мела служат не несцементированные обломки известковых скелетов диатомовых водорослей  и раковин фораминифер, то есть карбонат кальция концентрированный в обитателях морских глубин.

Таким образом, огромные запасы растительного  сырья и отмерших морских организмов, способных извлекать CaCO₃ из водной среды и накапливать его в  организме, послужили основой для образования многих косных тел