ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4283

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

146 

Эти  средние  данные  для  растений  будут  отличаться  для  отдельных  видов 

растений. Например, картофель концентрирует калий, лютик едкий – литий и т.д. 
Элементы с А

х

 более единицы относятся к элементам накопления. 

 

12.3. Разложение органического вещества и его участие в образовании 

месторождений 

Отмершее  органическое  вещество в зависимости  от  аэробных  или  анаэроб-

ных условий

 гумифицируется

минерализуется

 (окисляется с образованием окси-

дов,  составляющих  золу)  или 

консервируется

.  Основные  органические  соедине-

ния (белки, углеводы, жиры), представленные воздушными мигрантами (

C, H, O,

 

N

) с включением единичных атомов металлов, подвергаются минерализации с об-

разованием воды и газов (

СО

2

 

– в аэробных условиях; 

СН

4

 и 

NH

3

 

– в анаэробных 

условиях). Металлы окисляются и образуют золу, т.е. возвращаются в почву и по-
роду.  Компоненты  растительных  тканей  (фенольные  соединения,  аминокислоты, 
пептиды, лигнин, танины, целлюлоза, воски, смолы) являются структурными еди-
ницами, из которых формируются гумусовые вещества путем медленного биохи-
мического  окисления  высокомолекулярных  продуктов  разложения,  сопровожда-
ющееся их конденсацией.  

Минерализация  органических  соединений  –  это  процесс  противоположный 

фотосинтезу  и  сопровождается  освобождением  энергии.  Огромное  разнообразие 
органических  соединений  живых  организмов  превращается  в  небольшое  число 
органо-минеральных или минеральных соединений, уничтожается биологическая 
информация.  Всю  эту  работу  выполняют  микроорганизмы  (

биохимический

 

про-

цесс

). 

С  разложением  органических  веществ  связаны  биогеохимические  функции 

живого вещества: углекислотная, углеводородная, сероводородная, азотная, окис-
лительная,  восстановительная.  Геохимическая  функция  микроорганизмов  приво-
дит к образованию биокосных систем: гумуса, торфа, ила и полезных ископаемых 
(каустобиолиты). 

Углекислотная функция

 начинается при жизни живых организмов в процес-

се  дыхания  и  выделения 

СО

2

  и  продолжается  при  отмирании  и  минерализации 

органики.  Растворенный  в  воде  биогенный 

СО

2

  влияет  на  рН  вод,  образование 

растворимых комплексов металлов. При насыщении 

СО

2

 в жидкой фазе возникает 

избыточное давление в породе и образуются плывуны, оползни, сели и подводные 
каньоны. 

Углеводородная функция

  живого вещества  реализуется  в  почвах,  илах,  под-

земных водах без доступа  свободного кислорода. Микробиологическое разложе-
ние органических остатков приводит к образованию метана и других углеводоро-
дов. Они встречаются на глубинах, мигрируют, собираются в «ловушках», обра-
зуя газовые залежи.  

Сероводородная функция

 

сульфатредуцирующих бактерий

 состоит в разло-

жении органических веществ и сульфатов с выделением 

СО

2

  и 

H

2

S

. Кислородом 

сульфатов бактерии окисляют органическое вещество: 

3Na

2

SO

4

 + C

6

H

12

O

6

 → 3Na

2

CO

3

 + 3H

2

O + 3CO

2

 + 3H

2

S + Q 


background image

 

147 

Эта реакция выполняет роль дыхательного акта для бактерий, а выделяюща-

яся энергия используется микробами для жизненных процессов. Восстановленная 
сера выделяется в форме 

Н

2

S

, а окисленный углерод – в виде 

СО

2

.

 Десульфуриза-

ция  протекает  в  условиях  разложения  угля,  гумуса,  торфа,  битума  без  доступа 
кислорода в присутствии сульфатов: илах, водоносных горизонтах. С этой функ-
цией связано образование сульфидных рудных месторождений. 

Водородная функция

 протекает в анаэробной среде в подземных горизонтах 

с выделением свободного 

Н

2

 

при распаде углеводов в ходе маслянокислого бро-

жения: 

С

6

Н

12

О

6

 = СН

3

СН

2

СН

2

СООН + 2СО

2

 + 2Н

2

 + Q 

   

 

глюкоза 

масляная кислота 

Он  обнаружен  в  подземных  водах  и  выполняет  активную  геохимическую 

роль, формируя сильнокислые воды. 

Азотная

 

функция

 связана с деятельностью микроорганизмов по поглощению 

свободного азота атмосферы бактериями и с накоплением свободного азота в ат-
мосфере и гидросфере при разрушении органики. 

Свободный азот атмосферы ассимилируют свободно живущие анаэробные и 

аэробные бактерии, а также клубеньковые бактерии на корнях бобовых. Азотфик-
сирующие бактерии дают за период вегетации 20–25кг азота на 1га и более. 

Клубеньковые бактерии внедряются в корни бобовых и образуют клубеньки, 

которые фиксируют до 160-180кг атмосферного азота на 1га. 

Ряд бактерий в анаэробных условиях вызывают в почвах процесс 

денитри-

фикации

 – восстановление нитратов до свободного азота для получения кислоро-

да.  Окисляется  органическое  вещество  и  выделяется  необходимая  бактериям 
энергия со свободным азотом: 

6

H

12

O

6

 + 24 KNO

3

 = 24 KHCO

3

 + 6 CO

2

 + 12 N

2

 + 18 H

2

O + Q 

Окислительная  функция

  состоит  в  окислении  свободным  кислородом  орга-

нических веществ и некоторых минеральных соединений (пирита, серы и т.д.). В 
окислении участвуют аэробные бактерии. Химические элементы могут мигриро-
вать. 

Восстановительная  функция

  осуществляется  анаэробными  микроорганиз-

мами. Они восстанавливают 

Fe

3+

, Mn

4+

, Cr

6+

, V

5

+

 и другие элементы. В результате 

железо и марганец мигрируют с водой, а хром и ванадий осаждаются, концентри-
руясь в породе. 

Таким образом, суммарный эффект живого вещества за всю геологическую 

историю привел к формированию биогенных (каустобиолитов) и части месторож-
дений металлических полезных ископаемых. 

 

12.3.

      

12.4. Геохимия биогенных полезных ископаемых 

Живые  организмы  отличаются  повышенным  содержанием  одного  или  не-

скольких  химических  элементов.  Точный  химический  состав  организма  может 
служить  его  видовым  признаком.  Отсюда  вытекает 

концентрационная

  функция 

живого  вещества.  Моллюски,  кораллы,  фораминиферы  и  др.  концентрируют  Са. 
Их остатки служат основой для отложения известняков. Диатомовые водоросли, 
губки, радиолярии и злаки удерживают кремний; морские водоросли – йод; асци-

Формат:

 Список


background image

 

148 

дии  –  ванадий;  астрагалы,  лук,  чеснок  –  селен.  Микрофлора  некоторых  рудных 
месторождений  обогащается  Cu,  Zn,  Pb.  На  этом  основан 

биогеохимический  ме-

тод поисков месторождений

 ряда металлов. 

Среди органических соединений в осадочных породах насчитывается более 

500 видов. По А.Б. Ронову, рассеянное органическое вещество в 200 раз превыша-
ет запасы горючих ископаемых. При миграции по порам газов и нефти в ловуш-
ках происходит их накопление.  От времени отложения нефтематеринских пород 
до  образования  нефти  проходят  десятки  и  сотни  миллионов  лет.  Считают,  что 
нефть  может  образоваться  абиогенным  путем  при  взаимодействии  карбидов  ме-
таллов и воды. 

Геохимия  нефти

.

  Месторождения  нефти  состоят  из  смеси  газообразных  и 

жидких  углеводородов  с  примесью  других  органических  соединений,  макро-  и 
микроэлементов.  В  нефтях  установлены  предельные  (

C

n

H

2n+2

)  и  непредельные 

(

C

n

H

2n

, C

n

H

2n – 2

 и т.д.), алифатические и ароматические углеводороды. 

Природа  месторождений  нефти  и  газа  имеет  следующие  особенности.  В 

анаэробных условиях при высоком давлении и температуре органические остатки 
бактериями  превращаются  в  нефть  и  газ.  Основные  запасы  нефти  и  газа  имеют 
«бассейновое» образование в местах захоронения органики. Гумус служит источ-
ником образования газа, а сапропель – нефти. Процесс нефтегазообразования но-
сит циклический характер и определяющим фактором является геодинамический 
режим недр – субдукционный и рифтогенный. Нефтегазонакопление на суше и в 
море  имеет  одну  природу.  Геологические  ловушки  состоят  из  тонкозернистого 
малопроницаемого  материала.  Углеводороды  переходят  в  рыхлые  пласты-
коллекторы.  Сверху  они  должны  быть  защищены  пластами-покрышками.  Инди-
каторы наличия нефти и газа в недрах морского дна являются «соляные купола» – 
зоны испарившихся мелких морей, в зонах «сброса» – вертикальный сдвиг слоев 
осадочных пород, на участках  «выклинивания» пористых пластов. Основные за-
лежи нефти и газа образуются в осадочных бассейнах на глубине около 3 км при 
температуре  60-150

о

С.  Коллекторные  свойства  пород,  их  проницаемость  для  га-

зов,  нефти  и  воды  улучшаются,  если  совместно  протекает  процесс  преобразова-
ния  органических  веществ  и  глинистых  минералов.  Различаются  парафиновые, 
нафтеновые и ароматические разновидности сырой нефти в зависимости от пре-
обладающего в них типа углеводорода. 

Геохимия угля

. Превращение растительного материала в уголь осуществля-

ется в две стадии: 

биохимическую

 и 

метаморфическую

На биохимической стадии происходит образование торфа с участием микро-

организмов. Торф формируется при наличии следующих составляющих: 

 

быстрое разложение водорастворимых веществ; 

 

медленное разложение целлюлозы; 

 

постепенное накопление лигнина, смол и восков; 

 

накопление веществ, сопровождающееся увеличением содержания азота. 
Дальнейшая углефикация происходит при повышении температуры и давле-

ния во время метаморфической стадии. Изменение содержания основных элемен-
тов в процессе углеобразования видно в табл. 22. 


background image

 

149 

Таблица 22 

Средний состав углеобразующих материалов, %, по Ф.В. Кларку (1924) 

 

Органическое вещество 

С 

Древесина 

49,65 

6,23 

0,92 

43,20 

Торф 

55,44 

6,28 

1,72 

36,56 

Лигнин 

72,95 

9,24 

1,31 

20,50 

Битуминозный уголь 

84,24 

5,55 

1,52 

8,69 

Антрацит 

93,50 

2,81 

0,97 

2,72 

 
С  химической  точки  зрения  переход  от  древесины  к  антрациту  состоит  в 

увеличении содержания углерода и уменьшении кислорода. Содержание водорода 
изменяется медленнее; соединения азота – важные компоненты угля.  Некоторые 
ученые  полагают,  что  лигнин  является  главным  материнским  веществом  камен-
ных углей, так как продукты разложения углей состоят в основном из ароматиче-
ских соединений и он устойчив к разложению микробами. 

Глубина  захоронения,  а  не  возраст,  является  причиной  возрастания  класса 

углей. Для превращения торфа в битуминозный уголь необходима глубина 2,5 км, 
в антрацит – 6км. 

Углистое вещество состоит из сложных органических соединений с высоким 

молекулярным весом типа ароматических. Степень ароматизации увеличивается с 
возрастанием  класса  угля  и  полная  ароматизация  достигается  в  графите.  В  угле 
содержатся соединения нафтенового ряда. 

Повышение температуры и давления приводит к образованию графита из ан-

трацита. Графитизация является показателем метаморфизации углей.  

По Я.Э. Юдовичу, по сравнению с осадочным породами в углях концентри-

руются 

Ge, Mo, Cl, Hg, As, Se

, возможно 

W, B, I, Cd, Sb

. В золе углей концентри-

руется около 30 редких и рассеянных элементов

: Sr, F, B, Be, Cs, Tl, Ge, Sn, Sb, Zn, 

Ni, Cu, Pb, Cd, Hg, Ag, Bi, V, Mo, U, Se, Au, Re, Co, TR, Ga, Sc, Nb, Ta, W.

 Проис-

хождение  концентраций  различно:  восстановительные  барьеры,  привнос  с  под-
земными водами, вид растений. Эти элементы следует извлекать из золы при раз-
работке соответствующих технологий, что экономически эффективнее по сравне-
нию  с  извлечением  их  из  бедных  руд.  Например,  содержание 

Ge

  в  золе  иногда 

превышает 7%, т.е. коэффициент концентрации 6000 и более. 

Биогенное  минерало-  и  породообразование

.  В  процессе  роста  и  развития 

живых организмов некоторые элементы концентрируются в телах в виде минера-
лов:  опал  диатомовых  водорослей,  кальцит  и  арагонит  в  раковинах,  оксалаты  и 
фосфаты в почечных камнях и т.д. После отмирания организмов часть этих мине-
ралов  дает  начало  коралловым  известнякам,  доломитам  и  другим  породам  био-
генного происхождения. 

Разделение изотопов организмами

 более характерно для легких элементов. 

При фотосинтезе растения усваивают легкий изотоп 

12

С

, а тяжелый 

13

С

 в меньшей 

степени. В морских карбонатах повышено содержание изотопа 

13

С

Соотношение изотопов выражают в виде показателя: 


background image

 

150 

σ

13

С = 

%

100

1

)

:

(

)

:

(

12

13

12

13

стандарт

C

C

образец

C

C

 

За стандарт принято отношение в карбонате кальция раковины моллюска из 

меловых  отложений  США.  При  повышении  содержания  тяжелого  изотопа  вели-
чина σ

13

С 

положительна, при понижении – отрицательная. Этот показатель позво-

ляет устанавливать генезис соединений углерода в земной коре. 

Соотношение 

34

S:

32

S

  постоянно  для всех  метеоритов и  равно  0.  Микроорга-

низмы, восстанавливающие сульфаты, накапливают легкий изотоп 

32

S

, поэтому в 

осадочных сульфидах его больше. Сера морской воды и эвапоритов тяжелая. Изу-
ченное соотношение изотопов серы позволяет разделить осадочный и магматиче-
ский источник серы. 

Палеобиогеохимия  изучает  геохимические  особенности  организмов  про-

шедших геологических эпох на основе остатков. Для организмов прошлых геоло-
гических  эпох  была  характерна  концентрация  определенных  металлов.  Сине-
зеленые водоросли архея и протерозоя концентрировали 

Fe,  Co,  Ni

.  По  А.П. Ви-

ноградову, способность к концентрации элементов уменьшалась от низших форм 
к высшим. Низшие растения и беспозвоночные животные концентрируют 

Si,  Fe, 

Sr,  I,  V,  Cu

,  позвоночные  –  не  концентрируют.  Таким  образом,  в  ходе  эволюции 

организмы  освобождались  от  многих  свойственных  им  ранее  геохимических 
функций, а элементы-концентраторы продолжали выполнять лишь физиологиче-
ские  функции  (

Fe

  в  гемоглобине, 

I

  в  щитовидной  железе, 

Со

  в  витамине 

В

12

  и 

т.д.).