САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Исходный материал накопления и формирования РОВ в седиментогенезе, диагенезе Выполнила: Каширцева К. М. Санкт-Петербург, 2013
Органическое вещество комплекс соединений, возникших прямо или косвенно из живого вещества или продуктов его жизнедеятельности; присутствует в качестве обязательного компонента в атмосфере, поверхностных и подземных водах, осадках, почвах и горных породах. Преобладающими в осадках и осадочных породах являются рассеянные формы ОВ. В современных областях морской и континентальной седиментации захороняется принципиально разный исходный материал. В морских бассейнах — это преимущественно остатки планктона, в континентальных — древесной растительности. Эти различия определяют существенно разный состав ископаемого ОВ, преимущественно сапропелевого в морских отло жениях и смешанного гумусово сапропелевого—сапропелево гумусового — в континентальных.
Общие сведения об исходном материале сапропелевого ОВ По расчетам В. Г. Богорова [1971 г. ] продукция фитопланктона в Мировом океане составляет 550 млрд. т/год (табл. 1). Продукция зоо планктонав 10 раз меньше, а фитобентоса совсем незначительна.
Из общей биопродукции, воспроизводимой в океане и поступающей с суши (21, 1 млрд. т/год) (По данным Е. А. Романкевича, 1977 г. ): на долю фитопланктона приходится 94, 7 %, фитобентоса 0, 5% и аллохтонного ОВ, приносимого с суши, 4, 8%. В ряде прибрежных районов морей и океанов водные растения являются основным продуцентом ОВ. На отдельных участках они создают за год в 100 раз больше ОВ, чем фитопланктон. Все остальные организмы — зоопланктон, зообентос, сапрофитные бактерии — не являются первичными продуцентами, так как ведут синтез на основе ранее созданного ОВ. В современной экосистеме открытого океана приблизительно 60% первичной продукции синтезирует пикопланктон, представленный одноклеточной шаровидной морской цианобактерией рода Synechococcus.
К фитобентосу относятся донные водоросли и морские травы. В прибрежных зонах в формировании состава ОВ часто существенная роль принадлежала неминерализованным бурым водорослям. В них резко преобладают углеводы. Аллохтонные растительные остатки встречаются в морских отложениях в виде обрывков растительности, а также спор и пыльцы. Наземная растительность, как правило, играет незначительную роль в формировании сапропелевого ОВ, за исключением частных примеров интенсивного аллох тонного привноса и широкого распространения ее вблизи бассейна седиментации. Фито и зоопланктон, а также донные водоросли при жизни образуют минеральный скелет или реже остаются неминерализованными с органической оболочкой в виде так называемых органостенных форм. Захоронение минерального скелета организмов в осадках происходит в виде Са. СО 3 и Si. O 2. В процессе седиментогенеза разрушается основная масса отмершего фито и зоопланктона (не менее 70%) и большая часть ОВ присутствует в морях и океанах в растворенном и взвешенном состоянии. Во взвеси только очень незначительную долю составляют органические соединения, заключенные в минеральных створках диатомей, кокколитов, в раковинах фораминифер.
В процессе геологической истории неоднократно появлялись различные группы водорослей. Так, акритархи известны с архея, сине зеленые водоросли — с протерозоя, зеленые — с венда, желто зеленые — с карбона, динофлагеллаты — с триаса, кокколиты — с юры, силикофлагеллаты и диатомеи — с мела. Исходный материал сапропелевого ОВ разновозрастных доманикоидных отложений изучался многими палеонтологами и петрографами. Эти исследования показали, что в образовании сапропелевого материала главная роль принадлежала органостенному фитопланктону. Остатки хитиновых скелетов зоорганизмов — граптолитов, тентакулитов и трилобитов — обогащали ОВ морских ордовикских, силурийских и девонских отложений. В континентальных условиях в накоплении сапропелевого ОВ существенная роль принадлежала желто зеленым водорослям и остаткам высших растений. Содержание донных водорослей типа Vendotenia, считающихся предками бурых и появившихся еще в рифее, а также бурых водорослей широко варьирует. В большинстве доманикоидов оно составляет до 10%. Основными фитопланктонными биопродуцентами в глинистых и карбонатных породах разновозрастных доманикоидов являются преимущественно сине зеленые и а меньшей степени зеленые водоросли. Обычно ими обогащены аргиллиты и горючие сланцы, меньше их в карбонатных породах, особенно в известняках, содержащих остатки зоопланктона.
Исходный материал смешанных гумусовосапропелевых— сапропелево-гумусовых разностей ОВ Исходным материалом смешанных гумусово сапропелевых—сапропелево гумусовых разностей ОВ являются остатки фитопланктона и высших растений, В отдельных фациальных зонах существенную часть ОВ составляют донные водоросли. РОВ чисто гумусового состава, как правило, не встречается. В большинстве случаев это объясняется накоплением ОВ в субаквальной обстановке, содержащей остатки морского или озерного фитопланктона. В тех случаях, когда накопление РОВ происходит в континентальных «безводных» условиях (например, фации аллювиальных равнин или пустынь), в керогене, как правило, фиксируются бесструктурные микрокомпоненты, широко варьирующие по химическому составу — от гумусовых до сапропелевых разностей. Они образуются при бактериальной переработке РОВ. Смешанные разности ОВ встречаются с девона, т. е. с момента появления высшей растительности. Поэтому исходный материал гумусовой части ОВ менялся в соответствии с общей эволюцией высших растений [Криштофович А. Н. , 1957 г. ]. В девоне это были псилофиты и примитивные плауновые, в карбоне — споровые растения, с перми до третичного периода преобладали голосеменные, а в третичный период приобрели широкое распространение покрытосеменные растения.
Накопление ОВ в осадках (седиментогенез и ранний диагенез) Формирование основных черт состава ОВ начинается в седиментогенезе и продолжается в верхнем слое осадка (примерно до 2 м) в раннем диагенезе. 1. Области морской седиментации. Для областей морской седиментации изменение ОВ в седиментогенезе наиболее полно рассмотрено Е. А. Романкевичем [1976 г. , 1977 г, , 1978 г. ]. По его данным, первичная валовая продукция фитопланктона оценивается 25 — 70 млрд. т, а чистая — 18— 40 млрд. т Сорг в год, ОВ в морской воде может находиться в растворенном и взвешенном состоянии. В поверхностных водах 45 — 70% Сорг, которое синтезировано планктонными водорослями переходят при их жизни и посмертно в растворенное состояние и являются основной формой нахождения ОВ в водах. К взвешенному ОВ относятся живые планктонные водоросли, микрозоопланктон, бактериопланктон, остатки различных организмов, ОВ, заключенное в скелетных образованиях, в терригенных и эоловых компонентах, ОВ осажденное, сорбированное из раствора и агрегированное. В составе взвеси резко преобладает (72 — 99, 5%) неживое ОВ от общего количества.
На дно ОВ поступает тремя путями: • новообразование взвешенного ОВ из растворенного, • пассивное опускание органических частиц, • миграция по пищевым сетям живого вещества — зоопланктонный транспорт. Отсутствие в толще вод морей и океанов полного баланса в системе синтез — разложение ОВ выражается в том, что в форме взвеси дна ежегодно достигает 1— 3 млрд. т. В процессе седиментогенеза и в аэробный период диагенеза теряется примерно 91— 97% ОВ, достигающего дна. В донные осадки ежегодно переходит 0, 4% от первичной продукции, во внутренних окраинных морях коэффициент фоссилизации выше — 0, 73%. ОВ, поступившее на дно, активно преобразуется бактериями. В верхней части осадков находится окислительная пленка мощностью от 2— 3 см до примерно 1 м. В ней деструкция и минерализация ОВ идет за счет растворенного кислорода наддонной воды и при высоких значениях окислительно восстановительного потенциала. Ниже окислительной пленки начинаются анаэробные бактериальные процессы. В толще осадков основная масса ОВ, не менее 90%, минерализуется в анаэробных условиях.
2. Области континентальной седиментации. К областям континентальной седиментации преимущественно относятся гидрофации болот и озер с огромной биомассой ОВ, синтезированной древесной растительностью. Продукция ее по сравнению с планктоном очень невелика. ОВ в континентальных водоемах может быть подразделено на три фракции [Waksmans S. А. , 1941 г. ]: • взвешенное (живой фитопланктон, отмерший планктон, детрит, уже разрушенные физико химическими и бактериальными процессами органические остатки); • растворенное и коллоидное. С. Ваксман растворенное ОВ делит на устойчивые к дальнейшему разрушению (водный гумус) и более легко усвояемые продукты распада (аминокислоты, жирные кислоты, протеины и др. ); • иловых отложений. Последнее также делится на три группы: а) вещество живых организмов, 6) легко разрушаемые составные вещества отмерших организмов, такие как углеводы, некоторые протеины и жиры, в) «озерный гумус» , состоящий из веществ, весьма устойчивых к дальнейшему разложению, а именно лигнинов и продуктов их трансформации, некоторых азотсодержащих веществ типа меланитов и др. По расчетам В. А. Успенского, в континентальных торфяниках коэффициенты фоссилизации порядка 8, 7 %, т. е. во много раз выше, чем в морских отложениях.
ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОВ ИСКОПАЕМЫХ ОСАДКОВ НА СТАДИИ ДИАГЕНЕЗА В процессе диагенеза ОВ осадков претерпевает значительные изменения, вызываемые интенсивной микробиологической деятельностью. Первой стадией является окисление ОВ осадков аэробной микрофлорой. Аэробное дыхание организмов, использующих для питания накопленное в осадке ОВ, является, энергетически наиболее эффективным процессом, который развивается в верхней пленке осадков. Интенсивное окисление ОВ идет до конечных продуктов: СО 2 и Н 2 О. Потери ОВ осадков на аэробной стадии микробиального окисления весьма высокие, возможно не менее 80 — 90% от общих диагенетических потерь. Аэробный расход ОВ для современных и древних ископаемых осадков оценивается до 80— 90%. Когда свободный кислород в верхней части осадков исчерпан, аэробная стадия диагенеза заканчивается. Аэробные микроорганизмы свою деятельность прекращают. Анаэробы переключаются с аэробного дыхания на анаэробное дыхание и брожение.
С установлением анаэробных условий в морских осадках основным процессом становится сульфатредукция. Окисление органического вещества происходит за счет восстановления сульфатов морской воды и оксидов железа и некоторых других металлов, накопленных в осадке, что ведет к эквивалентному количественному образованию восстановительных форм серы и железа а осадке. В анаэробных условиях разложение ОВ происходит многоступенчато, с разложением полимеров до мономеров, которые затем служат субстратом для бродильщиков и газообразующих бактерий. Сульфатредукция является, безусловно, ведущим микробиологическим процессом анаэробного диагенеза. Однако в определенных условиях значительную интенсивность приобретают процессы окисления ОВ денитрифицирующими бактериями, ведущими восстановление нитратов до более восстановленных соединений, вплоть до молекулярного азота. На завершающей стадии диагенеза, когда сульфатредукция в основном завершена и в осадке возникают резко восстановительные условия, вплоть до образования свободной H 2 S, сульфатредуцирующие другие бактерии переключаются на бродильные реакции, в процессе которых продуцируются ацетат, С 02 и Н 2. На этой основе развиваются метаногенерирующие бактерии, ведущие восстановление С 02 до СН 4.
Такая же последовательность биохимических процессов превращения ОВ, свойственных современному диагенезу, была характерна, несомненно, и для древних ископаемых осадков. Однако микробиологические процессы в них давно закончились и об их интенсивности и направленности можно судить только по конечным результатам: по количеству восстановленных форм серы и железа, которые эквивалентны окислительным потерям ОВ на анаэробной стадии диагенеза, по относительному окислительному расходу ОВ и направленности изменений состава ОВ в различных фациально геохимических условиях диагенеза в зависимости от степени его окисления.
Благодарю за внимание!
Скачать презентацию САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Исходный материал накопления
Каширцева.pptx