Каустобиолиты

автохтонно) или путем переноса и вторичного отложения (аллохтонно). Способ на¬копления влияет на некоторые свойства углей (например, на их зольность, т. е. содержание в них минеральных примесей).

Как увидим ниже, для превращения любых растительных остат¬ков в каустобиолиты необходимым условием является погружение их на ту или иную глубину. Остатки высших растений проходят при этом следующие стадии превращения: торфяную, буроугольную, камен¬ноугольную и антрацитовую. Конечным продуктом превращения, как сказано выше, является графит. Остатки планктонных организ¬мов проходят стадии органического ила — сапропеля и сапропелита (сапропелевого угля); при дальнейшем преобразовании, как увидим ниже, сапропелит может перейти в каменный уголь, антрацит и графит. Таким образом, на крайних стадиях превращения обе гене¬тические линии, идущие от высших растений и от планктона, сбли¬жаются и полностью сливаются в графите.

В иных условиях преобразование остатков планктона может при¬вести к возникновению нефти, а из последней – всего ряда нафтидов. И здесь превращение нафтидов, связанное с погружением земной коры, состоит в карбонатизации, приводящей на конечных стадиях к высокоуглеродистым каустобиолитам и, наконец, к графиту.

Транспортировка и накоп¬ление органического вещества

Отмирающий органический материал транспортируется в почвенные слои и в осадок водных потоков, морей и океанов. На пути к месту захоронения он разлагается химически, подвергается микробиальному воздействию, частично окисляется, растворяется, переходит в сложные органические кислоты, отлагается и накапливается.

Транспортировка органического материала осущест¬вляется в основном в виде двух форм: детритной и растворенной. Детритная форма - это живые и отмершие организмы, их частички с раз¬мерностью обычно менее 1 мкм.

Растворенное вещество - это продукты химического и микробиального происхождения, жидкой субстанции или растворенные в воде, Раз¬мер отдельных органических компонентов обычно более 1 мкм. О соот¬ношении форм переноса можно судить по продуктам выноса реки Амазон¬ки, составляющим 20% мирового речного стока. В этом стоке содержит¬ся 1010 т органического углерода в год, что в 100 раз больше всей ежегодной продукции Черного моря. Около 107 т общего органического углерода выносится в растворенной форме. Остальной органический углерод переносится в виде детритного вещества. Следовательно, для транспортировки органического материала гораздо большее значение имеют детритные формы.

Накопление органического вещества происходит в зонах высокой биологической продуктивности. А она контролируется солнеч¬ной и тепловой энергией, а также питательностью среды. Наибольшая биологическая продуктивность наблюдается в верхнем 60-80 метровом слое морской воды. Биологическая продуктивность при¬брежных вод, ровная 100 г в год Сорг/м2 в среднем почти в 2 раза выше, чем вод открытых океанов. Наиболее продуктивны зоны апвеллинга (~300 г Сорг/м2 в год), и некоторые районы, где действуют гос¬подствующие ветры и силы Кориолиса. Однако, в субаэральных обстановках накопление значительных масс органического вещества не происхо¬дит, т.к. ОВ там легко разрушается в процессах химического и биохи¬мического окисления.

Немаловажными факторами, определяющими накопление Сорг, явля¬ется климат и окружающая среда. Кроме того, накопление ОВ в осадках требует сбалансированного оптимального соотношения между динамичес¬кой активностью водных масс и скоростью седиментации. Дело в том, что пелитовый материал легко адсорбирует растворённые органические частицы, захватывает взвешенные частицы детритного вещества и легко выносится из районов с высокой гидродинамической активностью в зоны распространения спокойных вод. Для тонкозернистых осадков, которые здесь накапливаются, характерен ограниченный доступ растворенного молекулярного кислорода, вследствие чего возрастает вероятность со¬хранения органического вещества. Если же скорость седиментации слишком высока, происходит разубоживание и формируются осадки с низ¬ким содержанием ОВ.

Для накопления осадков, обогащенных органическим материалом, благоприятные условия создаются на континентальных шель¬фах, в зонах со спокойными водами: лагунах, эстуариях и глубоких впадинах с ограниченной циркуляцией. Континентальные склоны также

можно отнести к обстановкам, благоприятным для аккумуляции органического вещества.

Преобразование каустобиолитов на стадиях диагенеза

В период отложения и позднее, находясь в составе молодых осад¬ков, органический материал претерпевает сложные изменения. Он под¬вергается различным по интенсивности микробиологическим химическим воздействиям. В этом процессе можно условно выделить три этапа: биохимическое разложение, поликонденсацию и переход в нерастворимое состояние – кероген,

Биохимическое разложение ОВ осуществля¬ется в осадке бактериями, грибами, водорослями, которые широко распространены в субаэральных почвах, водах и осадках. Поскольку питание бактерий осуществляется осмотическим способом, окружающий мате¬риал, в том числе и органический, должен быть переведен в растворен¬ное состояние и формы, доступные для усвоения микроорганизмом. Вы¬пуская энзимы (ферменты) бактерии разлагают сложные молекулы белков и углеводов, гидролизуя их. В результате из биополимеров образуются аминокислоты и сахара, в осадке появляют¬ся мономеры органического вещества.

Менее интенсивному разложению подвергаются липиды и лигнин. Слабо поражаются споры, пыльца, семена, т.к. они защищены прочной оболочкой, недоступной для. разложения энзимами микроорганизмов. Сох¬ранившиеся биологические остатки называют хемофоссилиями. Они могут сохраняться в осадках и даже накапливаться. Их можно использовать в качестве прекрасных биомаркеров тех сред, в которых они формирова¬лись,

Поликокденсация – это процесс синтеза полимеров. Он осуществляется в микробиальной среде на базе продуктов жизнедеятельности организмов; мономеров, продуктов их метаболизма, частично переработанных и часто токсичных, а также компонентов вмещающего илового осадка. Процесс протекает параллельно или сразу после био¬химического разложения ОВ.

Поликонденсация (синтез полимеров) в обводненном осадке проте¬кает по наиболее эффективному способу - поликонденсации в растворе. Роль катализаторов синтеза полимеров могут выполнять энзимы микро¬организмов и переходные металлы»

3 результате поликонденсации образуются сначала жидкие, а позд¬нее твердые продукты реакции органического синтеза.

Жидкие продукты выщелачиваются разбавленной NaOH и пирофосфатом натрия. При исследующем воздействии кислотой среди них выделяются фульвовые (растворимые в кислотах) и гуминовые (нерастворимые в минеральных кислотах) кислоты, фульвовые и гуминовые кислоты часто называют гуминовыми веществами. Они имеют жидкую вязкую консистенцию и буроватый цвет. В их состав могут входить биофильные металлы: железо, кобальт, ванадий, медь, никель и другие.

Переход в нерастворимое состояние продуктов органического синтеза происходит в толще диагенетизируемого. осадка в процессе его захоронения. Этот процесс сопровождается уменьшением концентрации кислорода, гибелью многих микроорганизмов, увеличением роли восстановительных реакций. Продолжающаяся поликонденсация ведет к эволюции ФУЛЬВОВЫХ И ГУМИНОвых кислот и к образованию керогена. В процессе эволюции отношение кислорода и углерода меняется от 0,6 - в около поверхностных осадках, до 0,1 - в осадках, погруженных на глубины 50-100 м.

С увеличением глубины захоронения осадка гумины постепенно пре¬образуются. В них снижается количество гидролизуемых компонентов, и органический материал приобретает более конденсированную структуру. Последнее выражается в его потемнении и увеличении твердости.

В синтезе твердых полимеров участвуют металлы, которых обычно много в иловых осадках. Одним из активных металлов является уран. В связи с этим в породах, формирующихся в восстановительных обстановках, встречаются твердые ураноорганичеокие полимеры, в обстановках характеризуемых другими геохимическими параметрами образуются полимеры с рядом других металлов.

Твердые продукты поликонденсации называются керогеном. Кероген – это органическое вещество, нерастворимое в органических растворителях, щелочах и кислотах. Химически кероген представляет собою трехмерную макромолекулу, которая составлена конденсированными циклическими ядрами, соединенными гетероатомными связями. Такое строение керогена обеспечивает его свойствами молекулярного сита. В матриксе (структура) керогена, как в молекулярном сите могут находиться липиды, углеводороды и другие ОВ.

Твердость керогена, нерастворимость его в органических и минеральных кислотах, обусловливает его устойчивость и способность сохраняться в осадочных породах Земли в течение миллионов лет. Вполне заслуженно кероген приобрел второе название – геополимер

Наиболее часто кероген рассеян в минеральной массе пород в виде мелких буроватых, слабо прозрачных частиц. В связи с этим за керогеном закрепилось еще одно, менее корректное назы¬вание - рассеянное органическое вещество (РОВ). Однако нередки случаи, когда кероген образуют скопления, давая начало угольным плас¬там, нефтематеринским толщам, горючим сланцам,

В зависимости от условий седиментационно – диагенетического пре¬образования кероген имеет разные свойства принято различать три ти¬па керогена.

Кероген типа – I имеет химический состав, в котором отношение Н/С > 1,5, О/С < 0,1 и много липидного материала. При пиролизе (550-600 °С) он продуцирует широкую гамму летучих компонен¬тов и наибольшее количество нефти по сравнению