Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







УСЛОВИЯ НАКОПЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИАГЕНЕЗЕ





Всовременных морских осадках и водной толще ОВ отлича­ются сложностью состава и полигенностью. Это, во-первых, жи­вое вещество — фауна и флора, продукты их метаболизма, синге-нетичное или автохтонное ОВ, планктогенное и бентосное, ал-лохтонное, принесенное с континента, также может присутство­вать эпигенетичное ОВ, мигрировавшее из нижележащих толщ, и продукты антропогенного загрязнения.

Седиментогенез ОВ

Седиментация, или осадконакопление, — сложный процесс взаимодействия геосфер Земли, происходящий при низких тем­пературах и давлениях с участием различных организмов. Седи­ментация минеральных частиц и ОВ тесно связаны. В бассейне седиментации основной источник ОВ — это автохтонное ОВ,


 


формирование которого происходит путем фотосинтеза, т.е. сово­купностью биохимических реакций; в процессе формирования ОВ извлекает другие биогенные элементы в виде SiO2, СаСO3. Mg СO3 с некоторыми присущими им микроэлементами.

Для всех фотосинтезирующих организмов реакции фотосин­теза идут согласно следующему уравнению:

Фотосинтез в океане происходит в сравнительно тонком верх­нем слое мощностью 2—250 м (в среднем 40 м) — эуфотическом слое — слое жизни. Разные фотосинтезирующие организмы используют различные участки видимого светового спектра, что позволяет фотосинтезирующим бактериям и водорослям обитать на различной глубине водной толщи.

Соотношение автохтонного и аллохтонного ОВ изменяется в различных районах Мирового океана и на разных уровнях столба воды. По данным Е.А. Романкевича, в среднем в Мировом океа­не доля аллохтонного ОВ достигает 5% обшей массы ОВ; приво­дятся более низкие и более высокие значения. На шельфе и не­которых участках континентального склона аллохтонное ОВ мо­жет составлять значительную долю общего ОВ; в водоеме оно на­ходится в растворенной и взвешенной (детритной) формах. В океане количество растворенного ОВ резко преобладает над взвешенным и является господствующей формой существования, но в донный осадок практически переходит только взвешенное ОВ. Б. Тиссо и Д. Вельте (1981), ссылаясь на Д. Мензеля, приво­дят следующие данные о соотношении этих форм ОВ. Вертикаль­ное распределение детритного органического углерода (ДОУ) и растворенного органического углерода (РОУ) в океанах практически одинаково ниже глубины 200-300 м. Концентрация ДОУ изменяется от 2 до 10 мкг/л, а РОУ — от 350 до 700 мкг/л. Выше указанной глубины содержание этих компонентов изменя­ется, причем ДОУ прямо пропорционально, а РОУ обратно про­порционально величине первичной продукции органического вещества.

Создаваемое в бассейне автохтонное ОВ представлено прежде всего фитопланктоном. При малых размерах основных предста­вителей фитопланктона (микропланктон и наннопланктон) и ни­чтожной массе он отличается чрезвычайно высокой продуктив­ностью.

В табл. 3.5 и 3.6 приводятся соотношения биомассы (Б) и био­продукции (П) для разных типов автотрофных комплексов по различным областям.


Схема баланса органического углерода в океане (рис. 3.4) на­глядно демонстрирует соотношение биомассы и биопродукции фитопланктона, а также соотношение растворенной и детритной

форм углерода.

По данным Е.А. Романкевича, ежегодная биопродукция в океане, включая и поступающее с суши ОВ, составляет 21,1 млрд т Сорг, в форме взвеси — около 1-3 млрд т Сорг.

Годовая продукция Сорг в Мировом океане, по разным ис­точникам, колеблется от 35 до 75109 т, при этом величина терри-генного сноса за год составляет 25-109 т, т.е. ниже биопродукции, при этом содержание Сорг в осадках обычно не превышает 1%. Такое соотношение минеральной и органической составляющих осадка связано с тем, что подавляющая часть биопродукции не доходит до дна, а минерализуется. Минерализующееся ОВ образует «водный гумус», стойкие растворенные органические соединения, которые массой на два порядка превышают массу

фитопланктона.

Биологическую продуктивность в морских обстановках конт­ролируют различные факторы: свет, температура, минеральные вещества, течения, газовый режим, высота водной толщи и др. На рис. 3.5 приведен схематический профиль через бассейн осад-конакопления, демонстрирующий основные факторы, влияющие на накопление ОВ в бассейне. Главный фактор — питательные вещества (нитраты, фосфаты и др.). Они поступают из разных ис­точников: с континента — выносятся реками и флювиальными


 

потоками; основная часть питательных веществ поступает из ди­намического резервуара океана и разносится течениями. Макси­мальное количество питательных веществ поступает в эуфотичес-кий слой в зонах апвеллингов, располагающихся у западных окраин континентов. Подъему глубинных вод (апвеллингу) к по­верхности способствуют циклонические круговороты с их дивер­генциями, сгонные ветры, места стыка холодных и теплых тече­ний, штормы, муссонные ветры и др. Мощный и стабильный ап-веллинг связан с пассатными восточными пограничными течени­ями в Тихом и Атлантическом океанах. К этим зонам апвеллин­гов приурочены осадки, наиболее обогащенные Сорг (до 20%). В соответствии с поступлением питательных веществ распределя­ются и области с различной биопродуктивностью (табл. 3.7, 3.8).

 


 


Источником питательных веществ в океане, очевидно, явля­ются подводные вулканы, гидротермальные системы, зоны спре-динга. Что касается последних, то исследования их, выполнен­ные в последние 20 лет, в том числе при помощи подводных ап­паратов, привели к сенсационным открытиям. Вблизи гидротер­мальных выходов в различных рифтовых зонах (Восточно-Тихо­океанское поднятие, Галапагосский рифт, Красноморский рифт, бассейн Гуаймас и др.) были обнаружены биогенные сообщества, поражающие своей биомассой (Polychaeta, Alvinellidae, Vestimen-tifera, Riftia и др.). Химический состав животных из этих биологи­ческих сообществ в целом идентичен обычным организмам. Пи­танием для этих животных служит микрофитопланктон, некото­рые формы которого напоминают цианобактерии (Colothrix, Hyphomicrobium и др.). Эти бактерии возникли за счет хемосинте­за по схеме:

Содержание Созг в районе гидротермальных полей — 0,04-0,35% (одно определение показало 0,95%), что в несколько раз выше, чем в абиссальных пространствах, окружающих гидротер­мальные поля. ОВ отличается повышенным содержанием серы (до 15%) и более тяжелым изотопным составом (б13С изменяется от -11 до -17%о). Организмы-хемосинтетики характеризуются очень высокой продуктивностью — до 2,7 кг/сут, у фотосинтети­ков — 6,8 кг/сут, т.е. цифры вполне сопоставимы (Леин и др., 1993).

В арктических областях, где самые широкие шельфы, про­дуктивность автотрофов лимитируется коротким световым днем, в дельтах рек — мутностью воды. В теплых тропических водах от­мечается большее разнообразие видов, но его сокращение не означает сокращения биопродуктивности. Самая благоприятная температура для жизнедеятельности диатомовых водорослей — 5-15°С, для динофлагеллат — 25°С, т.е. первые тяготеют к уме­ренным широтам, а вторые — к теплым морям.

Между количеством ОВ, находящимся в бассейне седимента­ции, и концентрацией ОВ в осадках, в общем, существует пря­мая, но не всегда четко выраженная взаимосвязь. Наибольшие концентрации ОВ в осадках отмечены для зон с высокой первич­ной продуктивностью, расположенных вдоль континентов, и в особенности для зон апвеллингов. Однако процессы аккумуляции и консервации ОВ в осадках в значительной мере определяются и рядом другими факторами: скоростью накопления минеральных частиц, их размером, составом, окислительно-восстановительной обстановкой в осадке, высотой столба воды и др.

Распределение Сорг в осадке — это прежде всего функция би­опродуктивности, что хорошо подтверждается характером распре-


деления среднестатистических значений концентраций Сорг, по­лученных по 12-ти выделенным в рельефе дна морфоструктурным зонам океана (рис. 3.6). Характер распределения Сорг на графике хорошо коррелирует с приведенными в табл. 3.7 и 3.8 данными о величине биопродуктивности.

Из рисунка видно, что наличие обогащенных Сорг отложений особенно характерно для континентального склона (субкларк 1,02%), что вдвое выше кларка океанического сектора Мирового океана (0,51%), в 1,5 раза превышает субкларки, свойственные глубоководным желобам (0,78%), континентальному подножию (0,76%) и краевому плато (0,72%); шельф оказался практически на уровне кларка (0,52%), что, видимо, связано с повышенной долей терригенного материала. Низкие значения (0,10%) отмече­ны для островных дуг и абиссального ложа (0,19%). Повышение значения концентраций в глубоководных желобах определяется повышенной продуктивностью вод над ними, обусловленной по­ступлениемпитательных веществ с островной дуги.

Состав же ОВ, осажденного в различных морфоструктурных зонах, существенно отличается. Изменение состава ОВ в зависи­мости от глубины бассейна, типа обстановки осадконакопления вполне закономерно. Это отражается как в элементном и группо­вом составе, так и в микрокомпонентном составе ОВ. Распреде­ление микрокомпонентного состава ОВ в зависимости от мор­фоструктурных областей осадконакопления показано на рис. 3.7. Наиболее высокой биопродуктивностью в Мировом океане характеризуются зоны глобальных апвеллингов, площадь которых около 1 млн км2, биопродуктивность достигает 2 r/м2 ОВ в сутки;



позволяющее рассчитать величину Сорг в зависимости от скорос­ти седиментации:

 

наиболее благоприятны глубины 100-300 м, скорость подъема вод 1 м/сут. Эти зоны отличаются и самыми высокими концентраци­ями Сорг - до 12%, (24,6% в апвеллинге Уолфиш-Бей).

Органическое вещество зон апвеллингов имеет специфичес­кий состав (амикагиновое ОВ), в нем повышено содержание азо­та, прежде всего за счет высокой доли зоопланктона в исходной биопродукции.

Важнейшим фактором, в значительной степени определяю­щем концентрацию ОВ в породах, является скорость накопления

осадков. В условиях отно­сительно постоянной ско­рости поступления ОВ в осадок его содержание обратно пропорциональ­но скорости накопления минеральной составляю­щей осадка — эффект «разубоживания»; он на­иболее хорошо проявля­ется в периферических частях бассейна седимен­тации, где фиксируется наибольшее поступление органического материала. Однако эта зависимость проявляется далеко не всегда, так как на эффект «разубоживания» накла­дываются другие процес­сы. Высокая скорость се­диментации минеральных частиц препятствует дей­ствию аэробных бакте­рий, т.е. способствует со­хранению ОВ и увеличе­нию его концентрации в осадке.

П.И. Мюллером и Е. Суэсом была сделана попытка учесть влияние скорости осадконакопления на сохранность ОВ. На основании анализа содержания ОВ в донных осадках различных частей океана установлена «универсальная» связь степени сох­ранности Сорг со скоростью осадконакопления. В соответствии с расчетами при низкой скорости осадконакопления (2—6 мм за 1000 лет) сохраняется менее 0,01% Сорг, при умеренной (2-13 см за 1000 лет) — от 0,1 до 2% и при высокой (66-140 см за 1000 лет) — от 11 до 18%. Авторами предложено уравнение,


где R — первичное содержание углерода в осадке; S — скорость осадконакопления; Рn — плотность; Ф — пористость.

Из приведенного уравнения следует, что степень сохранения Сорг в осадке удваивается при 10-кратном увеличении скорости осадконакопления при прочих равных условиях (Muller, Suess,

1979).

Размер осаждающихся минеральных частиц и состав их также влияют на концентрацию ОВ. На ряде толщ современных и иско­паемых осадков установлена обратная зависимость между грану­лометрией и концентрацией ОВ. На примере современных отло­жений некоторых акваторий было установлено, что высокое со­держание ОВ коррелируется с высокими концентрациями частиц субколлоидного размера (1 мкм) и с распространением иллита и монтмориллонита. Высокая адсорбционная способность этих глинистых минералов, обеспечивающая повышенные концентра­ции Сорг, в толщах разного возраста констатировалась для многих осадочных бассейнов. Растворенное ОВ (РОУ) также может сор­бироваться. Происходит адсорбция главным образом полярных веществ — аминокислот, Сахаров, фенолов.

На скорость осаждения ОВ влияет и концентрация ОВ во взвеси. Так, в прибрежных зонах амазонской дельты концентра­ция ОВ во взвеси 10-25%, в отдаленных районах — 50—80%, Для взвеси с высокой концентрацией ОВ характерно и закономерное распределение в столбе воды: чем больше ОВ, тем легче взвесь и выше в водной колонне она располагается (не осаждается), дале­ко разносится течениями, переносится ветром и т.д.

На основе изучения состава ОВ «свежего осадка», фитопланк­тона, дисперсных обломочных частиц и донного осадка учеными И. Ехиро и X. Нобухико было установлено, что ненасыщенные жирные кислоты встречаются в значительных количествах в «све­жем осадке», дисперсном материале эуфотического слоя, план­ктоне и отсутствуют в дисперсном материале в водных слоях глубже 500 м. Японские исследователи делают вывод, что органи­ческий материал «свежего осадка» генетически связан с фито­планктоном эвфотического слоя, причем перенос фитопланкто-ногенного органического материала в глубинные воды происхо­дит очень быстро.

Работы А.П. Лисицина показали, что перенос материала из эвфотического слоя на дно происходит главным образом в виде фекальных пеллет.



 

На сохранность OB также влияет время пребывания частицы ОВ в столбе воды. Большая скорость осаждения и малая глубина, естественно, способствуют его сохранности, поэтому в мелковод­ных участках бассейна сохранность ОВ лучше, чем в глубоковод­ных, за счет меньшего пребывания в столбе воды и менее интен­сивного воздействия аэробного окисления. Помимо высоты стол­ба воды важна насыщенность вод кислородом, его аэрируемость. Конечно, недостаток кислорода (застойные воды) способствует сохранности ОВ. Считается, что наиболее благоприятными явля­ются условия сероводородного заражения водной толщи, типа современного Черного моря. В его бассейне, по мнению многих исследователей, наблюдаются максимальные (до 4%) коэффици­енты фоссилизации ОВ. Подобные бассейны с заражением прак­тически всей водной колонны в настоящее время крайне редки.

При стратификации водной толщи сероводородное зараже­ние возникает в водной колонне. На это расходуется очень боль­шое количество ОВ, так что при прочих равных условиях поток ОВ на дно заметно сокращается. В современном Черном море доля H2S, образованного в водной колонне, почти вдвое превы­шает объем H2S, поступивший в воду из осадков (табл. 3.9).


Локальные кратковременные (сезонные) обстановки полной аноксии (H2S заражения) возникают достаточно часто. Они свой­ственны областям с высокой биопродуктивностью (зонам апвел-лингов), участкам бассейнов с затрудненной циркуляцией вод (Норвежские фиорды, впадины Балтийского моря).

Зоны аноксии возникают как у дна, так и внутри водной тол­щи. По концентрации кислорода в воде выделяются следующие типы режимов седиментации и обстановок (табл. 3.10).

Наиболее благоприятными областями для накопления ОВ кроме зон апвеллингов являются участки шельфа, особенно впа­дины на шельфе со спокойным гидродинамическим режимом, лагуны, эстуарии, впадины на континентальном склоне, особен-


но если они отделены поднятием, задерживающим континенталь­ный снос (например, Карибское море, северный шельф Канады,

северный шельф России).

Микробиальное преобразование ОВ отмерших организмов (некромы) начинается уже в эуфотическом слое. Устойчивость различных компонентов ОВ к биохимическому разложению сле­дующая: белки → целлюлоза → лигнин → кутин→ воски → смо­лы. Первыми разлагаются белки и углеводы с образованием ами­нокислот, Сахаров, фенолов и их производных; в ОВ взвеси уже фиксируются гуминовые и фульвокислоты, т.е. идет процесс гу­мификации ОВ. Большая же часть углеводов и белков переходит в водно-растворимые соединения и гидролизуется. Процесс пре­образования липидной фракции ОВ идет несколько по другой схеме, поскольку липиды — наиболее устойчивая фракция ОВ по отношению к микробиальной атаке.

Абсолютное содержание всех фракций ОВ во взвеси сокра­щается, но там происходит относительное накопление липидной фракции. Ее содержание колеблется от 11 до 64% в исходном ОВ диатомовых, что связано с избирательным накоплением одних фракций и окислением других, причем с глубиной их содержание в ОВ растет; с глубиной растет доля простых соединений — жир­ных кислот, стеринов, жирных спиртов, УВ. При больших глуби­нах бассейна седиментации, видимо происходит частичное окис­ление и липидной фракции. По данным Д.Е. Гершановича, В.В. Вебера, А.И. Конюхова, с увеличением глубины бассейна битумоиды приобретают менее восстановленный характер; в со­ставе бензольной части битумоида уменьшается содержание С и Н, масел, растет доля асфальтенов.

Биос в водной толще выполняет очень важную функцию по­мимо накопления ОВ, SiO2, СаСО3. Он переводит часть взвеси в субколлоидную форму. Взвесь, поставляемая водами рек, особен­но обогащена металлами: Ni, Fe, Pb и др. После отмирания клет­ки эти элементы снова попадают в воду, постоянно гидролизуют-ся и осаждаются.








Date: 2015-04-23; view: 481; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.01 sec.) - Пожаловаться на публикацию