Эволюция биосферы
Биосфера – сфера жизни живого вещества – это сложная оболочка земли, включающая всю гидросферу и те области тропосферы и литосферы в которых постоянно или периодически имеет место жизненный цикл. Создателем учения о биосфере является Вернадский, который впервые обосновал роль живого вещества в истории верхних оболочек Земли, выделяя многогранную роль биоса в различных геологических процессах.
В течение кембрия и вплоть до девона исходным материалом для образования нефти служили остатки морского фитопланктона, бактерий и водорослей. Затем появляется другой источник органического материала континентального происхождения, связанный с жизнедеятельностью наземных растений. Тип и уровень эволюционного развития исходных организмов оказал решающее внимание на состав и количество нефти. Поэтому образование нефти следует рассматривать в связи с эволюцией биосферы.
Около 2 млрд. лет назад в докембрии главными производителями Сорг были сине-зеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии вплоть до силура. Пока не появились на континентах растения, основными источниками Сорг оставались разнообразный морской фитопланктон, бактерии и сине-зеленые водоросли. Полагают, что сегодня на долю морского фитопланктона и бактерий приходится от 50 до 60 % мировой продукции Сорг. Продуктивность фитопланктона возрастала от 20 до 60 % в течение раннего палеозоя и резко сократилась к позднему девону. В каменноугольный, пермский и триасовый периоды продуктивность Сорг оставалась низкой - 40%. Новый максимум 80 % отмечен в позднеюрско-меловое время, в конце мелового периода произошло резкое снижение Сорг до 20%. В раннем палеоцене уровень продуктивности Сорг был еще очень низкий 20 %. Резкое возрастание произошло в позднем палеоцене и эоцене – 80 %, а затем спад в олигоцене 20 %. И наконец за максимумом в миоцене 80% последовало снижение продуктивности до современного уровня 60 %. Основным продуцентом ОВ в современных водоемах является фитопланктон.
Вклад бактериального ОВ в исходное ОВ различными исследователями оценивается неоднозначно. По геологической летописи нельзя судить о продуктивности бактерий в разные периоды геологической истории. Однако ведущая роль бактерий в преобразовании ОВ, в формировании окислительно-восстановительной обстановки, в воздействии на минеральную составляющую породы признается всеми исследователями. Фоссилизированные остатки бактерий известны в отложениях всех геологических систем, включая докембрий. В настоящее время известно более 100 видов бактерий, которые воздействуют на ОВ почв и осадков.
Согласно расчетам Н.В. Лопахина, доля некромы (мертвых бактерий) в составе ОВ к концу диагенеза может составлять: в илах озер до 20 25%; в мелководных морских заливах и лагунах 10-15%; в шельфовой зоне океана 5-10%, в океанических осадках менее 5%.
Вклад разных групп организмов, отличающихся высокой продуктивностью и биомассой, в общую биопродукцию различных периодов геологической истории трудно оценить количественно.
Важным поставщиком ОВ в осадке наряду с фитопланктоном и бактериями являются высшие растения. Остатки высших растений появились в осадках силурийского возраста, позднем девоне доминировали среди наземной флоры древние папоротники. В позднем девоне и карбоне получили широкое развитие более крупные растения, деревья, местами образовывающие густые леса. Это привело к скоплению больших масс древесины, которая сохранилась в виде регионально распростаненных пластов угля.
От поздней перми до мелового периода в составе флоры доминировали голосеменные растения. Последней вехой на пути эволюции растений является раннемеловая эпоха. Характер наземной растительности сильно изменился благодаря внезапному появлению покрытосеменных, которые впоследствии и стали доминировать во флоре и в настоящее время покрывают обширные пространства континентов.
На протяжении всей истории развития Земной коры эволюции флоры всегда опережали эволюцию животного мира. Растения всегда первыми осваивали новые экологические системы.
В.И. Вернадский особое внимание обратил на то, что основная роль ОВ не в его количестве (массу современного живого вещества /ЖВ/он определил в десятки триллионов тонн – n × 1013 т), а в необычайно широкой распространенности, и в исключительной биохимической активности. Поле деятельности ЖВ после своей смерти продолжает во многом определять ход геохимических процессов. ЖВ состоит из нескольких компонентов или групп биомолекул сходного строения: белки, углеводы, лепиды (жиры) и др. в высших растениях выделяется еще легнин. Элементарный состав ЖВ приведен в табл. 2.3. Как видно из таблицы элементарный состав ЖВ заметно варьирует.
Таблица 2.3. Элементный состав компонентов живого вещества
Белки – важнейшие компоненты ЖВ, входящие в состав клеточной ткани и участвуют в процессах биоценоза ( ), являсь сложными полимерами. Простые белки - протеины – состоят только из аминокислот; сложные белки – протеиды – помимо аминокислот содержат другие структурные элементы. Большинство белков состоят из двадцати аминокислот. Все разнообразие белка в природе обусловлено разным порядком соединения этих кислот. Белки основной источник азота (N2) в органическом веществе.
Углеводы – слагают большую часть растительного ЖВ. Молекульрная формула Cn(H2O)n. Углеводы делятся на две большие группы: мономерные – моносахариды С6Н12О6 (глюкоза) С5Н10О5 (фруктоза) и полимерные – продукты конденсации моносахаридов. Наиболее распространенными представителями являются целлюлоза и хитин. Углеводы потребляются микроорганизмами, а небольшая часть сохраняется в осадке.
Лигнин (с латин. дерево) – органическое вещество, содержащееся в растительных тканях древисины наряду с целлюлозой.
Липиды – из всех компонентов ЖВ представляют большой интерес с точки зрения нефтеобразования. Они являются обязательной составной частью всех клеток живых организмов. Это природные жиры – сложные смеси, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях. К липидам относятся животные жиры, растительные масла и воски. Жиры используются организмом в качестве энергетического резерва. Воски выполняют защитную функцию и представляют собой сложные эфиры карбоновых кислот от С16 до С26 и одноатомных спиртов. Липиды очень устойчивые соединения