В табл. 1 приведен средний элементарный состав высших расте­ний (древесина) и низших планктонных организмов (фито- и зоопланктона). Далее приведен средний элементарный состав каустобиолитов различного происхождения:

1) ископаемых углей, образовавшихся из высших растений

2) ископаемых углей, образовавшихся из планктона

3) нафтидов, исходным материалом которых также является планктон.

В каждой из этих рубрик каустобиолиты расположены в поряд­ке, отвечающем степени их преобразования. Из данных таблицы вид­но, что по мере преобразования падает содержание кислорода и водо­рода и возрастает содержание углерода. С несколько меньшей отчетливостью эта закономерность видна в ряде метаморфизма нафтидов. Элементарный состав нефти по сравнению с элементарным составом исходного планктона характеризуется значительно повышенным содержанием водорода и очень низким содержанием кислорода, т.е. высокой степенью восстановленности, что резко отличает ее от других каустобиолитов. Процесс постепенно обогащения каустобиолитов углеродом называется карбонатизацией.

В биосфере непрерывно происходят два противоположных про­цесса: рост растительных и животных организмов, накопление гро­мадных масс органических остатков после их отмирания и непрерыв­ное разложение отмерших организмов кислородом воздуха и воды, микробами и т. п. Для нас достаточно сосредоточить свое внимание на растительном веществе, так как именно оно составляет подавляю­щую часть биомассы, по сравнению с которой доля животных орга­низмов исчезающе мала. Нарастание живого растительного вещества происходит за счет усвоения углерода из углекислоты воздуха. Это усвоение совершается благодаря способности хлорофилла, содержа­щегося в зеленых частях растений, ассимилировать углерод под действием солнечного света (реакции фотосинтеза).

После отмирания высших растений их остатки могут накапли­ваться двумя способами: на месте произрастания (автохтонно) или путем переноса и вторичного отложения (аллохтонно). Способ на­копления влияет на некоторые свойства углей (например, на их зольность, т. е. содержание в них минеральных примесей).

Как увидим ниже, для превращения любых растительных остат­ков в каустобиолиты необходимым условием является погружение их на ту или иную глубину. Остатки высших растений проходят при этом следующие стадии превращения: торфяную, буроугольную, камен­ноугольную и антрацитовую. Конечным продуктом превращения, как сказано выше, является графит. Остатки планктонных организ­мов 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 гене­тические линии, идущие от высших растений и от планктона, сбли­жаются и полностью сливаются в графите.

В иных условиях преобразование остатков планктона может при­вести 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 накоп­ление 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 осущест­вляется в основном в виде двух форм: детритной и растворенной. Детритная форма - это живые и отмершие организмы, их частички с раз­мерностью обычно менее 1 мкм.

Растворенное вещество - это продукты химического и микробиального происхождения, жидкой субстанции или растворенные в воде, Раз­мер отдельных органических компонентов обычно более 1 мкм. О соот­ношении форм переноса можно судить по продуктам выноса реки Амазон­ки, составляющим 20% мирового речного стока. В этом стоке содержит­ся 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 солнеч­ной и тепловой энергией, а также питательностью среды. Наибольшая биологическая продуктивность наблюдается в верхнем 60-80 метровом слое морской воды. Биологическая продуктивность при­брежных 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 гос­подствующие ветры и силы Кориолиса. Однако, в субаэральных обстановках накопление значительных масс органического вещества не происхо­дит, т.к. ОВ там легко разрушается в процессах химического и биохи­мического окисления.

Немаловажными факторами, определяющими накопление Сорг, явля­ется климат и окружающая среда. Кроме того, накопление ОВ в осадках требует сбалансированного оптимального соотношения между динамичес­кой 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 со­хранения органического вещества. Если же скорость седиментации слишком высока, происходит разубоживание и формируются осадки с низ­ким содержанием ОВ.

Для накопления осадков, обогащенных органическим материалом, благоприятные условия создаются на континентальных шель­фах, 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 осад­ков, органический материал претерпевает сложные изменения. Он под­вергается 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 осуществля­ется в осадке бактериями, грибами, водорослями, которые широко распространены в субаэральных почвах, водах и осадках. Поскольку питание бактерий осуществляется осмотическим способом, окружающий мате­риал, в том числе и органический, должен быть переведен в растворен­ное состояние и формы, доступные для усвоения микроорганизмом. Вы­пуская энзимы (ферменты) бактерии разлагают сложные молекулы белков и углеводов, гидролизуя их. В результате из биополимеров образуются аминокислоты и сахара, в осадке появляют­ся мономеры органического вещества.