Биологической составляющей нет в образовании полезных ископаемых

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Введение

Геологическая наука выработала множество теорий образования полезных ископаемых в теле планеты, но до сих пор происходят споры органического или минерального происхождения нефть и уголь. Геохимические принципы В.И. Вернадского и законы экологии позволяют сделать вывод об определяющей роли биогенеза в формировании месторождений и органических, и минеральных полезных ископаемых.

1. Геологические модели формирования месторождений

Современные теории рудообразования рассматривают магматическую, гидротермальную, экзогенную и другие модели. Представляется, что глубинные флюидные потоки, переносящие рудные металлы, берут начало на границе жидкого ядра и нижней мантии, а формирование месторождений обусловлено особыми условиями магматической дифференциации, при которых последовательная ликвация позволяет получить рудные расплавы разных типов. Эти модели основаны на механистических представлениях движения магматических потоков, подвижек пластов коры, переносе элементов в результате воздушной или водной эрозии и накопления в физико-химических процессах. Например, модели формирования месторождений урана предполагают: обогащение ураном и торием остаточных магматических расплавов [3, с. 498]; флюидно-эксплозивный механизм [3, с.202]; тектоно-магматическую активацию [3, с.63]; разгрузку мощных импульсов тангенциального сжатия [3, с.184]; понижение метаморфизма осадочных толщ и возрастание в них доли миграционно-способных и сорбционных форм [3, с.444]; вынос урана из гранитоидного субстрата, его перенос водными потоками и осаждение в сероцветах, богатых углистой органикой [3, с.63]; генезис уран-битумных месторождений в результате конденсации в зонах глубинных разломов литосферы мантийного углеводородно – неорганического флюида [3, с.205] и т.п.

Можно согласиться, что многие породы формировались из расплавов, рассолов, при росте кристаллов и других физико-химических процессах, но первоначальная роль биогенеза, несомненна.

2. В.И. Вернадский о биогенной миграции атомов

Геологические исследования подтверждают взаимосвязь богатых ураном рудообразований с наличием органических компонент в виде сланцев, распылённого растительного детрита, пропластков бурого угля, углефицированной органики. Первопричина концентрирования отдельных элементов, которую выделял В.И. Вернадский,- это концентрационная функция живых организмов. Накопленные за сотни миллионов лет останки определённых живых организмов превратились в органические отложения. Физические процессы подвижек, выветривания, выщелачивания пород нельзя сравнивать по мощности с целенаправленной, длящейся миллиарды лет деятельностью живых организмов. На планете происходит непрерывный биогеохимический цикл – круговорот химических элементов из неорганических соединений через растительные и животные организмы по цепочке: продуценты – консументы – редуценты вновь в исходное минеральное состояние.

Вернадский писал, что жизнь на Земле вспыхнула практически мгновенно. Древнейшие безъядерные живые организмы – прокариоты, способные быстро делиться и адаптироваться к изменениям в окружающей среде в геологически небольшой срок «захватили» всю планету. Примерно через полмиллиарда лет после сформирования планеты на её поверхности существовала развитая биосфера как целостная система. Земля со своими геологическими оболочками формировалась как единый организм. «Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под её влиянием эти атомы находятся в непрерывном, интенсивном движении. Из них всё время создаются миллионы разнообразнейших соединений. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом» («Биосфера», §19-21) [1].

Живые организмы многократно ускорили процессы миграции атомов. Способность к быстрому размножению организмов – величайший шаг в эволюционном развитии материального мира. «Растекание размножением в биосфере зелёного живого вещества является одним из характернейших и важнейших проявлений механизма земной коры» («Биосфера», §25) [1]. Ускорение процесса эволюции на планете обеспечивалось кислородной атмосферой, созданной живыми организмами и их деятельностью по изменению неорганической косной материи, которая под действием ферментов быстрее вступает в химические реакции. Скорость производства биомассы организмами, по оценкам Вернадского, огромна. Например, зелёная диамитовая водоросль, питающимся разлагающимися органическими веществами морской грязи, способна производить 3,0·1026 г/год («Биосфера», §45) [1].

Многократно происходившие перемещения суши и моря вызывали смещения на поверхности планеты биохимически активных областей,- плёнок жизни, и во всё новых расщелинах накапливались отложения биомассы. В.И. Вернадский сформулировал принципы, постулирующие приоритет биогенеза перед геогенезом.

• «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».
• «Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей космической средой».
• «Доля биологического компонента в круговороте веществ эволюционно возрастает по сравнению геохимическим» [1, 2].

В соответствии с законом Вернадского: «Миграция химических элементов в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества или в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом» и принципом Реди «Живое происходит только от живого» следует предполагать, что все органические вещества в биосфере – биологического происхождения.

3. Биосфера как химическая фабрика

Зарождение жизни на планете и формирование биосферы происходило во взаимосвязи с развитием геосферы. Живые организмы ускоряли развитие геосферы, формировали горные массивы и залежи полезных ископаемых. Ж.Б. Ламарк (1802 г.) и В.И. Вернадский утверждали: «Живое вещество, как я его понимаю, являлось создателем главных горных пород нашей планеты» и «Гранитная оболочка земли есть область былых биосфер» («Ноосфера, 6») [1].

В.И. Вернадский особо выделял роль грязевых скоплений в океанских впадинах. «Помимо кальция, эти области скопления жизни аналогичным образом влияют на историю других распространённых в земной коре элементов, несомненно: кремния, алюминия, железа, марганца, магния, фосфора. …Несомненно, наши знания о химической работе живого вещества этой плёнки всё ещё не полны. Ясно, что её роль значительна в истории магния, в истории бария и, должно быть, других химических элементов, как например, ванадия, стронция и урана» («Биосфера», §144 – 147) [1]. Далее он отмечал «…значение грязевых отложений, богатых остатками организмов, в истории серы, железа, марганца, свинца, серебра, никеля, ванадия, по-видимому, кобальта, может быть других, более редких металлов» [1].

К названным Вернадским двум десяткам элементов, образование месторождений которых должно быть обусловлено живыми организмами, следует добавить элементы с подобными химическими свойствами, а из общесистемных законов макроэкологии следует, что образование руд, обогащённых отдельными элементами и их группами, является результатом биосферного развития [2].

«Из предыдущего ясно, что всё живое представляет неразрывное целое, закономерно связанное не только между собой, но и с окружающей средой биосферы. Эта биосфера в основных чертах представляла один и тот же химический аппарат» («Биосфера»,§159) [1].

Миллионы видов живого оставляли свои геологические следы на планете. Процесс накопления биологически переработанных неорганических соединений есть закономерный процесс развития планеты, направленный на ускорение эволюции элементов. Размножение и расселение живых организмов вызывает в биосфере биогенную миграцию атомов, которая сопровождается выделением свободной энергии и снижением энтропии, построением упорядоченных структур из хаотически распределённых элементов.

Где искать уран?

Учёт роли биогенеза может подсказать новые направления поиска. Рассмотрим особенности местоположения и структуры разведанных месторождений урана. «Максимум накопления урана фиксируется в породах, в которых углеродистое вещество находится в форме асфальтидов, керитов, антраксолитов, при участии которых формируются породы чёрносланцевой формации, характеризующиеся не только повышенной ураноносностью, но и высоким содержанием благородных и редких элементов… Содержание урана резко преобладает над торием в воде, плазме крови и живом веществе, которое, как отмечал В.И. Вернадский, выступает концентратором урана»» [Л.П. Рихванов, 3, стр.498]. Сочетание урана с органическими отложениями – свидетельство жизнедеятельности организмов.

Важное доказательство роли биогенеза – появление примерно 2 млрд. лет назад 15 естественных атомных реакторов в Габоне, где локализовались богатые руды с содержанием урана до 20-60 % и высоким содержанием графитизированного углеродистого материала. Активные зоны реакторов образовались в пропитанных водой породах из слоёв 5 -20 см толщиной; мощность зон составляла 0,6 – 1 м, а протяжённость 5 – 20 м [3, Л.П. Рихванов, F. Gauthier-Lafaye, с. 737 и 506]. Важно, что в предшествующий период раннего протерозоя произошло резкое возрастание от 1 до 15 % концентрации кислорода в атмосфере. Это свидетельство огромной активности микроорганизмов, работе и отмирании эукариотов, создавших эти реакторы.

«В позднем архее (2,6-2,9 млрд. лет) в Каапваальском кратоне формировались рифтогенные впадины, к которым приурочены золотоурановые конгломераты, которые залегают среди кварцитов или метаморфических сланцев… В Онежской нижнепротерозойской проторифтогенной впадине установлены в чёрных сланцах слои мощностью до 35 см, содержащие аномальные концентрации палладия, платины, золота, урана» [3, В.С. Зубков и В.В. Андреев, с.205]. Связь урано-золотоносных отложений с биологическими, возраст (около 2 млрд. лет) и расположение во впадинах напоминает биогенные скопления грязевого типа.

Вероятно, к более позднему типу биогенеза относятся месторождения в Монголии (глубина от поверхности 0,15-36,6 м, длина до 2700 м, ширина 100-1300 м, мощность 0,6- 26 м, среднее содержание урана – 0,036 % [3, А.М. Афанасьев и др. с.63], месторождение Уванас в Казахстане (протяжённость 1,2 км, ширина залежей 30-400 м, мощность рудных тел 2-11 м) и Нижне-Илийское урано-угольное (палеозойская впадина, заполненная мезозойскими терригенными речными, озёрными и болотными отложениями ранне-среднеюрского возраста; месторождение локализовано в кровле угольного пласта, протяжённость 2,5-3 км, ширина 0,1-2 км, мощность рудных залежей 0,5-3,9 м) [3, В.Г. Язиков, с.706].

Урановые месторождения часто коррелируют с гранитными породами. Возраст гранитов составляет, вероятно, 2.5- 3 млрд. лет и их состав – оксиды элементов подтверждают образование в период существования кислородной атмосферы планеты, т.е. в период царствования прокариотов. В этом, вероятно, причина повышенного содержания урана в гранитах. Более поздние по возрасту месторождения могли формироваться во вторичных процессах разрушения гранитов, выноса из них растворимого урана и накопления при участии более позднего биогенеза в отложениях в разломах пород вдоль русла древних рек, на дне озёр. К такому типу месторождений можно отнести Северо-Казахстанскую провинцию. «Ведущим фактором, определяющим размещение месторождений Кокчетавского массива являются узлы пересечения и сочленения долгоживущих разломов. Рудные залежи представляют собой уплощённые линейные, линзообразные или трубообразные штокверки, развивающиеся по тектоническим зонам дробления» [3, В.Г. Язиков, с.706]. Форма месторождений опять подтверждает их образование в длительных процессах накопления отложений.

«Главными эпохами привноса радиоактивных элементов являются позднеархейская (2,8 млрд. лет) и раннепротерозойская (1,9 млрд. лет), связанные с формированием натрий-калиевых и существенно калиевых гранитоидов и кислых вулканитов» [3, А.Д. Ножкин, с. 444]. Эти процессы во времени совпадают с мощным развитием жизни и ростом концентрации кислорода в атмосфере.

Доказательствами первичности биогенеза в рудообразовании урана можно считать появление естественных реакторов в Габоне одновременно с резким возрастанием концентрации кислорода в атмосфере, распределение тонкими слоями и длинными «языками», что характерно для осадков и донных отложений в расщелинах и вдоль русла потока, распределение в срезах угля в виде микрочастиц [3, А.В. Волостнов, с. 119], что свидетельствует о непосредственной связи урана с останками микроорганизмов; возрастание концентрации урана с возрастом планеты и развитием жизни (в Курско-Воронежском массиве от раннеархейского периода к позднеархейскому и раннепротерозойскому (3,2-2,7-1,8 млрд. лет соответственно) оно возрастало (1,1; 1,9; 2,5) 10-4 %) [3, А.Д. Ножкин, с. 444].

Предложенные выше аргументы потребуют корректировки теорий и моделей процессов рудообразования, которые, в современном понимании, позволяют предполагать неисчерпаемость ресурсов «полезных ископаемых», возобновляемых «флюидными магматическими потоками» и геологическими подвижками коры. Учёт роли биогенеза в созидании месторождений позволит скорректировать научную базу их поиска и требует бережного отношения к ограниченным, не возобновляемым ресурсам – жизненно важным органам планеты.

СПИСК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера.- М.: Рольф. 2002. 576 с.
2. Поляков В.И. Экзамен на «Homo sapiens» (От экологии и макроэкологии… к МИРУ).- Саранск. Изд. МГУ. 2004 г. 496 с.
3. Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. Материалы II Международной конференции. Томск. 18-22 октября 2004. – Изд. «Тандем-Арт». 2004. 772 стр.

Библиографическая ссылка

Поляков В.И. РОЛЬ БИОГЕНЕЗА В ФОРМИРОВАНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 2. – С. 19-22;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22152 (дата обращения: 11.01.2021).

Источник