Эглинтон Дж., Мэрфи М.Т.Дж. (ред.) Органическая геохимия

Подождите немного. Документ загружается.

ORGANIC

GEOCHEMISTRY

Methods and Results

EDITED BY

G. EGLINTON AND M. T. J. MURPHY'

SPRINGER-VERLAG BERLIN

HEIDELBERG

NEW YORK 1969

ОРГАНИЧЕСКАЯ

ГЕОХИМИЯ

Под редакцией

ДЖ. ЭГЛИНТОНА И М. Т. ДЖ. МЭРФИ

ПЕРЕВОД С АНГЛИЙСКОГО

КАНДИДАТОВ ХИМ. НАУК В. Ф. КАМЬЯНОВА, М. Б. ТЕМЯНКО

И Л. И. ХОТЫНЦЕВОЙ

Под редакцией

профессоров А. И. Богомолова д Ал. А. Петрова

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ЛЕНИНГРАД.1974

Г ' УДК 550.4 + 547.91

ЗРГ

/•"•• } /

О-ьчч

Органическая геохимия. Пер. с англ. Л., «Недра», 1974. 487 с.

Монография посвящена обзору современного состояния основных напра-

влений интенсивно развивающейся новой отрасли науки — органической

геохимии. В ней приведен уникальный материал по частным аспектам проблемы

с описанием применения хроматографических, масс-спектрометрических, опти-

ческих и других физических, а также химических методов разделения и иденти-

фикации компонентов рассеянного органического вещества современных и иско-

паемых осадков, а также углей, сланцев и нефти. Рассмотрены общие геологи-

ческие процессы фоссилизации органического вещества, роль микроорганизмов

в его преобразовании и биогеохимия устойчивых изотопов углерода.

Большое внимание в монографии уделено геохимии собственно липидов

(жирных кислот и спиртов), лппоидных компонентов (терпеноидов, кароти-

ноидов, пигментов), а также углеводов, протеинов, пептидов и аминокислот.

Кроме того, рассмотрены состав нефти и угля, аспекты их образования,

геохимия гуминовых кислот и торфа.

Книга рассчитана на широкий круг читателей — геологов, геохимиков

и химиков, работающих в области геохимии и химии органического вещества

пород, нефти, угля, торфа и горючих сланцев, а также может быть полезна для

аспирантов и студентов последних курсов геологических и химических факуль-

тетов институтов и университетов.

Таблиц 41, иллюстраций 139, список литературы — 1730 назв.

20805—413

043(01)—74

285—74

«Недра», 1974

ОГЛАВЛЕНИЕ

От редакторов 9

Предисловие 11

Глава I. Органическая геохимия (подход химика-органика) 13

I. Введение —

II. Значение молекулярной структуры и изображение молекул .... 14

III. Установление структуры молекул химическими и физическими мето-

дами 18

IV, Значение молекулярной структуры для установления связей между

геолшшдами и биолипидами 23

У. Биосинтетическое объяснение особенностей строения липидов ... 34

VI. Органическая химия природных сред 38

VII. Органическая химия осадочных отложений 40

VIII. Какого происхождения геолипиды: биологического или небиологи-

ческого? 51

Список литературы 59

Глава II. Аналитические методы 62

I. Введение —

II. Экстракция —

III. Методы разделения 64

IV. Методы идентификации 71

V, Загрязнения 73

Список литературы 74

Глава III. Масс-спектрометрия в органической геохимии 77

I. Введение —

II. Аппаратура и методики 78

III, Исследование органических веществ из геологических источников . . 102

IV, Применение масс-спектрометрии к анализу внеземных материалов 132

Список литературы 133

Глава IV, Газовая хроматография 145

Список литературы • —

Глава V. Методы выделения керогена и связанного растворимого органиче-

ского вещества 153

I. Введение —

II. Выделение керогена \ 154

III. Выделение битумоидов 158

IV. Выделение кислот 160

V. Выделение порфиринов 162

VI. Выделение аминокислот 163

VII. Выделение углеводов —

VIII. Заключение 165

Список литературы —

Глава VI. Геомикробиология и роль микроорганизмов в преобразовании орга-

нического вещества осадочных пород 168

I. Введение —

II. Накопление органического вещества 172

III. Применение геохимических исследований при изучении органиче-

ского вещества 180

IV. Методика геомикробиологического исследования 182

V. Распространение в породах бактерий, актиномицетов, грибов и водо-

рослей 185

VI. Роль микроорганизмов в процессах разложения ископаемого мате-

риала 191

VII. Значение геомикробиологических исследований 198

VIII. Распределение основных групп других микроископаемых по геологи-

ческим эпохам 201

Список литературы 203

Глава VII. Биогеохимия устойчивых изотопов углерода

I. Введение 207

Tl. Методы анализа 208

III. Фракционирование изотопов живой материей 210

IV. Распределение изотопов в осадочных отложениях 215

V. Предбиологический углерод 221

VI. Заключение 223

Список литературы 226

Глава VIII. Углеводороды — насыщенные, ненасыщенные и ароматические

I. Введение 229

II. Общий состав и распределение углеводородов в природе 233

III. Углеводороды как биологические и химические индикаторы и индика-

торы среды 236

IV. Биосинтез углеводородов и родственных соединений 238

V. Происхождение и сохранение углеводородов 244

Список литературы 252

Глава IX. Жирные кислоты и спирты 255

I. Введение —

II. Геохимическая распространенность жирных кислот 258

III. Экспериментальные методики 265

Список литературы 266

Глава X. Ископаемые углеводы 271

I. Введение —

II. Методы анализа ископаемых углеводов 277

III. Определение общего количества углеводов 278

IV. Моносахариды 279

V. Ферментативное исследование структуры полисахаридов 284

VI. Углеводные компоненты некоторых живых объектов, имеющих зна-

чение для геологии —

VII. Углеводные компоненты в образцах пород . ... . 286

VIII. Углеводные компоненты в ископаемых видах 289

IX. Термическое исследование углеводных остатков 291

X. Намечаемые дополнительные исследования —

Список литературы 292

Глава XI. Терпеноиды 295

I. Структура и устойчивость терпеноидов с геохимической точки зрения —

II. Моно- И сесквитерпеноиды 298

III. Дитерпеноиды 300

IV. Тритерпеноиды 302

V. Стероиды 306

VI. Политерпеноиды 308

VII. Таксономическое значение терпеноидов — «биологических меток» . . —

VIII. Экспериментальные методы 309

Список литературы 313

Глава XII. Каротиноиды 317

I. Введение —

II. Обзор литературы 319

III. Экспериментальные методы 321

IV. Заключение 328

Список литературы —

Глава XIII. Геохимия протеинов, пептидов и аминокислот 330

I. Введение —

II. Круговорот азота в природе 335

III. Проявления свободных и связанных аминокислот 337

IV. Проблемы загрязнения 342

V. Непротеиновые аминокислоты в ископаемых раковинах 343

VI. Конфигурация аминокислот в ископаемых органических остатках . 348

VII. Результаты и их обсуждение 351

Список литературы 353

Глава XIV. Порфирины 356

I. Введение —

II. Концентрирование и очистка пигментов 357

III. Идентификация и характеристика 366

IV. Геохимия 374

Список литературы 386

Глава XV. Химия гуминовых кислот и родственных пигментов

389

' I. Введение —

II. Экстракция и фракционирование 390

III. Биохимия образования гуминовых веществ 391

IV. Методы анализа функциональных групп 394

V. Распределение кислородсодержащих функциональных групп .... 399

VI. Характеристика функциональных групп по данным инфракрасной

спектроскопии 403

VII. Строение гуминовых кислот 408

VIII. Заключение 410

Список литературы —

Г л а в а XVI. Земляные воски. Торф. Горный воск и другие органические компо- '

ненты бурого угля 413

I. Специальные методы выделения и идентификации —

II. Специфические геологические органические вещества 416

III. Заключение и перспективы 424

IV. Экспериментальные методы —

Список литературы 427

Глава XVII. Нефть 433

I. Введение —

II. Общий состав нефти 434

III. Методы разделения 435

IV. Анализ 436

V. Углеводороды 438

VI. Сернистые соединения 440

VII. Кислородные соединения 442

VIII. Азотистые соединения 444

IX. Порфирины и следы металлов 445

X. Асфальтены 447

XI. Состав и происхождение нефти 448

XII. Экспериментальная часть 450

Список литературы 459

Глава XVIII. Органическая геохимия угля 468

I. Введение —

II. Углефикация —

III. Распределение углей 469

IV. Отложение угольных пластов 470

V. Факторы, влияющие на углеобразующие фации 471

VI. Петрографические составляющие каменных углей 473

VII. Биохимическая стадия 476

VIII. Геохимическая стадия и молекулярная структура микрокомпонентов

угля 479

IX. Заключение 483

X. Приложение. Разделение микрокомпонентов —

Список литературы 484

ОТ РЕДАКТОРОВ

В последнее десятилетие в процессе развития геологии, органической

химии и биологии сформировалась самостоятельная научная дисциплина —

органическая геохимия, основной задачей которой является изучение рас-

сеянных и концентрированных форм органического вещества земной коры.

Более конкретная задача, по выражению одного из авторов данной книги

Дж. Эглинтона, состоит в «. . .характеристике органического вещества

земной коры на молекулярном уровне», т. е. в его углубленном изучении,

обеспечивающем точную структурную и пространственную характеристику

строения исследуемых молекул.

Прикладное значение новой дисциплины несомненно, так как интересы

ее тесно связаны с проблемами геохимии нефти, угля, газа, торфа, сланцев

и прочих горючих ископаемых. Вместе с тем органическая геохимия имеет

и большое теоретическое значение как наука, занимающаяся проблемами

возникновения и химической эволюции живой материи на Земле и на дру-

гих планетах.

Предлагаемая читателю монография — наиболее исчерпывающая сводка

различных аспектов органической геохимии. Книг подобного типа в нашей

стране еще не издавалось, за исключением, пожалуй, ряда сборников,

выпущенных издательством «Недра» (1967, 1968, 1971 гг.), посвященных

отдельным вопросам органической геохимии, а также интересной, но напи-

санной несколько в ином плане монографии М. Калвина «Химическая эво-

люция» (М., «Мир», 1971). Редакторы и составители монографии Дж. Эглин-

тон и М. Мэрфи проделали значительную работу. Они привлекли к работе

над книгой большой авторский коллектив, собрали воедино сведения по

различным вопросам геохимии органического вещества земной коры.

Несомненным достоинством книги является наличие большого факти-

ческого материала по составу и свойствам органического вещества пород,

а также обширная библиография. В монографии описаны современные анали-

тические методы, позволяющие получить представление о современной

технике эксперимента. Все это придает работе высокий научный уровень

и делает ее весьма ценной для читателя.

К сожалению, ввиду лимитированного объема часть глав монографии

(в оригинале 31 глава) была исключена. В частности, при переводе опу-

щены следующие главы: М. О. Дейхоф и Р. В. Экк «Палеобиохимия»;

В. Дж. Блэк «Введение в седиментологию»; Д. X. Вельте «Органическое

вещество осадков» (реферат, объемом в 3 е.); М. Флоркин «Конхиолин иско-

паемых раковин и другие сохранившиеся биополимеры»; Р. Кранц «Органи-

ческие соединения в газовых включениях плавиковых и полевых шпатов»;

Р. И. Моррисон «Липиды почвы»; Б. Р. Томас «Современные и ископаемые

смолы Каури»; П. Е. Клауд, мл. «Допалеозойские осадки и их значение

для органической геохимии»; А. Вайсс «Органические производные глинистых

минералов, цеолитов и близких им минералов» и др.

В работе над книгой приняли участие 37 авторов из различных стран.

Каждый из них является крупным специалистом в своей области. Понятно,

что авторы рассматривали только те вопросы, которые были им близки.

Таким образом, каждая глава отражает в известной мере индивидуальные

особенности, манеру изложения и научные интересы авторов. Вследствие

этого книга неоднородна как по форме, так и по характеру и существу изло-

жения.

Несомненные достоинства монографии, определяющие ее научную цен-

ность, отнюдь не исключают ряда недостатков. В отдельных главах книги

порой ощущается недостаточное знакомство авторов с результатами исследо-

ваний советских ученых. Примером может служить изложение вопроса

о молекулярной структуре угля в гл. XVIII. Авторы цитируют лишь свои

работы, некоторые работы зарубежных авторов и совсем не ссылаются на

труды советских углехимиков.

«Введение» и главы I—IV, VII—IX, XI, XII, XVI и XVII пере-

ведены В. Ф. Камьяновым (под ред. Ал. А. Петрова); главы X, XII,

XIV — М. Б. Темянко; главы V, VI и XV — JI. И. Хотынцевой (под ред.

А. И. Богомолова). Большую помощь в работе над переводом оказали

кандидаты геолого-минералогических наук Н. С. Бескровный, JI. П. Гроз-

дилова, G. Р. Самойлович, В. К. Шиманский и другие. Считаем приятным

долгом выразить им свою глубокую благодарность.

Многоплановое построение книги и различия в стиле авторов создавали

дополнительные трудности при переводе и редактировании. Однако, ясно

сознавая, что в проделанной работе имеются недостатки, переводчики и ре-

дакторы надеются, что предлагаемая монография окажется полезной для

широкого круга исследователей и будет способствовать дальнейшему раз-

витию работ по органической геохимии в нашей стране.

А. И. Богомолов, Ал* А. Петров

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дж. Эглинтон и М. Т. Дж. Мэрфи

Отдел органической геохимии, Химическое училище,

Бристольский университет, Бристоль, 8, Англия

Отдел химии, колледж Св. Иосифа, Зап. Хартфорд,

Коннектикут

Впервые органическая химия оказала воздействие на геологию и другие

науки о Земле в 1934 г., когда немецкий химик А. Трейбс выделил из неф-

тей и сланцев и идентифицировал биологически важные пигменты — метал-

лопорфирины. Природа этих порфиринов побудила его заявить о двух от-

крытиях: 1) нефти, по крайней мере частично, имеют биологическое проис-

хождение; 2) образование нефти не могло быть связано с высокими темпе-

ратурами.

Органическая геохимия, т. е. изучение превращений и распределения

соединений углерода в современных условиях, а также в современных и

древних осадочных отложениях, в настоящее время быстро прогрессирует,

стимулируемая к развитию такими важными проблемами, как исследование

залежей ископаемых топлив, изучение загрязнений и примесей, проблема

происхождения жизни и предстоящий анализ образцов пород с поверхности

других планет, в частности доставленного на Землю лунного грунта. Бла-

годаря достижениям в методах разделения и анализа стала возможной

работа с очень сложными смесями органических веществ, содержащихся

в большинстве пород. Грубая характеристика органического вещества в про-

шлом лишь посредством процентного содержания углерода, водорода, ки-

слорода и т. д. вытесняется сейчас детальной информацией о распределении

индивидуальных компонентов.

В предлагаемой читателю книге дан общий обзор по органической гео-

химии, включая используемые методы и методики, области исследования

и результаты. Ее главы написаны учеными разных национальностей и раз-

ной квалификации, но являющимися больше химиками-органиками, чем

геологами. Те, кто по праву называют себя геохимиками, пока еще немного-

численны, поэтому книга предназначена для двух типов читателей: для

геологов, имеющих некоторые химические познания, и для химиков, интере-

сующихся, но недостаточно знакомых с геологией. Участие большого кол-

лектива авторов создает определенные трудности, делая невозможной вы-

работку единого стиля, единой формы представления и глубины изложения