10.03.2021

Органическое вещество и докембрийский экзогенез


Углеродистые и углеродсодержащие седиментогенные породы широко распространены и составляют неотъемлемую часть в пределах практически всех известных нам докембрийских регионов. Как правило, наиболее мощные высокоуглеродистые комплексы и формации пород глобально стратифицированы, т. е., вероятнее всего, обязаны своим появлением общим закономерным особенностям развития жизни, живого вещества и гипергенеза в целом. Оказалось также, что распространенность свободного углерода в различных типах осадочно-метаморфических пород докембрия вполне сопоставима с распространенностью органического углерода в основных типах осадочных горных пород фанерозоя и в современных пелагических осадках.

Сегодня можно считать твердо установленным — и большая часть и советских, и зарубежных исследователей не сомневается в этом, — что в подавляющем большинстве случаев эта метаморфизованная остаточная углеродистая субстанция первично биогенна, т. е. она является производной древнейшего живого вещества.

Последнее доказывается, во-первых, тем, что углеродистое вещество метаморфических первично осадочных комплексов распространено и распределено в них (слоистость, микрослоистость, ритмичность и т. п.) в полном соответствии с особенностями геологического и литологического строения, которые в существенной мере аналогичны закономерностям распределения органического вещества в осадочных породах фанерозоя; во-вторых, постоянным нахождением в углеродсодержащих метаморфических первично осадочных породах заметных количеств твердых, жидких и газообразных углеводородов, содержащих нередко многие углеводородные компоненты типично нефтяного ряда. Обнаружены в древнейших углеродсодержащих породах и такие биогенные органические вещества, как жирные кислоты, порфирины, аминокислоты и углеводы; многие из этих веществ выделены из первично осадочных пород докембрия, имеющих возраст более 3,2 млрд. лет.

Биологическую природу углеродистых выделений в древнейших осадочно-метаморфических отложениях докембрия, вплоть до образований, имеющих возраст более 3,2 млрд. лет (сланцы и роговики формаций Фиг-Три и Онвервахт), подтверждают также и такие биологические маркеры, как изопреноиды, алканы, пристан и фитан. Как известно, они тесно связаны с хлорофиллом, и их наличие с несомненностью указывает на то, что в первичных осадках накапливались производные хлорофилла или хлорофиллсодержащие соединения. С другой стороны, биогенная природа рассматриваемых углеродистых компонентов древнейших осадочных пород подтверждается и присутствием в них того же спектра биофильных элементов (молибден, уран, медь, ванадий и др.), что и в фанерозойских углеродистых образованиях.

Наконец, подавляющее большинство изотопных определений углерода углеродистых веществ из докембрийских метаморфических первично осадочных пород, выполненных и за рубежом, и в России, в том числе и в наших исследованиях, с несомненностью указывают на их биогенное происхождение.

Совершенно особым аргументом, подтверждающим достаточное развитие жизни, живого вещества, жизненных процессов в глубоком докембрии, являются теперь уже весьма многочисленные находки, даже в наидревнейших первично осадочных метаморфических образованиях, примитивных бактерий, микроспор, водорослей и т. п. Работами Я. Шопфа, Э. Баргхорна, Ф. Оберлиса, П. Клауда, Д. Прашновски и М. Шидловски и ряда других исследователей установлено присутствие растительных микроспор в доломитовых известняках системы Булавайо (Южная Родезия), бактерий и водорослей в глинистых сланцах, тухолитах и конгломератах системы Витватерсранд и в обогащенных графитом породах свиты Соуден-Айрон (США), имеющих возраст более 2,7 млрд. лет. Наиболее древние остатки примитивных бактерий и синезеленых водорослей описаны Я. Шопфом, Э. Баргхорном и X. Пфлугом в глинистых сланцах и роговиках формаций Фиг-Tpи и супругами Б. и Л. Нэги в карбонатных роговиках и кремнистых аргиллитах формаций Онвервахт возраст которых, как известно, превышает 3,2 млрд. лет.

Наименее обоснованным, с нашей точки зрения, моментом в критике изложенных представлений является мнение сравнительно небольшого числа исследователей, которые, обосновываясь на широко известной «технолого-металлургической» реакции восстановления углерода из углекислоты при некоторых условиях, утверждают, что весь свободный углерод или большая его часть в глубоком докембрии — это суть «восстановленный углерод» из разложенных здесь карбонатных минералов или, по другим мнениям, из углекислоты, «эманировавшей из глубин Земли». Даже если воздержаться от более серьезных возражений таким доводам, — мы имеем в виду изотопию углерода углеродистых веществ из седиментогенных пород докембрия, — то в полном противоречии с ними находятся факты макро- и тонкого микрораспределения свободного углерода в глинистых сланцах, карбонатах, кварцитах и т. п. He фиксируя никаких следов «разложения» карбонатных минералов, вряд ли сколько-нибудь логично можно объяснить тонкослоистое или тонкоритмичное распределение свободного углерода в породах согласно с общим литологическим их сложением; объяснить, что именно в этом слое происходило разложение эманирующей с глубины углекислоты. При этом мы, естественно, ни в коей мере не опровергаем широко известных случаев появления графитистых выделений в пределах горячих контактных зон гранитных интрузий, в частности, с карбонатными породами. Ho во всех этих случаях, и изотопные данные прямо показывают, что это углерод карбонатов.

Гораздо более сложным вопросом является представление об «абиогенности» находимых в древнейших метаморфических породах аминокислот, углеводов, алканов и т. п. Сегодня действительно в лабораторных, экспериментальных условиях синтезированы многие «органические компоненты». Относительно широким распространением пользуются некоторые из них и в метеоритном веществе. Ho с нашей точки зрения, здесь, как ни парадоксально, нет какой-либо особой проблемы.

Очевидно, что на определенном этапе химической эволюции земного (и возможно не только земного) вещества «живая система» возникла абиогенным путем «из неживой». В самом общем виде путь полимерного синтеза «живого вещества» уже достаточно ясен, так же, как ясно и то, что жизнь возникла в экзогенных условиях и ее саму тоже можно считать продуктом экзогенеза, т. е. особой «геохимической реакцией», рожденной на стыке газовой, жидкой и твердой сред и, безусловно, при участии солнечной и электрической энергий и, возможно, при особой роли магнитного поля Земли.

Касаясь несколько подробней этого интереснейшего аспекта рассматриваемой проблемы, надо заметить, что пока сугубо материально,, а точнее геологически, путь этот не прослежен. Более того, в подобном аспекте эта проблема в полном виде и не ставилась, хотя интерес в этом отношении к древнейшим осадочным образованиям Земли у биологов и биохимиков проявлялся давно, а изучение их теми методами, которыми эти науки располагают, производится и сейчас.

Таким образом, принципиально, следует считать полностью правомерной постановку задачи поиска среди древнейших первично осадочных пород Земли геологических следов перехода абиогенных органических веществ в биогенные, т. е., иначе говоря, задачи поиска геологических свидетельств возникновения жизни и установления ранних этапов ее химической (геохимической) эволюции. Эта проблема именно в геологической ее формулировке представляется сегодня одной из актуальнейших, поскольку любой дальнейший прогресс биологов и биохимиков в области возникновения и развития жизни на Земле без конкретных материальных свидетельств этой эволюции будет мало эффективным. Кроме того, исследование такого в полной мере геологического «объекта», каким является и «жизнь», возможно (и необходимо) и геологами; ведь сегодня очевидно, что «познать сущность жизни невозможно в отрыве от условий ее возникновения», т. е. от геологической среды. Именно эта теснейшая связь жизни, живого вещества и косной материи в их совместном развитии в поверхностных частях нашей планеты позволила А.В. Сидоренко сформулировать новое научное направление «биогеологию».

Однако несмотря на широкое развитие даже в раннем докембрии седиментогенных пород, а также постоянное и нередко высокое содержание в них углеродистого вещества и различных органических соединений, присутствие которых должно, казалось бы, способствовать относительно быстрому решению этой проблемы, существует много препятствий на этом пути.

Прежде всего, следует назвать «оборванность» нижней части геологического разреза земной коры, не дающую возможности видеть сегодня в древнейших осадочно-метаморфических горных породах действительно первые «геологические слои» нашей планеты. Об этом же свидетельствует и сам набор первично осадочных пород докембрия, и их характер, что указывает нам на достаточно близкий к фанерозою общий тип седиментации. Характер же первых осадочных образований земной коры, каким он нам представляется исходя из работ К. Руби, Г. Юри, А.П. Виноградова, Н.М. Страхова и др., должен быть резко отличным от того, что мы имеем в архее и проблематичном катархее. В этой связи возникают совершенно новые задачи изучения древнейшего органического вещества и новые аспекты его генетической интерпретации.

Рассмотренные в космохимическом (метеориты) и геологическом аспектах доказательства «абиогенности» и «биогенности» органических веществ позволяют на фоне важнейших черт и особенностей разрезов древнейших комплексов земной коры, петрографических и литологических закономерностей распределения в них углеродистого и органического вещества, его состава, геохимии и изотопии, во-первых, обоснованно оценить эти критерии «биогенности» и, во-вторых, считать все изученные пока в древнейших первично осадочных метаморфических породах органические вещества производными «живых систем».

Однако какая же логика заставляет исследователей делать подобные предположения о «абиогенности» соединений, найденных, несомненно, в первично осадочных породах, пусть даже и глубокого докембрия, в которых содержание свободного биогенного (по изотопным данным) углерода достигает 3—5% или в которых прямо устанавливаются структуры примитивных колониальных водорослей, микроспор и бактерий? И уже в высшей степени непоследовательными, с нашей точки зрения, являются предположения М. Кальвина, Б. Нэги и Л. Нэги о том, что возможно, часть органических соединений в этих породах абиогенна, тогда как другая (а какая именно — они не определяют) относится к органическим соединениям, как они пишут «добиологического органического происхождения».

Мы совершенно не рассматривали процессы, связанные с загрязнением изучаемых образцов привнесенной современной органикой, поскольку это больше вопрос техники, методики и элементарной научной корректности исследований.

Таким образом, три кардинальных вывода вытекают из всего изложенного.

1. «Жизненная», «биохимическая активность», в докембрии была, по всей вероятности, достаточно высокой и, безусловно, играла не меньшую роль в трансформации вещества наружной оболочки Земли, чем это фиксируется в фанерозое, тем более, что воздействие на минеральное вещество низкоорганизозанных живых веществ в огромное число раз превышает воздействие на него высокоорганизованной живой материи.

2. «Рубеж жизни», оцененный с самых разных позиций (включая и изотопные данные по сере), приблизился к 3,5 млрд. лет и отвечает возрасту древнейших осадочных комплексов Земли.

3. Учитывая высокую оборачиваемость воды и основных газов в атмосфере через живое вещество, очевидно, что четверная система (земное вещество, выходящее на дневную поверхность, гидросфера, атмосфера, живое и органическое вещество) создалась и функционировала как взаимосвязная система уже по меньшей мере с 3,5 млрд. лет и имела по массе и составу примерно одинаковый характер на всем протяжении обозримой сегодня геологической истории нашей планеты.

Остановимся кратко на двух основных геологических и геохимических следствиях, вытекающих из этих выводов.

Во-первых, захороненные в докембрийских осадках гигантские массы органического вещества могли в докембрийское время трансформироваться в твердые, жидкие и газообразные углеводороды, в том числе нефтяного ряда, и мигрировать в соответствии с геологическим развитием блоков земной коры в верхние рыхлые осадочные комплексы. И, во-вторых, это, своего рода, «углеводородное дыхание» и на докембрийской, и на постдокембрийской стадии могло вносить свою лепту в общую массу углеводородов, накапливающихся в осадочных чехлах континентов и их шельфов.

Обилие живого вещества, продуктов его жизнедеятельности, отмирание и преобразование его в докембрии, естественно, так же как и в фанерозое, влияло на процессы выветривания, переноса минеральных веществ к местам седиментации и -все последующие процессы литификации первичных осадков.

Таким образом, и литогенез на всем протяжении геологического развития земной коры, и эволюция живого вещества шли параллельно во взаимовлиянии друг на друга и совместно обеспечивали эволюцию процессов и продуктов геологической жизни земной коры, к изучению и познанию которых сегодня с разных позиций приблизились вплотную различные научные коллективы.

В заключение назовем основные программные вопросы проблемы «Органическое вещество в докембрии» и важнейшие направления ее решения.

1. Стратификация и геохронология главнейших (глобальных) углеродсодержащих проявлений в метаморфических первично осадочных комплексах докембрия — как основа геолого-геохронологической периодизации, накопления в первичных осадках органического вещества и выявления эволюции углеродонакопления за докембрийское время.

2. Количественная картина распространенности и изменения во времени содержания в седиментогенных породах биогенного углерода, а также различных твердых, жидких и газообразных углеводородов и других органических веществ (аминокислоты, углеводы, сахара и т. д.) и проблема роли докембрийских толщ в генерации и балансе углеводородов, ныне наблюдаемых в осадочном чехле континентов и их шельфов.

3. Метаморфизм древнейшего органического вещества, возникновение различных углеводородов и возможная индикационная роль образующегося в качестве остаточной конечной фазы графита для познания истории и этапности формирования минеральных парагенезисов метаморфогенных пород. Экспериментальное моделирование этих процессов.

4. Формационно-фациальный и палеогеографический анализ углеродсодержащих пород (комплексов) с целью реконструкции условий их накопления.

5. Углеродсодержащие формации в докембрии и их металлогёния.

6. Генетические аспекты минералогии и полиморфизма «графитоидов» в докембрийских метаморфических первично осадочных породах.

7. Геохимия и изотопия древнейшего органического вещества и основные тенденции их эволюции за докембрийское время.

8. Физико-химическое и биохимическое изучение углеродистого вещества докембрийских толщ, в том числе познание его состава и структуры на молекулярном уровне — как основа разработки «биологических маркеров» проявлений жизни в докембрии.

Решение этих проблемных вопросов, безусловно, будет способствовать дальнейшему прогрессу не только современной геологии, но и естествознания в целом.





Яндекс.Метрика