ГЕОХИМИЯ, 2010, № 9, с. 972-987
АМИНОКИСЛОТЫ В ШУНГИТАХ КАРЕЛИИ
© 2010 г. С. Н. Шанина, Е. А. Голубев
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 54, e-mail: shanina@geo.komisc.ru Поступила в редакцию 24.12.2008 г.
Исследован состав аминокислот в докембрийских шунгитовых породах Карелии. Содержания аминокислот изменяются в пределах 25—89 мкг/г образца и зависят от соотношения в образце шунгитового вещества и минеральной составляющей. Установлено преобладание L-энантиомеров аминокислот. Аминокислоты в шунгитовых породах образуют органо-минеральные комплексы с кремнеземом и алюмосиликатами и встроены в глобулярную структуру шунгитового вещества. Существует несколько источников аминокислот в шунгитах: вторичный синтез, микробиальное загрязнение и исходные аминокислоты органического вещества шунгитовых пород.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что простые и сложные органические молекулы могут сохраняться в древних породах [113]. Аминокислоты в древних породах докембрия обнаружены довольно давно, однако результаты этих исследований интерпретируются неоднозначно [14—22], что вызывает необходимость дальнейших исследований в этом направлении. Прежде всего, это важно для установления условий возможного сохранения первичных (древних) аминокислот и путей их изменения в течение геологического времени, что напрямую связано с решением фундаментальной проблемы происхождения жизни на Земле и ее эволюции.
Присутствие аминокислот установлено в черных кристаллических сланцах свиты контиосари протерозойских отложений Карелии [23], археоцитатах [18] и кианитовых сланцах свиты кейв [19, 24] Кольского полуострова, относящихся к нижнекембрийскому периоду. Аминокислоты обнаружены в тухо-лите и доломитах Южной Африки, возраст которых 2.7—3.0 млрд. лет [25, 26], в онколитах улунтийской свиты Западного Прибайкалья [16], в докембрийских сланцах северо-западной Гренландии [20]. В уг-леродсодержащих породах Кольского полуострова и Карелии концентрация аминокислот варьирует от 3.3 до 17.9 мкг/г [24], в докембрийском высшем антраксолите Карелии — 15.96 мг/100 г [22]. В докембрийских сланцах и карбонатах формации Туле концентрации аминокислот установлены на уровне 10-9 М/г с преобладанием Ь-энантиомеров аминокислот [20]. В сланцах формации Ганфлинт (возраст 1.9 млрд. лет) аминокислоты были найдены в концентрациях 2 х 10-9 М/г [1—2]. Докембрийские сланцы формации Фиг Три (возраст 3.1 млрд. лет) характеризуются высокими содержаниями аминокислот 12 х 10-9 М/г [2] и доминированием Ь-энан-тиомеров [27]. В большинстве случаев преобладающими аминокислотами в докембрийских породах
являются глицин и аланин, часто к ним добавляются серин, глутаминовая кислота и аспарагино-вая кислота.
Органическое вещество широко распространено в породах докембрия и представляет собой графит, графитоиды, черные углистые породы, прослои антрацитов. Углеродсодержащие включения постоянно присутствуют в докембрийских глинистых сланцах, филлитовых кварцитах, кварцито-песчаниках, мраморах, доломитовых породах, породах кальци-фирового ряда, глинисто-сланцевых породах, высокоглиноземистых гнейсах [5, 28]. Однако значительные концентрированные накопления автохтонного органического углерода встречаются в породах протерозоя редко. Одни из наиболее известных гигантских запасов органического углерода содержатся в докембрийских шунгитовых породах Карелии в России [29—31]. Стратиграфически шунгитовые породы приурочены к нижнему протерозою, людико-вийскому и калевийскому надгоризонтам [29]. По новейшим данным возраст пород составляет 2.15— 2.00 млрд. лет [32-33].
Геолого-литологическая характеристика шунги-товых пород Карелии подробно дана в многочисленных публикациях [29-34]. На рис. 1 приведена литолого-стратиграфическая колонка заонежской свиты людиковийского надгоризонта, характеризующая разрез северной части территории Онежского озера. Органическое вещество шунгитов (шунгито-вое вещество) формировалось, как правило, при температурах 300-350°С и невысоких давлениях [30, 34]. Минеральная составляющая шунгитовых пород представлена главным образом кварцем, алюмосиликатами и хлоритами. В большинстве случаев минеральную часть и углерод невозможно разделить механическими способами вследствие тонкодисперсного состояния компонентов и высокой однородности породы.
надгоризонт свита подсвита пачка, мощность, м
¿г
т т Т Т Т
III V V V 1
т т т т т т 11111 |Д'| 1 1 1" 1 X X X X
II --——^вГ'Г [[у [
■■■■к 7; <-
■НЦМрНЦВр^^щ 5
650 I — 1 — 1Г —- Т - <-
1 I1 -1 I1 -1 I1 -! V - т1 — I1
Нижний протерозой людиковийский заонежская я « п е в ■ннишн1:
I 200 ттттттт^
1 )-К 1 1 (1- 1 ! Ь 1 1 (К 1 1 н К 1 1 н
т т -г т т т т-т-т-т-т-т т-т — т — т — т — т
"■Л .... -Г . . ■ Г
нижняя 250 г V -Л
I
1 1 1 [ 1
Рт
V
/
- г - т — ■ т - т — т
——-
X_х_
1.1,1 ,1,1--
III
за
г?-т
у
>- а
10
11
1
2
3
4
5
9
Рис. 1. Литолого-стратиграфическая колонка заонежской свиты людиковийского надгоризонта, характеризующая разрез северной части территории Онежского озера и расположение щунгитовых пластов. 1 — горизонты шунгитоносных пород и их номера; 2 — алевролиты; 3 — туффиты; 4 — базальтовые туфы; 5 — кремнистые породы; 6 — доломиты; 7 — карбонатные породы, сланцы; 8 — доломиты, алевролиты; 9 — базальты; 10 — основные и ультраосновные породы суйсарской свиты; 11 — местоположение силлов габбро-долеритов [30].
На диаграмме Ван-Кревелена в Н/С и О/С координатах существует специальная область для шунгитового вещества в графитовом поле [35]. Оно состоит преимущественно из углерода (Сорг 90—95%), и в небольшом количестве содержит Н (~1%), N (~0.8%), S (~0.4%), О (~2.4%) [24, 29]. Формы нахождения азота в шунгитовом веществе до конца не определены. Азот в шунгитах включен в акридин и его производные [30, 36], и в аминокислоты, обнаруженные в карельских шунгитах С.А. Сидоренко [24] и Н.П. Юшкиным [22].
В настоящее время нет единого мнения о природе органического вещества шунгитовых пород. Это определяется в основном высокой степенью его изменения [29]. Рассматриваются две основные гипотезы происхождения шунгитового вещества: биогенная [37—40] и абиогенная [41—42]. Согласно биогенной гипотезе источник шунгитового вещества — цианобактерии или примитивные водоросли. Впервые палеонтологические остатки простейших организмов в шунгитовых породах обнаружены В.И. Горловым [43] и А.Г Володиным [23]. Биохимическая природа шунгитового вещества обосновывается присутствием в нем биомаркеров [44]. Исследования битумоидов показали наличие в них С29-стеранов, происхождение которых обычно связывают с ци-анобактериями и примитивными водорослями [45].
Существует множество классификаций шунги-тоносных пород, базирующихся на различных принципах, например, содержание углерода, состав и содержание минерального вещества, генезис и форма проявлений шунгитового вещества. Ни одна из классификаций не является общепризнанной, что вносит некоторую терминологическую многозначность при описании широко варьирующих по свойствам и генетическим особенностям шунгитов различных месторождений и проявлений. На сегодняшний день в научной литературе наиболее распространена классификация, предложенная П.А. Борисовым [37]. Эта классификация делит шунгиты по содержанию углерода на пять разновидностей (%): I - >75; II - 35-75; III - 20-35; IV - 1020; V - <10. Она удобна тем, что есть четкий критерий разделения, однако ее недостаток заключается в безотносительности к генетическим особенностям шунгитов, так как в пределах каждой разновидности встречаются вещества или породы различного генезиса. Например, первая разновидность отвечает битумам, стадия метаморфизма которых соответствует высшим антраксолитам, последующие - метаморфическим горным породам (осадочным, вулканоген-но-осадочным и др.). Поэтому наряду с классификацией П.А. Борисова нами дополнительно используется подход В.И. Горлова [43] и М.М. Филиппова [30], в котором учитывается тип органического вещества или способ его накопления. В рамках указанного подхода первая разновидность формируется миграционным или миграционно-переотложенным органическим веществом, разновидности II-III содер-
жат смешанное органическое вещество. В процессе их образования миграционное органическое вещество просачивалось в породы, содержащие первичное осадочное вещество, и они смешивались в разных пропорциях. Шунгиты IV и V разновидностей представлены высококремнистыми породами, содержащими первично-осадочное органическое вещество, которые слагают основное тело месторождения.
В рамках биогенной гипотезы, исходным материалом для первично-осадочного вещества служило сапропелевое органическое вещество, для миграционного — нафтоид, образующийся в результате влияния контактовой интрузии на сапропелевый материал. Согласно абиогенной гипотезе исходным материалом являлись мантийные углеводороды. Впоследствии эти вещества были преобразованы в щунгитовое вещество в условиях зеленосланцевой фации метаморфизма [30, 40].
В данной работе приводятся результаты исследований аминокислотного состава основных разновидностей карельских шунгитов, которые характеризуют определенные условия формирования органического вещества и имеют различное содержание органического углерода.
ОБЪЕКТЫ
Для исследований были отобраны образцы, представляющие собой шесть различающихся по условиям формирования разностей карельских шунгитов. Из месторождения Шуньга изучено три разновидности образцов: высококремнистая порода — шунгит-V (лидит), пласты которой слагают основное тело месторождения; шунгит-I (представляющий собой миграционный высший антраксолит) и шунгит-II, отобранные из секущих жил. На Максовском месторождении изучен шунгит-I, также представляющий собой миграционный высший антраксолит, отобранный из секущей жилы в непосредственном соседстве с габбро-долеритами, что определяет сравнительно высокотемператур
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.